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空氣源熱泵采暖解決方案

蔬菜大棚恒溫工程解決方案

時間:2016-11-24

空氣能熱泵是一種節(jié)能、環(huán)保型制冷、采暖空調(diào)設(shè)備,不僅適用于家庭、醫(yī)院、學(xué)校、公司等場所,也可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物恒溫種植??諝饽軣岜脵C組系統(tǒng)內(nèi)冷媒介質(zhì)大量吸收空氣中的免費熱能用于制熱,比電鍋爐等傳統(tǒng)制熱方式省電75%;無燃燒,無廢氣、一氧化碳等有害氣體排放,不會像燒煤或秸稈對空氣環(huán)境造成污染,也不會對農(nóng)作物產(chǎn)生污染,更不會出現(xiàn)火災(zāi)等安全隱患;電腦全自動化控制,有效控制溫室大棚內(nèi)的溫、濕度,確保作物更好的生長;無需專人維護,減省勞動力。

 

空氣能熱泵空調(diào)機組主要分為普通型和超低溫型,可以滿足我國南方及北方90%以上寒冷地區(qū)使用。并采用美國谷輪ZW熱泵熱水專用壓縮機,應(yīng)用柔性渦旋技術(shù),更能適應(yīng)在惡劣環(huán)境下長時間穩(wěn)定運行,并設(shè)置多重安全保護,有效保障產(chǎn)品使用壽命。同時,采用國際品牌電子膨脹閥、專用高效換熱器、鎂鋁合金風(fēng)機、親水性波紋翅片蒸發(fā)器等頂級零配件,確保產(chǎn)品一流的品質(zhì)。相比那些采用空調(diào)壓縮機等零配件的空氣能熱泵,本公司生產(chǎn)的空氣能熱泵制熱性能更強,制熱量提升30%~100%,運行壽命更長,可以使用10年左右。并且,中標(biāo)的各大中小型工程案例多,設(shè)計經(jīng)驗豐富,可以為客戶制定最佳的解決方案,節(jié)省投資及安裝成本,降低運行費用,實現(xiàn)最好的經(jīng)濟效益。因此,得到了廣大客戶的認(rèn)可。

 

第一節(jié)、蔬菜溫室大棚空氣能采暖熱負(fù)荷計算依據(jù)及設(shè)備選型

一、工程概況

1、該蔬菜大棚位于北京市房山區(qū);采用的是玻璃結(jié)構(gòu)溫室大棚。

2、蔬菜溫室大棚的尺寸為:長50米,寬15米,高3米。

3、現(xiàn)在擬采用超低溫空氣能熱泵機組來完成蔬菜大棚冬季采暖工作。

 

二、蔬菜溫室大棚設(shè)計參數(shù)依據(jù)

1、室外計算溫度

蔬菜大棚恒溫工程解決方案

上表為各大城市室外設(shè)計溫度推薦值/攝氏度

2、室內(nèi)設(shè)定溫度

溫室采暖室內(nèi)設(shè)計溫度溫室采暖室內(nèi)設(shè)計溫度是溫室內(nèi)應(yīng)該保證(在采暖設(shè)計條件下)達(dá)到的最低溫度。

蔬菜大棚恒溫工程解決方案

上表為溫室常見蔬菜的適宜溫度范圍/攝氏度

摘自:中華人民共和國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10297--2001《溫室加熱系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》。

 

如果沒有特定種植品種的計劃,采暖室內(nèi)設(shè)計溫度應(yīng)該以喜溫作物為設(shè)計對象。同樣是喜溫作物,蔬菜和蔬菜所要求的最低溫度可能不同。典型的喜溫蔬菜,如黃瓜和番茄,其最低生長發(fā)育溫度在12——16攝氏度,有些品種可能要求18攝氏度,一般可將室內(nèi)設(shè)計溫度設(shè)定為15攝氏度比較適宜。蔬菜品種對溫度的要求范圍較寬,從10~22攝氏度不等,一般考慮應(yīng)在15~18攝氏度;本方案取16攝氏度。

 

三、蔬菜溫室大棚空氣能熱泵采暖的要求:

 

1、供暖系統(tǒng)要有足夠的供熱能力,能夠在室外設(shè)計溫度下保持室內(nèi)所需要的溫度,保證溫室內(nèi)植物的正常生長;

2、是采暖系統(tǒng)的一次性投資和日常運行費用要經(jīng)濟合理,保證正常生產(chǎn)能夠盈利;

3、是要求溫室內(nèi)溫度均勻,散熱設(shè)備遮陽少,占用空間小,設(shè)備運行安全可靠。

 

四、在正常條件下溫室大棚的熱量計算因素

 

(1)經(jīng)過屋頂、地面、墻、門窗等圍護結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)和輻射出的熱量

(2)加熱經(jīng)過門、窗、圍護結(jié)構(gòu)縫隙滲入空氣所需的熱量

(3)加熱進(jìn)入溫室內(nèi)冷物料所需要的熱量

(4)由于溫室內(nèi)水分蒸發(fā)所消耗的熱量

(5)通風(fēng)耗熱量

(6)作物生理生化轉(zhuǎn)化交換的能量。

 

五、蔬菜溫室大棚圍護結(jié)構(gòu)傳熱計算

 

通過溫室圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量包括基本傳熱量和附加傳熱量兩部分。基本傳熱量是通過溫室各部分圍護結(jié)構(gòu)(屋面、墻體等)由于室內(nèi)外空氣的溫度差從室內(nèi)傳向室外的熱量。附加傳熱量是由于溫室結(jié)構(gòu)材料、風(fēng)力、氣象條件等的不同,對基本傳熱量的修正。

 

(一)蔬菜溫室大棚的尺寸為:長50米,寬15米,高3米,圍護結(jié)構(gòu)傳熱計算

1.基本傳熱量圍護結(jié)構(gòu)的基本傳熱量是根據(jù)穩(wěn)定傳熱理論進(jìn)行計算,即整個溫室的基本傳熱量等于它的各個圍護結(jié)構(gòu)基本傳熱量的總和,即

Q1=∑qi=∑KiFi(Tn-Tw)

=4.0W/(平方米.K)×(50米×15米+50米×3米×2面+15米×3米×2面)×【16攝氏度-(-12攝氏度)】

=127680W=127.7KW

式中Q1——通過溫室所有圍護結(jié)構(gòu)的總傳熱量,包括屋面、墻面、門、窗等外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量,W;

Ki——溫室圍護結(jié)構(gòu)(屋面、墻面、門、窗等)的傳熱系數(shù),W/(平方米.K);

Fi——溫室圍護結(jié)構(gòu)(屋面、墻面、門、窗等)的傳熱面積,平方米;

Tn,Tw——分別為溫室室內(nèi)外采暖設(shè)計溫度,攝氏度。

對于單一材料的圍護結(jié)構(gòu),材料的傳熱系數(shù)K可直接從有關(guān)手冊查取。

下表列出了溫室圍護常用透光覆蓋材料傳熱系數(shù)。對特殊溫室透光覆蓋材料,應(yīng)咨詢生產(chǎn)廠家。

蔬菜大棚恒溫工程解決方案

上表為溫室圍護結(jié)構(gòu)常用材料傳熱系數(shù)K/[W/(平方米.K)]

 

2.附加傳熱量按照穩(wěn)定傳熱計算出的溫室圍護結(jié)構(gòu)的基本傳熱量,并不是溫室的全部耗熱量,因為溫室的耗熱量還與它所處的地理位置和它的現(xiàn)狀等因素(如高度、朝向、風(fēng)速等)有關(guān)。這些因素是很復(fù)雜的,不可能進(jìn)行非常細(xì)致的計算。工程計算中,是根據(jù)多年累積的經(jīng)驗按基本傳熱量的百分率進(jìn)行附加予以修正。對溫室工程,這些附加修正主要包括結(jié)構(gòu)形式修正和風(fēng)力修正。

 

(1)結(jié)構(gòu)形式修正(α1)

 

溫室透光覆蓋材料必須有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)支撐。目前支撐結(jié)構(gòu)的材料多為金屬,主要為鋁合金。相比透光覆蓋材料,鑲嵌這些覆蓋材料的金屬材料其傳熱速度和傳熱量都高,而且鑲嵌覆蓋材料所用的鋁合金條越多,附加傳熱量就越大。此外,溫室的天溝、屋脊、窗框和骨架等都是增大傳熱量的因素。工程計算中,統(tǒng)一考慮上述因素,采用結(jié)構(gòu)形式附加傳熱量進(jìn)行修正,不同溫室結(jié)構(gòu)形式的附加修正系數(shù)見表6.5。

下表為溫室結(jié)構(gòu)形式附加修正系數(shù)口:

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(2)風(fēng)力修正(α2)

 

風(fēng)對溫室的傳熱量影響較大,這是因為溫室圍護結(jié)構(gòu)與外界的溫?zé)嶂饕蓢o結(jié)構(gòu)的外表面與環(huán)境空氣的對流換熱和輻射兩部分組成,其中對流換熱與室夕風(fēng)速有關(guān)。室外風(fēng)速直接影響圍護結(jié)構(gòu)外表面換熱系數(shù),風(fēng)速越大,表面換熱系數(shù)越大,才應(yīng)傳熱越快。在計算圍護結(jié)構(gòu)基本傳熱量時,所選用的外表面換熱系數(shù)是對應(yīng)于某個固定自室外風(fēng)速值得來的。工業(yè)與民用建筑由于圍護結(jié)構(gòu)傳熱熱阻遠(yuǎn)高于溫室,風(fēng)速對外表面放熱系數(shù)的影響在整個圍護結(jié)構(gòu)散熱量中所占比例很小,一般不予考慮,但溫室由于透光覆蓋材料的熱阻一般都較小,表面放熱系數(shù)的變化對整個散熱量影響較大,在冬季加溫期間風(fēng)力指續(xù)較大的地區(qū),必須在供熱計算中考慮風(fēng)力影響因素。一般隨風(fēng)速變化采用風(fēng)力附加修正系數(shù)來考慮風(fēng)速對溫室基本傳熱量的增量。下表為給出了風(fēng)力附加修正系數(shù)的取值范圍。

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(二)冷風(fēng)滲透熱損失

 

冬季,室外冷空氣經(jīng)常會通過鑲嵌透光覆蓋材料的縫隙、門窗縫隙,或由于開門、開窗而進(jìn)入室內(nèi)。這部分冷空氣從室外溫度加熱到室內(nèi)溫度所需的熱量稱為冷風(fēng)滲透熱損失。

Q2=Cpm(Tn-Tw)=CpNVγ/(Tn一Tw)

=0.00028kw.h/(kg·℃)×1.25×(50米×15米×3米)×1.365×【16攝氏度-(-12攝氏度)】=30.1kw

式中

Q2——溫室冷風(fēng)滲透熱損失,W;

Cp——空氣的定壓比熱,Cp=0.00028kW.h/(kg·℃);

m——冷風(fēng)滲透進(jìn)入溫室的空氣質(zhì)量,kg;m=NVγ

N——溫室與外界的空氣交換率,亦稱換氣次數(shù),以每小時的完全換氣次數(shù)為單位;

V——溫室內(nèi)部體積,立方米;

γ——空氣的容重,千克/立方米。

上式中N與V的乘積是以立方米/小時為單位的換氣速率。

 

下表為不同結(jié)構(gòu)溫室設(shè)計換氣次數(shù)

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下表為不同溫度下空氣的容重

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(三)地面?zhèn)鳠釤釗p失

 

溫室地面的傳熱情況與墻、屋面有很大區(qū)別。室內(nèi)空氣直接傳給地面的熱量不能用Q=KAΔt來計算,因為土壤的厚度無法計算,向土壤深處傳熱位置的溫度也是一個未知數(shù),土壤各層的傳熱系數(shù)K就更難確定。

分析溫室空氣向土壤的傳熱溫度場發(fā)現(xiàn),加溫期間溫室地面溫度穩(wěn)定接近室內(nèi)空氣溫度,溫室中部向土壤深層的傳熱量很小,只有在靠近溫室外墻地面的局部傳熱較大,而且越靠近外墻,溫度場變化越大,傳熱量也越多,這部分熱量主要是通過溫室外墻傳向室外,如圖6.1。

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由于上述溫度場的變化比較復(fù)雜,要準(zhǔn)確計算傳熱量是很困難的。為此,在工程上采用了簡化計算方法,即假定傳熱系數(shù)法。

圖6.1地面靠近外墻溫度分布假定傳熱系數(shù)的含義是:溫室通過地面?zhèn)鞒龅臒崃康韧谝粋€假定傳熱系數(shù)條件下,室內(nèi)外空氣溫差通過地面面積傳遞的熱量。依此概念,溫室地面的散熱量就可以采用與溫室圍護結(jié)構(gòu)相同的公式來計算

Q3=∑KiFi(Tn一Tw)=0.47×(48m×13m)×【16攝氏度-(-12攝氏度)】=8211.8W=8.2KW

式中Q3——通過溫室地面的總傳熱量,W;

Ki——第i區(qū)的地面?zhèn)鳠嵯禂?shù),W/(平方米.K);

Fi——第i區(qū)的地面面積,平方米;

Tn,Tw——分別為溫室室內(nèi)外采暖設(shè)計溫度,攝氏度。

鑒于外界氣溫對地面各段傳熱影響不同,地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也隨之各異,靠近外墻的地面,由于熱流經(jīng)過的路程較短,熱阻小,傳熱系數(shù)就大,而距外墻較遠(yuǎn)的地方傳熱系數(shù)就小。根據(jù)實驗知道,在距外墻6m以內(nèi)的地面,其傳熱量與距外墻的距離有較顯著的關(guān)系,6m以外則幾乎與距離無關(guān)。因此,在工程中一般采用近似計算,將距外墻8m以內(nèi)的地段分為每2m寬為一地帶,如圖6.2。

蔬菜大棚恒溫工程解決方案

在地面無保溫層的條件下,各帶的傳熱系數(shù)如表6.9。

需要說明的是位于墻角第一個2m內(nèi)的2m×2m面積的熱流量是較強的(圖中陰影地段),應(yīng)加倍計算。

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如果溫室采用半地下式,則上述地面的分段安圖6.3執(zhí)行,即將室外地坪以下的墻體作為地面,順序推進(jìn)。

 

下表為地面分段及假定傳熱系數(shù)/[W/(平方米.?dāng)z氏度)]

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(四)溫室采暖熱負(fù)荷

 

溫室的采暖熱負(fù)荷按下式計算:

Q=α1α2Ql+Q2+Q3
=1.04×1.08×127.7KW+30.1kw+8.2KW
=181.7kw

式中

Q——溫室采暖熱負(fù)荷,W;
α1——結(jié)構(gòu)附加系數(shù),按表6.5選??;
α2——風(fēng)力附加系數(shù),按表6.6選??;
Q1——溫室的基本傳熱量,W;
Q2——溫室的冷風(fēng)滲透熱負(fù)荷,W;
Q3——溫室的地面?zhèn)鳠崃?,W。

 

六、超低溫空氣能熱泵機組的選型

 

超低溫空氣能熱泵機組在環(huán)境溫度-7度時制熱量為:58.9kw,輸入功率為17.8KW;現(xiàn)在按照冬天-7攝氏度的時間段來選取空氣能熱泵機組,故選取:181.7KW÷58.9KW=3.08臺。根據(jù)以上綜合計算,選取4臺超低溫空氣能熱泵機組能滿足環(huán)境溫度-13攝氏度時蔬菜大棚采暖的需求。

 

第二節(jié)溫室大棚采暖系統(tǒng)與供暖方式

 

溫室采暖就是選擇適當(dāng)?shù)墓嵩O(shè)備以滿足溫室采暖負(fù)荷要求。在計算求得溫室采暖耗熱量后,選擇什么樣的采暖方式是采暖設(shè)計中第二個需要解決的問題。采暖系統(tǒng)一般由熱源、室內(nèi)散熱設(shè)備和熱媒輸送系統(tǒng)組成。目前用于溫室的采暖方式主要有熱水采暖、蒸汽采暖、熱風(fēng)采暖、電熱采暖和輻射采暖等。實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)溫室建設(shè)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c、溫室的采暖負(fù)荷、當(dāng)?shù)厝剂系墓?yīng)情況和投資與管理水平等因素綜合考慮選定。

 

目前超低溫空氣能熱泵供暖末端采暖方式也開始多樣化:1、地板輻射供暖,2、風(fēng)機盤管供暖。

1、地板輻射采暖原理:通過埋設(shè)于地板下的加熱管,把地板的表面溫度加熱,通過均勻地向室內(nèi)輻射熱量達(dá)到采暖效果。適用居所:新建住宅小區(qū),不具備集中供熱條件或分散的別墅住宅,精裝修公寓。

2、風(fēng)機盤管供暖原理:通過出風(fēng)口提供熱源供暖。適用居所:多聯(lián)機系統(tǒng)適用于層高較低,對各個房間要求精確溫控的場合;冷熱水系統(tǒng)適用于建筑層高不太高,對各個房間要求獨立溫控的場合;風(fēng)管系統(tǒng)適用于各空調(diào)區(qū)使用時間相對集中、溫度要求差別不大的場合。

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