温室大棚、花卉苗圃采暖方案(空气源热泵)

温室大棚空气源采暖设计方案温室大棚空气源热泵采暖工程设设计计方方案案书书山东中科蓝天科技有限公司温室大棚空气源采暖设计方案第1页目录第一章工程概况...........................................................2第二章技术方案..........................................................3第一节系统运行原理及说明...............................................3第二节温室加温采暖设备分类.............................................4第三节温室加温采暖热负荷概念...........................................4(一)温室加温原理........................................................4(二)温室的热量平衡......................................................5(三)温室设计采暖热负荷..................................................6第四节温室采暖热负荷计算...............................................8(一)温室采暖室内外设计温度.......................................8(二)通过围护结构传热计算.........................................9(三)冷风渗透热损失..............................................11(四)地面传热热损失..............................................12(五)温室采暖热负荷..............................................15第五节空气源热泵系统介绍及配置.........................................16第三章温室大棚空气源采暖系统投资预算....................................18温室大棚空气源采暖设计方案第2页第一章工程概况（1）项目地点：本项目位于滕州花卉苗圃培养区和植物景观区。花卉种苗区和景观植物区各有4个大棚，每个大棚约500平方，本项目设计上重点突出节能、环保的理念。（2）供热面积：花卉种苗培养区建筑面积2000㎡，植物景观区面积2000㎡。（3）结构形式：墙体及顶棚采用中空玻璃，大棚内部净高5米，棚内设置有活动保温被，种苗培养区在苗床下方已铺设地面翅形散热管。（4）解决方案设想及大棚要求：a.采用空气压热泵作为制热能源，解决苗圃培养区和植物景观区的冬季采暖问题，保持大棚内的温度符合花卉培养的温度要求。b.建筑形体简洁，建筑外墙采用隔热材料，玻璃采用中空玻璃。应满足建筑节能设计标准要求。c.温室大棚朝南向布置，平面布置通风良好。d.控制系统实现全自动运行，循环泵等根据温度设定值实现自动开启、关闭，系统实现无人值守、自动运行。温室大棚空气源采暖设计方案第3页第二章技术方案第一节系统运行原理及说明运行原理图：系统运行说明：当室内环境温度T2低于花卉需要的设定温度T15度时（即T1-T2≥5），空气源热泵机组启动进行加热，通过加热地暖盘管和散热翅片将土壤和室内温度提升，当室内环境温度T2达到设定温度，空气源热泵停止加热（即T1-T2≤0）。温室大棚空气源采暖设计方案第4页第二节温室加温采暖设备分类（一）按能源供给分类可分为常规锅炉（煤锅炉、电锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等）；太阳能；空气源热泵。根据场地等情况可以选择合适的一种或几种能源进行采暖，达到投入产出比最佳效果。考虑到环保因素及场地使用面积有限，本方案采用超低温空气源热泵进行采暖的方式。（二）采暖的方式及特点温室的采暖按热媒不同可分为：热水式采暖系统、热风采暖系统、电热采暖系统和其它型式采暖系统。（三）散热器的类型及选择计算散热器是热水采暖系统中重要的散热设备。种类很多，有光管散热器、铸铁柱型散热器、铸铁圆翼散热器，热浸镀锌钢制圆翼散热器。本项目现场已完成大棚结构的安装施工，墙体及顶棚采用中空玻璃，大棚内部净高5米，棚内设置有活动保温被，种苗培养区在苗床下方已铺设地面翅形散热管。第三节温室加温采暖热负荷概念温室是生产性建筑，对供暖系统的设计应该满足以下要求：首先供暖系统要有足够的供热能力，能够在室外设计温度下保持室内所需要的温度，保证温室内植物的正常生长；其次是采暖系统的一次性投资和日常运行费用要经济合理；最后是要求温室内温度均匀，散热设备遮阳少，占用空间小，设备运行安全可靠。(一)温室加温原理自然界中温度分布是随着时间和空间的变化而变化的，在时间上温度随着四季和昼夜交替而周期性的变化，在空间上温度随着纬度和海拔的升高而降低。温度的这些变化，对植物的生长和发育的各个方面都有不同的影响。根据植物学原理，植物在整个生命周期中所发生的一切生物化学作用，都必须在一定的环境温度条件下进行。当植物生命所需要的其他因子都得到基本满足时，在一定的温度范围内，环境温度与植物生长发育成正相关，一般每种植物都对应有一个最低生长温度、最高生长温度和最适宜生长温度。环境温度低于最低生长温度或高于最高生长温度时，植物将停止生长，而环境温度在最适宜时，植物生长发育最快，植物的这个特性简称为生长三基点温度。当环境温度稍微低于最低生长温度或稍微高于最高生长温度时，植物虽然停止生长，但仍然能够存活，只要温度恢复到三基点温度内，植物仍继续生长。从植物生命温室大棚空气源采暖设计方案第5页的角度讲，每种植物还有一个生命极限温度指标，当植物生存环境温度超过这个温度范围时，植物的生命系统遭受到破坏，植物死亡。即使环境温度再恢复到到三基点温度内，植物也不能继续生长。不同种类的植物的生命极限和三基点温度不同，在我国北方大部分地区冬天室外温度较低，不能始终保持在作物生命极限的最低温度之上，因此露地作物不能进行生产。根据热力学定律，只要存在温度差，热量就会自发的从高温物体传向低温物体，即从温度高的地方流向温度低的地方。温室生产一般室内温度都要高于室外温度，因此温室每时每刻都在向室外散发着热量，损失着能量。白天由于太阳辐射和室外较高温度的共同作用，温室内温度基本可以维持在植物生长的最低温度以上，但到了夜晚，由于没有了太阳辐射，室外温度又偏低，大量热量通过温室围护结构传向室外，如果没有额外热量补充，室内温度往往会低于植物生长的最低温度，甚至低于植物的生命极限最低温度。这种情况下，温室必须配置采暖系统，以补充室内热量的不足。在一定的室外温度条件下，维持温室温度保持在某一值时所需要向温室补充的热量称为采暖热负荷。采暖热负荷是温室采暖设计中最基本的参数，其值计算的正确与否，将直接影响到供暖设备的大小，供暖方案的选择和制定以及供暖系统的使用效果。(二)温室的热量平衡温室是利用覆盖材料和围护结构将某一空间与露地隔离开的一种设施。我们把覆盖材料以内包含的一切物质(包括空气、作物、设备、土壤等)作为一个系统，这个系统同任何一个物体或系统一样，与其周围环境时刻都在以辐射、对流和传导等方式进行着热量交换(在这里不考虑物质交换)。设进入温室的热量为Q，传出温室的热量为U，由此引起温室内能的变化量为ΔE，根据能量平衡原理，可得到温室的能量变化方程为：ΔE＝Q—U当Q大于U时，则ΔE大于0，多余的热量蓄积于温室系统内，提高了系统的内能，因而温室系统的温度就有了相应的提高。由传热学得知，在其他条件相同的情况下，物体的失热量，随着物体自身温度的提高而增大；物体的得热量，随着物体自身温度的提高而减少。所以当Q大于U时，通过提高自身的温度水平，增大了向外传出的热量，减少了本身的得热能力，促使Q和U向着反方向变化，直至传入的热量Q与传出的热量U相等为止，反之亦然。温室系统以上述方式通过调节自身的温度水平，维持着系统与外界环境间的能量平衡，因为环境条件与系统状况是在不断变化的，这个平衡也只能是一个动态的平衡。根据温室的热平衡原理，在一定的环境条件下，只要增大传入温室的热量或者减小温温室大棚空气源采暖设计方案第6页室传出的热量，就能使温室的温度维持在一个较高的水平，反之只要减小温室传入的热量或者增大温室传出的热量，就能使温室的温度维持在一个较低的水平。因此，对不同的地区，不同的季节，不同用途的温室可以在某些特定的保温、加温或降温的工程条件下，通过控制与外界产生的物质与能量的交换数量，从而维持不同需要的温度和湿度环境。在正常条件下温室的热量损失为：(1)经过屋顶、地面、墙、门窗等围护结构传导和辐射出的热量，设为Ul；(2)加热经过门、窗、围护结构缝隙渗入空气所需的热量，设为U2；(3)加热进入温室内冷物料所需要的热量，设为U3；(4)由于温室内水分蒸发所消耗的热量，设为U4；(5)通风耗热量，设为U5；(6)作物生理生化转化交换的能量，设为U6。在正常条件下温室的得热量为：(1)太阳辐射热量，设为Q1；(2)人体、照明、设备运行的发热量，设为Q2；(3)进入温室内热物体的散热量，设为Q3；(4)加温系统的供热量，设为Q4。根据温室能量变化方程可得到ΔE=Q1+Q2+Q3+Q4-U1-U2-U2-U3-U4-U5-U6如果维持温室温度不变，则要求ΔE＝0Ql+Q2+Q3+Q4-U1-U2-U2-U3-U4-U5-U6=0温室的加温系统供热量为Q＝Ul+U2+U3+U4+U5+U6-Q1-Q2-Q3由上分析，我们得到了温室加热量的动态计算公式，它与温室内外的温差、温室的外表面积、温室围护结构的传热系数、温室的密闭性能、温室的冬季通风换气量等有关，还与温室覆盖材料的透光性能、太阳辐射强度等有关，可以根据环境条件计算出温室每时每刻的供热量。(三)温室设计采暖热负荷在实际工程中，由于室外的温度、风速、风向、光照等都是在不断地变化，所以热量的损失也是随时间变化的。对于供暖工程设计来讲，不能计算温室每一刻时间内需要补充的热量，而是选择一个非常不利的条件，计算其需要补充的热量，即温室在保持所要求温室大棚空气源采暖设计方案第7页的温度条件下，在某一段时间内，温室内得到的热量与损失的热量应取得收支平衡。如果温室满足了在这个条件下需要补充的热量，即可满足实际生产中其他绝大部分条件下温室的加温需要。因此在供暖工程设计中，首先要确定一些设计条件(例如：采暖室外设计温度、室内设计温度、室外风速等)，根据选定的设计条件计算得出的供热量，称为采暖设计热负荷。采暖设计热负荷是温室加温的主要参数，是温室采暖设计的基础。此值也是设计时选择散热设备和供热设备的主要依据。显然这个数值如果过大，会使初始投资增加，造成浪费；如果过小，则不能满足使用要求，使生产有可能遭受严重损失。实际工程中，由于室外环境最低温度一般出现于后半夜至凌晨，此时的供热量要求最大，因此温室设计一般用此刻的供热量作为采暖设计热负荷。以下将以室外最低温度出现时段为基础，进行温室热平衡的分析。1．温室传人的热量夜间没有太阳辐射，现场一般不会有工作人员，即使有且发热量也非常有限；温室的照明或其他用电设备(如开窗、拉幕电机、循环风扇等)一般都很小，工作时间也很短，因此可不计其发热量，夜间一般没有物料进出温室，因此Q1＝Q2＝Q3＝0但假如温室内有补光照明设备，尤其是植物光合作用补光设备时，其设备发热量对温室供热量有一定影响，此时可根据其工作周期考虑是否计算其设备发热量。2．温室传出的热量一般情况下，夜间不进行通风换气，通风系统不工作；夜间植物的蒸腾作用很微弱，作物生理生化能量转换相对而言微不足道；夜间由于温室内温度是由高逐渐降低，温室内水分的冷凝量一般大于蒸发量，理论上应该是温室得热；夜间一