蔬菜大棚采暖方案
蔬菜大棚采暖方案
一、蔬菜大棚地暖应用地面供暖技术解决方案
蔬菜大棚建设冬季如何有效保暖成为烦扰农民朋友的一个大问题，要知道，蔬菜大棚植物一旦受寒，后果将不堪设想。传统的蔬菜大棚保暖措施从来都是有利有弊，并不能完全实现保暖目的，经过多年的研究和实验我公司有效解决了高寒地区冬季温室大棚内温差过大，土壤温度过低，作物生长缓慢、发育不良等一系列问题。
1、技术简要说明：
“地暖”热辐射技术是利用以不超过60摄氏度（45——55摄氏度）的热水通入埋设在土壤中的电热膜使地面土壤升温，并向空间辐射热能量来提高室温和地温的供暖方式，其加热可以不通过空气直接加热植物根系。在蔬菜大棚种植土壤中铺设“地暖”热辐射膜，可通过调节电热膜的温度和时间段来精确控制地温，为作物在冬季生长提供必要的地温条件。
目前我国大棚蔬菜生产主要制约因素为温棚内空间温度和地温土壤温度较低，使部分品种蔬菜在大棚生产中无法获得良好的效益，而其它的“采暖”方式虽能有效解决室温问题，但无法解决地温较低的难题，通过采用“地暖”热辐射增温技术，可有效解决室温和地温过低的难题，给大棚种植蔬菜提供良好的生长环境，提高产出周期，从而使大棚蔬菜产量增加，同时也可增加大棚种植蔬菜的品种种类。
依据目前技术发展现状，白天可利用充足的太阳能光资源为“地暖”提供热辅助达到采暖作用，晚上根据植物种类通过设定电热膜温度来有效合理的让植物有效自然的成长。
2、技术上需解决的问题：
（1）、切实有效地提高土壤温度，确保果菜类蔬菜生产条件。
在没有实施该项技术之前，按照传统的做法是，大棚内的室温是通过太阳光加热、再利用火炉或散热器等热源补充热量将棚内加温，虽然采取以上措施，也只能使温室内气温白天达到12℃左右（阴天），夜间6℃左右，棚内土壤温度（10——20cm）一般只有9℃左右，棚内在这样的环境温度下，仅能满足一些叶菜类的生长需要，无法达到果菜类蔬菜正常生长发育的温度要求；另外冬季灌溉水温一般只有4℃左右，因此浇水后室内地温过低的问题，已成为制约冬季果菜类蔬菜生长的瓶颈。
（2）、分析大棚温室内地温不均匀之原因，弥补其缺陷。
由于温室中栽培床土壤的位置和接受阳光角度的不同，吸收太阳热量存在差异。而且，南侧散热量较大。于是，温室的地温呈现出非均匀性的分布：一般是南面较低，北面较高。为此，必须采取有效的技术措施，才使温室的地温达到比较均匀的程度，以保证温室内的蔬菜作物生长发育相对一致。
（3）、创造各种作物根系需要的适宜地温。
由于各种作物的根系深度和对气温及土壤温度的要求是不同的。从《蔬菜作物主要根群深度及温度要求表》可以看出，只有人工创造各类作物生长发育所需要的温度条件，才能满足各种果菜类蔬菜作物的正常生长发育。
电热膜供暖的大棚大量的研究数据表明，使用了电热膜作为供暖设施的地，其农作物的根系发育程度明显优异于使用传统采暖技术农作物同时可以提高作物根部不受细菌等侵害，生长周期要比正常农作物快15天至一个月，而对于农作物尤其是一些经济作物来讲，时间就是实打实的利润。
二、 设计参数
河南驻马店地处北亚热带与暖温带的过渡地带，气候温和，雨量充沛，光照充足，年平均气温在14.9--15度之间，年平均降雨量为850--960毫米，西部为浅山丘陵，东部为广阔平原。，冬季最冷气温可达到-5℃，最冷月出现在1月，平均气温为 -5℃。
三、热负荷计算和设备选择：
（1）采暖的目的与设计要求
作物的生长发育要求在一定的温度条件下进行。在我国北方地区，自深秋至春季；为了使园艺设施内的气温、地温保持在作物生长发育的适宜范围内，就必须进行补充加温——采暖。采暖设计应满足以下要求：
1．采暖设备的容量应保持设施内的设定温度（地温及气温）。
2．设施内空间温度分布应均匀，时间变化应平稳，因此要求采暖设备配置合理，调节能力高。
3．遮荫少、占地少，便于栽培作业操作。
4．设备投资少，加温费用低。
（2）设计的基本程序
采暖设计，首先要根据设施的结构、地理位置等因素进行最大采暖负荷的计算；其次，依据设施所在地及用途等具体条件确定采暖所用电热膜。最后根据最大采暖负荷及采暖方式进行热能勋耗的计算等。
（3）最大采暖负荷的计算：最大采暖负荷是采暖设计的基本数据，其大小直接影响到整个设施经济性。
（4）能量平衡
一个完整的能量平衡系统包括太阳光及其通过覆盖材料的透射、通风换热、冷风渗透热损失、与地面的热交换、作物生理生化能量的转换、长波辐射、工作人员和设备产生的热量以及加热系统的供热等。但由于最大采暖负荷的计算是基于冬季凌晨的特定时刻，其中的许多因素都可以不考虑。在此时，没有太阳辐射，通风系统不工作。由于加热期的地面温度稳定接近室内的空气温度，地面热交换很小，作物生理生化能量转换相对而言很微弱；除采暖系统外照明或其它设备也均不运行。这样，最大采暖负荷就可简化为用以平衡设施通过围护结构的传热和冷风渗透两项热损失的能量需求。
（5）围护结构的传热耗热量
1、温室或大棚通过其各个暴露的表面的传热耗热量可用下式计算：
q1=k•F•(tn－tW)(1－fr)(4―1―1)
=4.8（W/m2•K）×（50m×3m×2+15m×3m×2+50×15）×【24-(-13)】×（1-0.4）
=121478.4W=121.5KW
式中q1——围护结构的传热耗热量，W；
k——围护结构的传热系数，W/m2•℃；
F——围护结构的面积，m2；
tn——冬季室内计算温度，℃；
tw——冬季室外计算温度，℃；
fr——热节省率。
2、整个设施的围护结构传热耗热量Q1等于它的围护结构各部分基本传热耗热量q1的总和。
Q1=∑q1=∑kF(tn－tW)(1－fr)(4－1－2)
冷风渗透耗热量按下式计算
Q2=0.00028NV(tn－tW)（4－1－3）
=0.00028×1.25×(50m×15m×3m) ×【24-(-13)】
=29.1KW
式中，N为温室与外界的空气交换率，也称换气次数，以每小时的完全换气次数为单位；V为温室内部体积，m3。（N与V的乘积则是以m3/hr为单位的换气速率）。不同温室结构的换气次数见表4－1－8
3、总的耗热量为：q1+ Q2=121.5KW+29.1KW=150.6KW
4、选择西莱克牌超低温型空气源热泵机组，型号为：LSQ25RD,在环境温度-7度时制热量为：49kw,输入功率为23.7KW；现在按照冬天-7℃的时间段来选取空气源热泵机组，故选取：150.6KW÷49KW=3.07台
根据以上综合计算，选用韩国电热膜低温辅射采暖满足环境温度-13℃时大棚采暖的需求.
（6）设计依据说明
1．冬季室内计算温度tn
在影响作物生长、发育的环境条件中，温度是一个重要因素。由于作物生长发育本身是一个相当复杂的过程，而且存在许多不可避免的随机因素或未知因子。这些将会导致生理过程发生波动，使作物生长发育的适宜温度具有一定变化范围，即适宜温度范围。作物各自都有最低温度、最适温度和最高温度“三基点温度”（表4－1－1，表4－1－2），在最适温度条件下，当其它环境条件得到满足时，作物干物质积累速度最快，作物生长发育迅速而良好。冬季室内计算温度即由此而定。
蔬菜种类
生长时期
对温度的要求（℃）
适宜温度
最高温度
最低温度
白天
夜间
黄 瓜
苗期
22±3
28
22
15
苗期到开始结瓜
24±4
33
22
15
结瓜期
26±4
38
24
15
茄 子
苗期
20±4
28
20
15
苗期到开始结果
22±4
30
20
15
结果期
26±4
34
24
12
番茄、辣椒
苗期
18±3
26
18
10
苗期到开始结果
22±3
28
20
10
结果期
22±4
30
22
6
南 瓜
苗期
20±3
26
22
12
苗期到开始结瓜
22±4
30
22
12
结瓜期
24±4
34
22
10
菜 豆
结荚前
20±3
25
20
15
结荚期
22±4
30
22
12
菠 菜
16±4
25
14
2
白菜、芹菜、莴苣、茴香、蒿子杆
18±6
30
15
2
种类
繁殖适温
生育适温
成花适温
备 注
种子发芽（℃）
插木发根（℃）
日气温 （℃）
夜气温 （℃）
日气温 （℃）
夜气温 （℃）
蕙兰
18－26
20－25
15－18
花芽形成需15℃左右，6－8周花蕾在25℃－30℃可消蕾
仙客来
18－20
20－25
10－15 13－15
16－17
花蕾在25℃以上即产生高温障碍。
菊
18
18 17－18 18－21
16 17
17－20
16－20
郁金香
20－25
16－18
9－13
香石竹
16－18
18－25
9－14
夜温超过15℃，则切花品质下降。
蔷薇
13－20
21－26
12－18
玫瑰
20－22
20－22
20－25
18－20
13－15
铁炮百合
20－24
13－18
18－23
13－16
2．冬季室外计算温度tW
冬季室外计算温度tw如何确定，对采暖系统设计有很关键性的影响。如采用过低的tw值，使采暖系统造价增加；如采用值过高，则不能保证采暖效果。由于温室、大棚结构的特殊性，tw值亦不能简单地套用工业与民用建筑中供暖室外计算温度。
国内目前对冬季室外计算温度的选取没有统一标准，可按冬季采暖最佳室外计算温度选定tw值，进行设施的围护结构耗热量计算。冬季最佳室外计算温度可在暖通设计手册中查出，但对于一些局域性气候带应根据实际情况确定气象参数。表4－1－3给出了我国北方地区主要城市的一些统计数据。
地 名
温度（℃）
地 名
温度（℃）
哈尔滨
－29
北 京
－12
吉 林
－29
石家庄
－12
沈 阳
－21
天 津
－11
锦 州
－17
济 南
－10
乌鲁木齐
－26
连云港
－7
克拉玛依
－24
青 岛
－9
银 川
－18
徐 州
－8
兰 州
－13
郑 州
－7
西 安
－8
洛 阳
－8
呼和浩特
－21
太 原
－14
3．围护结构的传热系数k
由于设施结构中有非透光材料，计算时应分别进行计算。表4－1－4列出了一些常见材料的传热系数k。对于一些新兴的特殊材料，计算时应咨询生产厂家。
鉴于温室支撑结构的材料多为金属，在使用k值计算透光覆盖材料的热损失时乘以一个结构系数，以考虑包括屋脊、窗框、屋檐、天沟和骨架等结构的影响。见表4－1－5。
材料名称
k值（W/m2·K）
材料名称
k值（W/m2·K）
单层玻璃
6.4
墙体材料
双层玻璃
4.0
瓦楞水泥石棉板
6.5
保温玻璃
厂商提供
混凝土，100mm厚
4.4
单层塑料膜*
6.8
混凝土，200mm厚
3.3
双层充气塑料膜
4.0
混凝土块,100mm厚
3.6
单层玻璃上覆盖单层塑料膜
4.8
混凝土块，200mm厚
2.9
单层玻璃上覆盖双层塑料膜
3.4
保温板
厂商提供
FRP瓦楞板
6.8
内表面抹灰砖墙24砖墙
2.08
结构塑料板（冬季）**
内表面抹灰砖墙37砖墙
1.57
16mm厚
3.3
内表面抹灰砖墙49砖墙
1.27
8mm厚
3.7
6mm厚
4.1
4．围护结构的面积F
由于围护结构的传热耗热量是按不同材料分别计算的，对每部分围护结构的传热面积也应该分别计算。
耗热量计算中面积可按各部分围护结构的几何尺寸进行计算。
5．热节省率fr
对温室、大棚等设施，由于有透光的要求，其覆盖材料的传热系数一般都很大，若不采取一定的措施，单凭一层薄膜在大多数情况下是不能够在设施内造成适宜作物生长的温度。对加温温室采用多层覆盖后，可有效地减少热量通过透明覆盖材料的散失，使采暖负荷减小，其减小的比例称为保温覆盖的“热节省率”fr。保温覆盖的方式和材料不同，热节省率fr也不同，一般约为25~60%，见表4－1－6。
表4－1－6 保温覆盖的热节省率(fr) (三原义秋，1980)
保温方法
保温覆盖材料
热节省率
玻璃温室
塑料大棚
双层固定覆盖
玻璃、聚氯乙烯薄膜 聚乙烯薄膜
0.40 0.35
0.45 0.40
一层保温幕
聚乙烯薄膜 聚氯丙烯薄膜 不织布 混铝薄膜 镀铝薄膜、铝箔聚乙烯层膜
0.30 0.35 0.25 0.40 0.50
0.35 0.40 0.30 0.45 0.55
两层保温幕
两层聚乙烯薄膜 聚乙烯薄膜+镀铝薄膜或铝箔聚乙烯夹层
0.45 0.65
0.45 0.65
外面覆盖
温室用草苫
0.60
0.65
层覆盖能有效地抑制热量的散失，如不加温的大棚，当外界气温为－3℃时，外面加盖草帘比单层聚乙烯薄膜的棚内温度提高5~7℃；双层薄膜比单层薄膜的棚内温度提高3~5℃，三层薄膜的棚内温度提高5~6℃。
对新型外覆盖材料热节省率，可向生产厂家咨询。
分析：
16：30时日落，棚内温度从28℃开始迅速下降，18：00-18：30时开始电热膜辐射采暖启动加热，间歇式运行，早晨棉被卷起，太阳光照射时，电热膜采暖停止工作。工作时间每天约为7个小时。
电热膜辐射采暖特点：
1、启动后一方面以强力的远红外波扇形辐射直接向植物及土壤深层传热，50℃以上高温的热辐射是至上而下的、远距离的、强穿透力的，远红外线的温热作用促进植物的生长，特别是促进西红柿要部的茁状成长。保证植物根部所在的土壤温度是至关重要的，也是采暖的首要任务。由于远红外线波易于植物和土壤吸收，这样可大大提高了热利用率。
2、大大增加了对流热效率
由于50℃以上的辐射不烧水分而是加热水分，因为大部分的热能以远红外线辐射形式穿透出去，只有少部分的热能以对流形式传热，这一点可以用简单的实验立刻得到难，在50℃以上温度运行时的、平放的辐射采暖上面倒半杯水，您将看不到任何的水蒸气和水的沸腾！按道理水在100℃沸腾、120℃以上应该会瞬间蒸发！
这样空气中的水分（湿度）在辐射采暖上得到低温加热（而不是蒸发掉）后无损失良性循环，便形成了自然的大范围的对流循环，形成远距离的、大范围的对流热传递，大大提高了热效率和室温热均衡。
在这里不烧水分是很关键的，传统的对流加热方式如煤炉、热风炉在发热体附近持续地将水分烧掉（蒸发掉），简单的说就是来一个干掉一个，这样一方面热量过多的集中在发热体附近而形成整体上的热量分布失衡；另一方面形成不良性的大范围空气对流，热传递效率降低，热量过多地集中在顶棚和发热体附近，土壤得不到有效加温，当天气变冷时，这样现象更加明显。
3、净化棚内空气
无污染---低温辐射采暖在运行当中不产生氧化过程，不烧氧气，不降低氧气含量，也不排放任何其他气体，低温辐射远红外线---还具有红外线杀菌除味，有效抑制各种霉菌、病菌的生长。
负离子---天然矿物质涂层辐射采暖又能释放大量负离子，净化空气、杀菌除味，很好地完成“空气维生素”的使命。这样即有效地防止了病虫害及疾病的发生，又大大增强了植物的免疫力。
结论：
节能--- 30%以上（未考虑缩短收获期15%）
产量--- 增加15%-20%
质量（成色）--- 糖分及味道明显改善
原因分析：
保障温度、保持湿度、净化空气等植物生长关键3要素的同时，以“生命光波”远红外线所特有的温热效应由内而外呵护植物生长、促进营养吸收。
加温设备综述：
应该从以下3方面考虑
1，热转换率
不管是用何种能源（煤、电、燃气），设备的热转换率多少是很重要的考核参数。
三丰远红外电热采暖的热量为817Kcal/kw, 电热转换率为99%。
2，热利用效果
热转换率高，不一定热效率高。得看这个加热设备以何种传热方式，何种布局设计的，从结果来看，热量是如何分布、温度是如何分布的，简单来讲有多少热量是用在被加热物体上的，就是有效热利用率。
三丰电热膜远红外辐射采暖大部分热量以远红外热辐射形式由上而下直接深层传递给植物及土壤，同时以低温对流形式远距离大范围均匀传热，地表温度和1.8m高度室内温度只差在2-3℃之内，体感温度高于室内温度2-3℃.热量分布是偏向地面的！
传统的加温设备都采用传导对流传热方式，过于依赖空气传热，严重受热气上升冷气下降的影响，热量过多地集中在设备附近和顶棚，热量分布是偏向顶棚，热利用率较低。
3，附加值
除了加温之外对湿度、空气质量（氧气、其他排放）的影响如何？有何其他附加值？
如果降低湿度、恶化空气质量，那附加值是负的。
事实数据验证三丰电热膜远红外辐射采暖的附加值是其他加温设备无与伦比的。
远红外辐射太阳板是静悄悄的，无声、无光、无风，静静地悬挂在那里，当夜幕降临、寒冷袭来时，默默无闻、无声无息、毫无保留地散发出热量给予生命和土壤，以生命光波和空气维生素呵护着生命的健康成长！它是最无私的生命卫士！它虽然是静悄悄的，但总有一天，它的强大正能量让人们奉为璀璨的明珠！
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