连栋温室热水供热系统散热管道传热系数的计算与测试

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1、连栋温室热水供热系统散热管道传热系数的计算与测试日期:2006-4-123:11:24来源:来自网络查看:[大中小]作者：未知热度：1284蔡龙俊，冯哲隽(同济大学现代农业科学与工程研究院) 1引言　　设施农业是在人为可控环境保护设施下的农业生产。目前已由简易塑料大棚、简易温室发展到具有人工环境控制设施的自动化、机械化程度很高的现代化大型温室和植物工厂。现代化的大型温室，通常是占地面积较大的连栋温室。冬季，为保证温室内作物的正常生长，温室内需设置供热系统，以维持温室内合适的温度。温室供热系统常采用两种型式。一种是热水供热系统，另一种是热风供热系统。热水供热系统常采用散热管道

2、作为散热元件，它具有蓄热量大，热稳定性好，温室内温度场较均匀等优点。因而被广泛采用。散热管的热工性能参数是热水供热系统设计的基本数据。据初步调查，国内连栋温室热水供热系统散热管道的设计大多凭经验套用，造成有些温室散热管布置数量偏少，达不到供热效果；有些则布置过多，引起不必要的浪费。而供热系统的初投资在温室工程中占了一定比例（根据笔者的工程实践，约占初投资的20%~30%）；散热系统的运行费用则在温室总运行费用中，占了很大比例。　　本文将通过研究农业温室最常用的以热水为热媒、以管道为散热设备的供热系统的热工性能参数，为农业温室供热系统的设计提供经济、可靠的技术参数。2连栋温室

3、供热系统的型式2.1采用管道散热的热水供热系统的型式2.1.1系统原理图　　供热系统的原理图见图1。图1供热系统原理图2.1.2散热管道的材质与外形　　散热管道按管道材质分类，可分为钢管和PVC管道。　　钢管的优点是耐压高，管壁导热热阻小；缺点是易腐蚀。　　PVC管优点是耐腐蚀，缺点是管壁导热热阻较大。　　散热管道外形有光管与圆翼形管道。　　采用圆翼形散热管，虽与光管相比，换热系数有一定提高，但也增加了初投资。因此实际工程仍多采用光管散热管。2.2散热管道布置方式2.2.1蔬菜种植区散热管道的布置方式　　蔬菜种植区散热管道的布置方式见图2。地面散热管水

4、平布置在田垄之间的人行道上，管径通常为DN50；管道中心离地面约150mm；地面散热管还可作为采摘果实手推车的导轨，一举两得。在种植蔬菜的中间位置，垂直吊装2根散热管道，管径通常为DN25。吊装散热管的高度可随作物生长情况而调整。如蔬菜种植初期，吊装高度约0.5m；蔬菜结果时吊装管高度约1.50～1.70m。图2散热管布置示意图(种植蔬菜)2.2.2花卉区或育苗区散热管道的布置方式　　花卉区或育苗区常采用花架或苗床，散热管道布置方式见图3。苗床(或花架)的高度H≈0.5m；散热管道敷设在下部，苗床(或花架)应有足够的间隙，以保证散热管道的热气流均匀的掠过盆栽花卉区或苗

5、区，向上浮升，如果散热量不够，也可以在柱上布置散热管。图3散热管道布置示意图(种植花卉或育苗)2.3散热管热水供热系统的特点　　一般热水管道加热系统都采用同程式系统以保证系统阻力平衡和水力工况稳定。这一系统形式为保持热力工况稳定和室内温度场均匀创造了良好基础。与其他供热散热器相比，散热管道的有效辐射面积大，所以辐射换热量占总换热量的比例也略高。这有利于温室内作物的生长。3温室散热管道热工性能的理论分析3.1计算的原始数据　　计算的原始参数如下：　　温室内冬季植物所需的设计温度，不同的植物，温度要求不同。冬季室内的计算温度：蔬菜区tn=14℃；花卉区tn=18℃；育

6、苗区tn=20℃。　　设计供水温度，考虑到温度太高会伤害作物，宜取tg=80℃；设计回水温度，取th=55℃。3.2理论分析及计算3.2.1基本计算公式　　散热管的散热特性与供暖散热器的放热特性有相同之处，也有不同之处。相同之处是管外表面以自然对流放热为主，不同之处是散热器辐射换热占的比例较少。根据文献，圆管的K值计算式为　　式中αw--散[HJ]热管外表面的复合换热系数，W/(m2·K)；αn--散热管内表面的对流换热系数，W/(m2·K)；D--散热管道外径，m；dn--散热管道内径，m；λ--散热管导热系数，W/(m·K)。　　对于薄壁的散热管，根据传热学

7、的基本原理，可认为K≈αw　　散热管外表面的复合换热系数αw=αc+αr(2)　　式中αc--对流换热系数；αr--辐射换热系数。3.2.2对流换热系数的分析与计算　　散热管外是自然对流换热。对流换热系数αc可根据下式计算出αc=Nuw(λ/D)　　式中Nuw--管外空气的努谢尔特准则，无因次；λw--空气导热系数，W/(m·K)。　　根据文献推荐的关联式Nuw=C(Grw·Prw)n(4)　　式中Grw--管外空气的格拉肖夫准则，无因次，表征自然对流的流态对换热的影响