温室设计遵循的热平衡原理及计算方法

温室是一个半封闭系统，它不断地与外界进行能量与物质交换，根据能量守恒原理：蓄积于温室内的热量△Q为进入温室内的热量(Q)与散失的热量(Q_o)之差。

温室内的热量来自两方面：一是太阳辐射能，另一部分是人工加温及内部蓄热。而热量的支出则包括如下几个方面：地面、覆盖物、作物表面有效辐射失热；以对流方式，温室内土壤表面与空气之间、空气与覆盖物之间热量交换，并通过覆盖物表面失热；温室内土壤覆盖表面蒸发、作物蒸腾、覆盖物表面蒸发，以潜热形式失热；通过排气将显热和潜热排出；土壤传导失热(图3—2)。

综上所述，可写出温室的热量平衡方程式如下：

q_r+q_g=q_f+q_i+q_c+q_v+q_s

式中

q_r——人工加热量；

q_g——太阳热能；

q_c——对流传导失热量(显热部分)；

q_i——潜热失热量；

q_s一一地中传热量；

q_v——通风换气热量(包括显 热和潜热两部分)。

下面讨论温室热支出的各种途径。

1．贯流放热

把透过覆盖材料或围护结构的热量叫做温室表面的贯流传热量(图3—3)。

贯流传热量的表达式如下：

Q_t=A_Wh_t(t_r-t_o)

(3—2)

式中Q_t——贯流传热量，kJ／h；

A_W——温室表面积，m²；

h_t一一热贯流率，kJ／(m²·h·℃)；

t_r一一温室内气温；

t_o一温室外气温。

热贯流率的表达式为：

式中a_r，a_ro，h_r，h_ro——温室内外的对流传热率和辐射传热率；

λ——导热率；

d——材料厚度。

由式(3—2)可知，热贯流Q就是由室内外温差引起的，由室内流到室外的全部热量。表3—1列出若干物质的热贯流率。

2．通过换气放热

温室内自然通风或强制通风，建筑材料的裂缝，覆盖物的破损，门、窗缝隙等，都会导致室内的热量流失。

温室内通风换气失热量包括显热失热和潜热失热两部分，显热失热量的表达式如下：

Q_v=R·V·F(t_r一t_o)    (3—4)

式中Q_v——整个设施单位时间的换气失热量；

R——每小时换气次数(表3—2)；

F一空气比热，F=1.3 kJ／(m²·h·℃)；

V一设施的体积(m³)。

   3．土壤传导失热

土壤传导失热包括土壤上下层之间的传热和土壤横向传热。垂直方向上的传导失热，可以用土壤传热方程表示：

综上所述，不加温的温室内热收支平衡，夜间室内空气的热量来源是地中供热，热量失散主要是贯流放热和换气放热。据测定，不加温温室通过贯流放热占总耗热75％～80％，缝隙散热也叫通换气放热，北方的温室由于密封性好，占总耗热量的5％～6％。土壤横向热传导占总耗热量13％～15％。