蘭立波 王志冉 周增產(chǎn) 等 溫室采暖管道不同表面處理方式對散熱量的影響 J 農(nóng)業(yè)工程 2022 12 5 49 52 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2022 05 010 LAN Libo WANG Zhiran ZHOU Zengchan et al Influence of different surface treatment methods on heat dissipation of greenhouse heating pipeline J Agricultural Engineering 2022 12 5 49 52 溫室采暖管道不同表面處理方式對散熱量的影響 蘭立波1 2 王志冉2 3 周增產(chǎn)1 2 3 李秀剛1 2 高 鑫1 2 曲維民1 2 1 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司 北京 100094 2 北京市植物工廠工程技術(shù)研究中心 北京 100094 3 北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所有限公司 北京 100096 摘 要 大型連棟玻璃溫室常采用光管散熱器作為采暖材料 一般采暖管道常采用噴塑 噴漆 掛鍍等不同的表面處理方式 為減少能源消耗 保證熱量利用率 研究了不同表面處理方式對采暖管道散熱量的影響 結(jié)果表明 3種表面處理方式中 噴 塑和噴漆的采暖管道散熱量較大 噴塑管道的金屬熱強(qiáng)度最大 所得研究結(jié)果為采暖管道散熱器在溫室中的實際應(yīng)用提供理 論基礎(chǔ)和經(jīng)驗數(shù)據(jù) 關(guān)鍵詞 采暖管道 散熱量 玻璃溫室 表面處理方式 中圖分類號 S626 5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095 1795 2022 05 0049 04 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2022 05 010 Influence of Different Surface Treatment Methods on Heat Dissipation of Greenhouse Heating Pipeline LAN Libo1 2 WANG Zhiran2 3 ZHOU Zengchan1 2 3 LI Xiugang1 2 GAO Xin1 2 QU Weimin1 2 1 Beijing Kingpeng International Hi Tech Corporation Beijing 100094 China 2 Beijing Plant Factory Engineering Technology Research Center Beijing 100094 China 3 Beijing Agricultural Machinery Research Institute Co Ltd Beijing 100096 China Abstract Large multi span glass greenhouses often use smooth tube radiators as heating materials Generally different surface treatment methods such as plastic spraying painting and hanging plating are often used for heating pipes In order to reduce energy consumption and ensure heat utilization influence of different surface treatment methods on heat dissipation of heating pipes were studied Results showed that among three surface treatment methods heat dissipation of plastic spraying and painting heating pipeline was larger and metal thermal strength of plastic spraying pipeline was the largest The research results could provide theoretical basis and empirical data for practical application of heating pipe radiator in greenhouse Keywords heating pipeline heat dissipation glass greenhouse surface treatment method 0 引言 近年來 設(shè)施溫室高速發(fā)展 高效的土地利用率和 標(biāo)準(zhǔn)化 規(guī)?；纳a(chǎn)管理模式日益受農(nóng)業(yè)和非農(nóng)業(yè) 投資者的青睞 國內(nèi)也掀起了一股現(xiàn)代智能溫室的熱 潮 1 連棟玻璃溫室的面積逐漸擴(kuò)大 隨之而來的是連 棟玻璃溫室冬季采暖問題 熱量的充分利用 能源的 有效節(jié)約是溫室采暖需解決的關(guān)鍵性問題 2 3 北方的 大型連棟玻璃溫室常采用管道加溫系統(tǒng) 在溫室的周 墻立面 植株間 栽培區(qū)軌道都安裝管道加溫系統(tǒng) 管道加溫系統(tǒng)在增加室內(nèi)溫度的同時降低了相對濕度 對防治真菌 細(xì)菌等微生物病害具有顯著作用 同時 加速了果實成熟 4 5 其中 軌道加溫系統(tǒng)不僅作為軌 道運(yùn)輸車 采摘車等農(nóng)事作業(yè)車的軌道 同時也是連 棟玻璃溫室加溫的主要設(shè)備 6 7 在民用建筑中有多種形式的散熱器 但是連棟玻璃 溫室的采暖負(fù)荷是民用建筑的3 5倍 選擇民用散熱 器的造價高 且占地面積大 也造成溫室內(nèi)部溫度分 收稿日期 2021 12 13 修回日期 2022 02 19 基金項目 北京市科技支撐鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興項目 Z211100004621003 作者簡介 蘭立波 主要從事農(nóng)業(yè)設(shè)施設(shè)計及規(guī)劃工作 E mail 8984264 王志冉 通信作者 碩士 主要從事設(shè)施裝備開發(fā) 園區(qū)規(guī)劃與作物栽培等方面工作 E mail 919702947 第 12 卷 第 5 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 Vol 12 No 5 2022 年 5 月 AGRICULTURAL ENGINEERING May 2022 布的不均勻性 8 10 北方溫室內(nèi)一般采用光管散熱器 是一種直接采用鋼管管道作為采暖管道的散熱器 既 作為供回水管路 又作為散熱裝置 安裝在溫室的四 周及栽培區(qū)地面軌道等地方 不會額外占用溫室內(nèi)部 面積 11 該散熱管道采用國標(biāo)圓形鋼管 材料來源豐富 造價低 現(xiàn)廣泛應(yīng)用于溫室采暖設(shè)計中 12 研究表明 散熱器的散熱量受諸多條件的制約 如 材料 表面處理狀況 幾何因素等 溫室光管散熱器 的表面處理方式有多種 不同的表面處理方式散熱量 可能有所不同 本文重點研究噴塑 噴涂 掛鍍3種不 同表面處理方式對采暖管道散熱量的影響 根據(jù)國家 標(biāo)準(zhǔn)研究散熱器的散熱量 以恒溫小室為研究對象 按照傳熱學(xué)理論 散熱器與恒溫小室的傳熱是以空氣 作為流體介質(zhì)的壁面與空氣的對流換熱 不同壁面之 間及間接通過空氣介質(zhì)的輻射換熱 將熱量由有限空 間高溫壁傳到它的低溫壁的復(fù)雜物理過程 13 15 1 溫室采暖管道簡介 隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展 單棟玻璃溫室的面積 也從幾千平米增加到數(shù)十公頃 在長度方向上也達(dá)幾 百米 溫室采暖系統(tǒng)在保證滿足室內(nèi)作物適宜生長的 溫度條件下 更要兼顧溫度的均勻性分布 因此大型 連棟玻璃溫室常采用光管散熱器 在溫室的四周立面 株間和地面布置不同規(guī)格的圓形鋼管散熱器 溫室采暖管道使用的圓形鋼管在溫室建設(shè)過程中需 要進(jìn)行表面處理 一般常見的方式有噴塑 噴涂 掛 鍍 選用的工藝不同 處理的效果和造價也不相同 在散熱效果和金屬熱強(qiáng)度方面也會造成差異 2 測試目的 溫室管道散熱器是溫室采暖的重要方式 但是這種 散熱器散熱效果怎樣還不確定 另外采用不同的表面 處理方式對散熱效果產(chǎn)生的影響也是未知的 研究不 同表面處理方式對散熱管道散熱效果的影響 對溫室 節(jié)本增效生產(chǎn)具有關(guān)鍵作用 選擇何種處理方式 對 建設(shè)溫室 保證取暖效果具有重要意義 3 測試方法 3 1 試驗材料 試驗材料為溫室內(nèi)安裝的管道散熱器 其直徑 60 mm 長度3 000 mm 選用常見的噴塑 白色 噴 涂 掛鍍3種表面處理方式 3 2 測試依據(jù) 測試依據(jù)為GB T 13 754 2017 供暖散熱器散熱 量測定方法 16 在過余溫度分別為30 0 2 5 44 5 1 0 和60 0 2 5 K這3個工況基礎(chǔ)上進(jìn)行測試 3 3 測試時間與地點 測試機(jī)構(gòu) 本試驗測試于2021年5月16日委托第三方檢測機(jī) 構(gòu) 檢測地點為北京市朝陽區(qū)北三環(huán)東路30號國家空 調(diào)設(shè)備質(zhì)量檢驗監(jiān)督中心 3 4 儀器 檢驗使用的儀器為CN01型電子天平 CN03型臺 秤 CN05 1型工業(yè)鉑熱電阻 CN05 2型工業(yè)鉑熱電阻 CN05 3型工業(yè)鉑熱電阻 CN24型鋼卷尺 CN82型標(biāo) 準(zhǔn)流量積算儀 3 5 測試指標(biāo) 檢測項目為散熱量 金屬熱強(qiáng)度 管道散熱器按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB T 13 754 2017進(jìn)行 測試 在封閉的小區(qū)內(nèi)和規(guī)定的條件下測得散熱量 單位是瓦 W 測試條件 熱媒為熱水 進(jìn)水溫度 是T1 出水溫度T2 平均水溫是T 均 T1 T2 2 室 溫是T0 18 計算溫差 T T均 T0 17 金屬熱強(qiáng)度指的是每千克金屬溫度每升高1 所 散發(fā)的熱量 金屬熱強(qiáng)度越大 釋放同樣熱量所消耗 金屬量越小 這是一個衡量暖氣節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo) 如鋁散熱器的金屬熱強(qiáng)度 一般可達(dá)2 2 W kg K 以上 鑄鐵散熱器一般為0 3 0 4 W kg K 鋼制 管柱式散熱器一般為0 6 W kg K 4 試驗結(jié)果 溫室管道散熱器的表面處理方式有噴塑 噴涂 掛 鍍等 不同的表面處理方式對散熱器的散熱量和金屬 熱強(qiáng)度影響不同 本試驗測試了3種不同表面處理方式 對采暖管道散熱量和金屬熱強(qiáng)度的影響 4 1 噴塑散熱管 噴塑是指在圓形鋼管的表面噴涂不含溶劑的100 固體粉末涂料的處理工藝 涂料一般是特制樹脂 顏 填料 固化劑和其他助劑按照一定的比例混合而成 在通過熱擠塑和粉碎過篩等工藝制備而成 在常溫下 貯存穩(wěn)定 經(jīng)靜電噴涂 再加熱烘烤熔融固化 形成 平整光亮的永久性涂膜 達(dá)到美化防腐的功能 18 根據(jù) 測試結(jié)果 表1 擬合 噴塑散熱管道散熱量與過余溫 度的關(guān)系式為Q 2 335 4 T 1 259 6W 當(dāng) T 44 5 K時 散熱量Q 278 4 W 金屬熱強(qiáng)度為0 58W kg K 4 2 噴漆散熱管 噴漆是通過噴槍或霧化器等將油漆霧化 分散成均 勻的顆粒涂覆于鋼管表面的加工方式 19 根據(jù)測試結(jié)果 表2 擬合 噴漆散熱管道散熱量與過余溫度的關(guān)系 式為Q 2 207 4 T 1 278 4W 當(dāng) T 44 5 K時 散熱量 Q 282 6 W 金屬熱強(qiáng)度為0 57 W kg K 4 3 掛鍍散熱管 掛鍍是使用掛具吊掛工件所進(jìn)行的電鍍方式 根據(jù) 50 農(nóng)業(yè)工程 生物環(huán)境與能源 測試結(jié)果 表3 擬合 掛鍍散熱管道散熱量與過余溫 度的關(guān)系式為Q 1 605 4 T 1 256 2W 當(dāng) T 44 5 K時 散熱量Q 188 9 W 金屬熱強(qiáng)度為0 57 W kg K 表 3 掛鍍散熱管道測試結(jié)果 Tab 3 Test results of hanging plating heat dissipation pipe 項目 工況 1 工況 2 工況 3 進(jìn)口溫度 C 74 99 95 00 51 89 出口溫度 C 50 85 60 08 40 54 空氣基準(zhǔn)溫度 C 18 03 18 26 18 32 流量 10 kg s 1 1 87 1 86 1 87 過余溫度 K 44 89 59 24 29 44 進(jìn)口比焓 kJ kg 1 313 90 397 99 230 09 出口比焓 kJ kg 1 212 81 251 43 169 71 散熱量 W 189 04 272 60 112 91 5 結(jié)論 熱傳遞有3種基本傳熱方式 分別為熱傳導(dǎo) 熱對 流與熱輻射 相同材料的不同表面處理方式 會造成 表面輻射率不同 導(dǎo)致其散熱能力也不相同 20 在相同的工況條件下 管道散熱器散熱量大小為掛 鍍 噴塑 噴漆 金屬熱強(qiáng)度大小為掛鍍 噴漆 噴塑 3 種測試結(jié)果相比而言 噴塑和噴漆的表面處理方式管 道散熱器的散熱量相對較大 掛鍍的散熱效果相對較 差 噴塑處理管道散熱器的金屬熱強(qiáng)度最大 從工藝角度分析 由于玻璃溫室內(nèi)使用的散熱器暴 露在高光照 高濕度的環(huán)境條件下 極易被腐蝕 目 前噴漆的表面方式 散熱器的生銹率較高 且施工時 受環(huán)保要求的限制 一般較少采用 相比而言 熱鍍 鋅的表面處理方式更具有耐腐蝕性 耐熱性和抗表面 滲透性等優(yōu)點 使用鍍鋅方式可使鋼管防腐年限高達(dá) 25年以上 從施工方面考慮較為經(jīng)濟(jì) 但散熱量較低 噴塑既能達(dá)到較強(qiáng)防腐的功能 同時散熱量較高 更 加美觀整潔 因此在溫室管道供暖系統(tǒng)中 表面噴塑 的散熱管道在溫室建設(shè)中具有更好的適用性 參考文獻(xiàn) 劉湘?zhèn)?大型現(xiàn)代化溫室加溫技術(shù)的應(yīng)用及思考 J 農(nóng)業(yè)工程 技術(shù) 2017 37 34 31 34 1 么秋月 我國大型連棟玻璃溫室建造要點與生產(chǎn)管理現(xiàn)狀 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2017 37 34 10 19 2 李文軍 張攀攀 屈浩 等 智能連棟玻璃溫室節(jié)能減排技術(shù)研 究 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2020 40 28 16 19 3 周長吉 周博士考察拾零 九十九 引進(jìn)荷蘭大規(guī)模連棟玻璃溫 室長季節(jié)栽培番茄的工藝與設(shè)備配置 光管散熱器布置形 式 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2019 39 34 62 66 4 XU Weiwei SONG Weitang MA Chengwei Performance of a water circulating solar heat collection and release system for greenhouse heat ing using an indoor collector constructed of hollow polycarbonate sheets J Journal of Cleaner Production 2020 DOI 10 1016 j jclepro 2019 119918 5 張艷紅 張嵐 郭建業(yè) 等 連棟溫室內(nèi)省力化軌道車的應(yīng)用 以Red Harvest公司連棟番茄生產(chǎn)溫室為例 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2020 40 28 20 23 6 張艷紅 郭建業(yè) 張嵐 等 連棟溫室省力采摘運(yùn)輸車的研 發(fā) J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2017 37 7 34 37 7 王悅 趙鵬軍 我國居民住宅建筑生活能耗差異性調(diào)查研究 J 北京大學(xué)學(xué)報 自然科學(xué)版 2018 54 1 162 170 WANG Yue ZHAO Pengjun Survey research on residential building energy consumption in urban and rural area of China J Acta Scientiar um Naturalium Universitatis Pekinensis Natural Science Edition 2018 54 1 162 170 8 富建魯 周長吉 王柳 連棟玻璃溫室采暖熱負(fù)荷計算方 法 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2020 36 21 235 242 FU Jianlu ZHOU Changji WANG Liu Methods for calculation of heating load in gutter connected glasshouse J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2020 36 21 235 242 9 蔡龍俊 龔俊華 連棟溫室散熱管道輻射涂層的熱工性能研 究 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2004 20 5 89 91 CAI Longjun GONG Junhua Thermo engineering properties of heat ing pipes coated with radiant dope in gutter connected greenhouse J Transactions of 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溫室采暖管道不同表面處理方式對散熱量的影響 51 李慶娜 散熱器采暖系統(tǒng)低溫運(yùn)行應(yīng)用研究 D 哈爾濱 哈爾 濱工業(yè)大學(xué) 2009 LI Qingna Application research on radiator heating system working at low temperature D Harbin Harbin Institute of Technology 2009 12 趙志遠(yuǎn) 鄭彥寧 趙筱媛 等 基于傳熱學(xué)理論的文獻(xiàn)時空分布 與知識傳播規(guī)律研究 J 計算機(jī)科學(xué) 2015 42 S2 10 15 ZHAO Zhiyuan ZHENG Yanning ZHAO Xiaoyuan et al Re search on temporal and spatial distribution of literature and knowledge dissemination law based on heat transfer theory J Computer Science 2015 42 S2 10 15 13 陳玉鳳 劉堯 王培吉 微尺度傳熱學(xué)進(jìn)展 J 濟(jì)南大學(xué)學(xué)報 自然科學(xué)版 2008 22 1 102 106 CHEN Yufeng LIU Yao WANG Peiji Research progress of micro scale heat transfer theory J Journal of University of Jinan Science and Technology 2008 22 1 102 106 14 趙征 汪一舟 計算傳熱學(xué)在工程換熱設(shè)備傳熱研究中的運(yùn)用分 析 J 科技風(fēng) 2017 23 92 15 供暖散熱器散熱量測定方法 GB T 13754 2017 S 16 蔡龍俊 馮哲雋 連棟溫室熱水供熱系統(tǒng)散熱管道傳熱系數(shù)的計 算與測試 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2003 1 3 196 199 CAI Longjun FENG Zhejun Calculation 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