<p>第 24 卷 第 10 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) V ol.24 No.10 2008 年 10 月 Transactions of the CSAE Oct. 2008 161 溫室采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度取值方法探討 周長(zhǎng)吉 ， 丁小明 （農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 1 0 0 1 2 5 ） 摘 要：溫室采暖設(shè)計(jì)室外計(jì) 算溫度直接影響溫室采暖熱負(fù)荷的大小 ，經(jīng)濟(jì)合理地確定其取值對(duì)保障溫室作物的生長(zhǎng)、 降低溫室建設(shè)投資、 節(jié)約能源、 提高經(jīng)濟(jì)效益等都有重要意義。 該文在分析國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上， 借鑒國(guó)外經(jīng) 驗(yàn)， 提出根據(jù)溫室的設(shè)計(jì)使用壽命 ， 采用 “一定年限內(nèi)累年 年最低溫度的平均值 ” 作為溫室采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度的計(jì) 算方法， 結(jié)合分析國(guó)內(nèi)氣象數(shù)據(jù)， 該方法計(jì)算所得的溫室采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度可使溫室采暖期的保證率提高到 99% ± 0.5% 。同時(shí)，給出了最近 30 年 和 20 年全國(guó)溫室采暖設(shè)計(jì)室外 計(jì)算溫度的等值線圖 ，可供溫室采暖設(shè)計(jì)參考。 關(guān)鍵詞：溫室，采暖，取值方法，室外計(jì)算溫度 中圖分類(lèi)號(hào)：S625.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1 0 0 2 - 6 8 1 9 ( 2 0 0 8 ) - 1 0 - 0 1 6 1 - 0 5 周長(zhǎng)吉，丁小明. 溫室采暖設(shè) 計(jì)室外計(jì)算溫度取值方法探討J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2 0 0 8 ，2 4 ( 1 0 ) ：1 6 1 1 6 5 . Zhou Changji, Ding Xiaoming. Outside temperature for heating load in greenhouse designJ. Transactions of the CSAE, 2 0 0 8 , 2 4 ( 1 0 ) ： 1 6 1 1 6 5.(in Chinese with English abstract) 0 引 言 近 年 來(lái) ， 隨 著 傳 統(tǒng) 化 石 能 源 資 源 的 不 斷 枯 竭 ， 世 界 范 圍 內(nèi) 能 源 價(jià) 格 不 斷 上 漲 ， 作 為 主 要 依 靠 能 源 手 段 克 服 外 界 不 利 環(huán) 境 進(jìn) 行 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 的 溫 室 種 植 業(yè) ， 遇 到 了 前 所 未 有 的 壓 力 ； 另 一 方 面 ， 國(guó) 內(nèi) 連 續(xù) 幾 年 的 低 溫 和 雪 災(zāi) ， 又 使 溫 室 生 產(chǎn) 的 風(fēng) 險(xiǎn) 不 斷 加 大 ， 凍 害 和 溫 室 被 雪 壓 塌 的 事 件 屢 見(jiàn) 報(bào) 端 。 如 何 經(jīng) 濟(jì) 合 理 地 確 定 溫 室 的 采 暖 負(fù) 荷 ， 再一次成 為工程 設(shè)計(jì)和 溫室 生產(chǎn)者關(guān) 注的熱 點(diǎn) 。 采 暖 設(shè) 計(jì) 中 室 內(nèi) 外 計(jì) 算 溫 度 之 差 正 比 于 溫 室 的 采 暖 負(fù)荷 。 室內(nèi)計(jì) 算溫度 決定于 溫室內(nèi)種 植作物 的生理 要求 ， 一 般 根 據(jù) 種 植 作 物 夜 間 適 宜 溫 度 的 下 限 確 定 ， 在 種 植 對(duì) 象 確 定 后 ， 該 溫 度 就 成 為 一 個(gè) 定 值 。 而 室 外 計(jì) 算 溫 度 則 取 決 于 溫 室 建 設(shè) 地 區(qū) 的 氣 候 條 件 。 對(duì) 于 特 定 地 區(qū) ， 雖 然 每 年 氣 候 變 化 的 趨 勢(shì) 是 相 同 的 ， 但 氣 象 數(shù) 據(jù) 年 際 間 卻 存 在 較 大 差 異 ， 而 且 這 種 差 異 是 隨 機(jī) 的 ， 如 何 從 中 提 煉 出 適 合 溫 室 特 點(diǎn) 的 室 外 計(jì) 算 溫 度 ， 使 其 既 能 保 證 溫 室 生 產(chǎn) 的 可 靠 性 ， 又 能 兼 顧 溫 室 生 產(chǎn) 的 經(jīng) 濟(jì) 性 ， 需 要 在 充 分 分 析溫室生 產(chǎn)特點(diǎn) 的基礎(chǔ) 上綜 合確定 。 1 現(xiàn)有取 值方法 回顧與 分析 在 采 暖 熱 負(fù) 荷 計(jì) 算 中 ， 如 何 確 定 室 外 計(jì) 算 溫 度 是 一 個(gè) 相 當(dāng) 重 要 的 問(wèn) 題 ， 單 純 從 技 術(shù) 角 度 考 慮 ， 采 暖 系 統(tǒng) 的 最 大 出 力 ， 恰 好 等 于 當(dāng) 地 出 現(xiàn) 最 冷 天 氣 時(shí) 所 需 要 的 冷 負(fù) 荷 ， 是 最 理 想 的 ， 但 這 與 采 暖 系 統(tǒng) 的 經(jīng) 濟(jì) 性 相 違 背 。 在 設(shè) 計(jì) 工 程 的 整 個(gè) 使 用 周 期 內(nèi) ， 最 冷 的 天 氣 并 不 是 每 年 都 會(huì) 出 現(xiàn) 。 如 果 采 暖 設(shè) 備 根 據(jù) 歷 年 最 不 利 條 件 進(jìn) 行 選 擇 ， 收稿日 期 ：2008-07-07 修訂 日期 ：2008-07-28 基金項(xiàng) 目 ： 國(guó)家 科技 支撐 計(jì)劃 （2006BAD28B07 ） 作者簡(jiǎn) 介 ： 周 長(zhǎng)吉 （1964 ） ， 男 ， 甘肅武 威人 ， 研究 員 ， 博士 ， 主 要從 事 溫室工 程研 究 、 設(shè)計(jì) 和標(biāo) 準(zhǔn)化 工作 。 北京市 朝陽(yáng) 區(qū)麥 子店 街 41 號(hào) 農(nóng)業(yè) 部 規(guī)劃設(shè) 計(jì)研 究院 ，100125 ，Email: zhoucjfacaae.com 即 把 室 外 計(jì) 算 溫 度 定 得 很 低 ， 那 么 在 采 暖 運(yùn) 行 期 的 絕 大 多 數(shù) 時(shí) 間 里 ， 必 然 出 現(xiàn) 設(shè) 備 供 暖 能 力 富 裕 過(guò) 多 ， 造 成 浪 費(fèi) ； 反 之 ， 如 果 把 室 外 設(shè) 計(jì) 溫 度 定 得 過(guò) 高 ， 則 在 較 長(zhǎng) 時(shí) 間 里 不 能 保 證 必 要 的 室 內(nèi) 溫 度 ， 不 能 滿 足 室 內(nèi) 種 植 作 物 對(duì) 溫 度 的 要 求 ， 種 植 作 物 則 不 能 有 效 發(fā) 揮 生 產(chǎn) 潛 能 ， 將 直 接 影 響 種 植 者 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 因 此 ， 合 理 地 確 定 采 暖 室 外計(jì)算溫 度是一 個(gè)技術(shù) 與經(jīng) 濟(jì) 相 統(tǒng)一 的問(wèn)題 。 中 國(guó) 民 用 建 筑 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 采 暖 通 風(fēng) 與 空 氣 調(diào) 節(jié) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 （GB 50019-2003 ） 1 以 “ 日 平 均 溫 度 ” 為 統(tǒng) 計(jì) 基 礎(chǔ) ， 按 歷 年 室 外 實(shí) 際 出 現(xiàn) 的 較 低 的 日 平 均 溫 度 低 于 室 外 計(jì)算溫度 的時(shí)間 ， 平均 每年 不超過(guò) 5 天的原 則 ， 確 定 采 暖 室 外 計(jì) 算 溫 度 。 從 節(jié) 約 能 源 和 降 低 建 設(shè) 投 資 的 角 度 考 慮 ， 這 種 方 法 對(duì) 連 續(xù) 供 暖 的 工 業(yè) 與 民 用 建 筑 是 恰 當(dāng) 的 ， 但 對(duì) 溫 室 建 筑 卻 不 合 適 。 首 先 ， 溫 室 （ 日 光 溫 室 除 外 ） 是 一 種 熱 惰 性 很 小 的 輕 型 建 筑 ， 室 內(nèi) 外 熱 量 交 換 在 很 短 時(shí) 間 內(nèi) 即 完 成 ， 采 用 日 平 均 溫 度 ， 在 計(jì) 算 日 的 一 半 時(shí) 間 內(nèi) （ 發(fā) 生 在 夜 間 至 凌 晨 ） ， 將 不 能 滿 足 溫 室 室 內(nèi) 溫 度 要 求 ； 其 次 ， 民 用 建 筑 是 針 對(duì) “ 人 ” 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) ， 在 溫 度 較 低 的 短 暫 時(shí) 間 內(nèi) 人 可 以 通 過(guò) 主 動(dòng) 防 御 ， 如 增 添 保 暖 衣 服 ， 減 少 通 風(fēng) 等 措 施 ， 保 證 安 全 生 產(chǎn) 和 生 活 。 但 溫 室 是 針 對(duì) “ 作 物 ” 設(shè) 計(jì) ， 作 物 沒(méi) 有 像 人 一 樣 的 自 我 防 御 能 力 ， 如 果 室 內(nèi) 溫 度 低 于 作 物 生 長(zhǎng) 的 生 理 下 限 溫 度 ， 將 直 接 導(dǎo) 致 作 物 受 凍 ， 形 成 不 可 逆 的 生 理 障 礙 ， 引 起 作 物 減 產(chǎn)， 甚至 絕收 。 因 此 ， 采 用 日 平 均 溫 度 的 設(shè) 計(jì) 方 法 對(duì) 溫 室 采 暖 設(shè) 計(jì) 存在很大 的缺陷 ， 更何 況還 有 5 日的 不保證 時(shí)間 ， 對(duì) 作 物 正 常 生 長(zhǎng) 的 威 脅 將 更 大 。 即 使 熱 惰 性 較 大 的 日 光 溫 室， 如果 采用不 保證 5 日 的溫度 ， 同樣會(huì) 在不保 證期 內(nèi) 出現(xiàn)凍害 。 此外 ， 民 用建筑 在 中國(guó) 黃河 以南地區(qū) 規(guī)定不 采暖 （ 圖 1 中約在-5 線以南） ， 但 這些地區(qū) 除海南 外 ，冬 季最 低 溫度都有 可能達(dá) 到 0 以下 （圖 2 ） 。一方 面沒(méi)有 規(guī)范 公162 農(nóng) 業(yè)工程學(xué)報(bào) 2008 年 布 的 權(quán) 威 數(shù) 據(jù) 可 供 查 閱 ， 另 一 方 面 ， 即 使 通 過(guò) 氣 象 數(shù) 據(jù) 分 析 得 到 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) ， 直 接 采 用 對(duì) 溫 室 生 產(chǎn) 也 存 在 很 大 風(fēng) 險(xiǎn) 。 為 此 ， 在 溫 室 專(zhuān) 用 機(jī) 械 行 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 溫 室 加 溫 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)規(guī)范 （JB/T 10297-2001 ） 2 中對(duì) 溫室冬 季采暖 室外 設(shè) 計(jì)溫度規(guī) 定取 “ 近 20 年最冷日溫度 的平均 值 ” 。 這種 取 值方法較 GB 50019-2003 有了很大 的改進(jìn) ，取消 了“ 不 保 證 日 數(shù) ” 的 規(guī) 定 ， 大 大 降 低 了 溫 室 運(yùn) 行 的 風(fēng) 險(xiǎn) ， 但 仍 然 沒(méi) 有 擺 脫 “ 日 平 均 溫 度 ” 的 束 縛 ， 且 標(biāo) 準(zhǔn) 中 沒(méi) 有 提 供 全 國(guó) 溫 室 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 的 具 體 數(shù) 據(jù) 供 設(shè) 計(jì) 者 直 接 采 用 。 因 此 ， 在 該 標(biāo) 準(zhǔn) 頒 布 之 初 ， 筆 者 之 一 對(duì) 此 就 提 出過(guò)質(zhì)疑 3 。 此外， 對(duì)設(shè) 計(jì) 而言 ， 氣象數(shù) 據(jù)的 統(tǒng) 計(jì)年限 應(yīng) 與溫室的 使用壽 命相匹 配 ， 對(duì)使用壽 命在 20 年以上的 溫 室 ，為提 高溫室 生產(chǎn)的 安全 性應(yīng)增加 資料的 統(tǒng)計(jì)年 限 。 圖 1 民用建筑室外采暖設(shè)計(jì)溫度等值線圖 Fig.1 Contour map of outside design temperature for heat load in civil building 圖 2 近 3 0 年全國(guó)極端最低溫度等值線圖 Fig.2 Contour map of extremely minimum temperature in the latest 30 years 張亞紅 4 提出采 用當(dāng)?shù)?30 年最低日 平均溫 度和當(dāng) 地 30 年累年最冷月 溫度作 為 基本值 ， 來(lái)確定 連棟溫 室采 暖 設(shè)計(jì)室外 計(jì)算溫 度 。 這種 提 法彌補(bǔ)了 JB/T 10297-2001 中 關(guān) 于 統(tǒng) 計(jì) 年 限 的 缺 陷 ， 但 仍 沒(méi) 有 擺 脫 “ 日 平 均 溫 度 ” 的 概 念 ， 而 且 與 不 同 形 式 溫 室 的 使 用 壽 命 之 間 也 沒(méi) 有 提 出 明確的關(guān) 聯(lián)關(guān)系 。 邢 丙 丙 5 提 出 采 用 保 證 率 法 確 定 溫 室 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 的 方 法 ， 即 要 求 100% 滿 足 作 物 生 長(zhǎng) 的 低 限 溫 度；95% 滿足維 持作物 緩慢 生長(zhǎng) 的溫 度 ；85% 滿足 作物 正 常 生 長(zhǎng) 的 溫 度 。 這 種 取 值 方 法 將 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 和 溫 室 內(nèi) 種 植 作 物 需 要 的 室 內(nèi) 計(jì) 算 溫 度 聯(lián) 系 在 一 起 ， 但 使 室 內(nèi) 計(jì) 算 溫 度 變 成 了 動(dòng) 態(tài) 溫 度 ， 加 大 了 室 外 計(jì) 算 溫 度 取 值的 難 度 。事 實(shí) 上 ，筆 者 認(rèn) 為 ，100% 滿 足作 物 低 限 生 長(zhǎng) 溫 度 應(yīng) 是 上 述 三 種 方 法 中 的 核 心 。 如 將 作 物 低 限 生 長(zhǎng) 溫 度 作 為 室 內(nèi) 設(shè) 計(jì) 溫 度 ， 則 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 應(yīng) 取 歷年極端 最低溫 度 ，這 種方 法顯然存 在很大 的問(wèn)題 。 日 本 在 選 取 溫 室 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 時(shí) 采 用 了 三 種 方 法： 一是采 用數(shù)年 一遇的 最 低溫度 ； 二 是采用 近 20 年中 連 續(xù) 最 低 氣 溫 的 平 均 值 ； 三 是 根 據(jù) 建 筑 采 暖 中 不 保 證 天 數(shù)確定 6 。 其中 ， 第一 種取 法與邢丙 丙 5 的 取法類(lèi) 同 ； 第 三 種 取 法 與 中 國(guó) 民 用 建 筑 的 取 法 相 同 ， 而 第 二 種 方 法 提 出 了 用 最 低 溫 度 的 平 均 值 的 概 念 ， 這 對(duì) 熱 惰 性 較 差 的 溫 室建筑應(yīng) 該 比較 適宜 。 美 國(guó) 溫 室 制 造 業(yè) 協(xié) 會(huì) 在 溫 室 結(jié) 構(gòu) 熱 損 失 標(biāo) 準(zhǔn) 7 中 規(guī) 定 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 采 用 美 國(guó) 加 熱 、 制 冷 、 空 調(diào) 工 程 師 學(xué) 會(huì) （ASHRAE ） 手 冊(cè) 或 其 他 氣 象 資 料 的 推 薦 數(shù)據(jù) 。 其中 ， 在 使用 ASHRAE 手 冊(cè)時(shí) ， 一般 取出現(xiàn) 概 率 為 97.5% 的冬季干球溫 度 ， 即每年不 保證 9 天的最 低 溫 度 。 這 里 提 出 采 用 的 “ 最 低 溫 度 ” ， 與 中 國(guó) “ 日 平 均 溫 度” 的概 念有很 大的差 別 。 但對(duì)照 ASHRAE 發(fā) 表 的“ 新 建筑物設(shè) 計(jì)節(jié)能 ” 中規(guī) 定 8 ， 如果房 屋是熱 惰性較 小的 輕 型 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) ， 同 時(shí) 有 大 面 積 的 玻 璃 ， 而 且 室 溫 控 制 要 求 比 較高 時(shí) ， 應(yīng)取 最 低 溫度 平 均 值或 滿足 99% 氣 溫 需 要 的 溫度為采 暖設(shè)計(jì) 室外計(jì) 算溫 度 。 對(duì) 照 溫 室 的 條 件 ， 筆 者 認(rèn) 為 日 本 和 美 國(guó) 按 照 歷 年 最 低 溫 度 平 均 值 的 取 值 方 法 比 較 適 合 溫 室 條 件 ， 中 國(guó) 溫 室 設(shè)計(jì)也應(yīng) 該仿效 這種方 法取 值 。 2 溫室圍 護(hù)結(jié)構(gòu) 熱惰性 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 的 熱 惰 性 是 指 結(jié) 構(gòu) 對(duì) 外 界 溫 度 波 動(dòng) 的 抵 抗 能力 9 。 圍 護(hù)結(jié) 構(gòu)的熱 惰性 越大 ， 建 筑物內(nèi) 表面溫 度受 外 表 面 溫 度 波 動(dòng) 的 影 響 就 越 小 ， 即 抵 抗 室 外 極 端 最 低 溫 度 的 能 力 就 越 強(qiáng) 。 因 此 ， 在 分 析 建 筑 物 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 前 首 先 應(yīng) 分 析 建 筑 物 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 的 熱 惰 性 大 小 。 中 國(guó) 民 用 建 筑 熱 工 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 （GB 50176-1993 ） 10 中 按照 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 的熱惰 性大小 ， 將 建筑類(lèi)型 分為四 類(lèi) （ 表 1 ） ， 針 對(duì) 不 同 類(lèi) 型 的 建 筑 ， 從 節(jié) 能 的 角 度 提 出 了 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 的 最小傳熱 阻要求 ： min ( ) i e o i t t n R R t （1 ） 式中 R omin 圍 護(hù)結(jié)構(gòu) 最 小 傳熱阻 ， m 2 KW -1 ； t i 冬 季室內(nèi)計(jì) 算溫度 ， ； t e 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 冬季室 外計(jì)算 溫度 ， ； n 溫差修 正系數(shù) ； R i 圍護(hù) 結(jié)構(gòu)內(nèi) 表面換 熱 阻 ，第 10 期 周長(zhǎng)吉等：溫室采暖設(shè)計(jì) 室外計(jì)算溫度取值方法探討 163 m 2 KW -1 ； t 室 內(nèi) 空 氣 與 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 表 面 之 間 的 允 許溫差 ， 。 式 （1 ） 中 ， 室外 計(jì)算溫 度 隨建筑圍 護(hù)結(jié)構(gòu) 熱惰性 降 低 而 降 低 。 以 玻 璃 溫 室 為 例 ， 平 板 玻 璃 的 蓄 熱 系 數(shù) S= 10.69 Wm -2 K -1 ， 導(dǎo)熱系數(shù) =0.76 Wm -1 K -1 ， 玻璃 厚度按 = 5 mm 計(jì) 算 ， 其 熱惰性 指標(biāo) D 根據(jù) 民用建 筑熱工 設(shè)計(jì) 規(guī) 范 中公 式 （附 2.5 ） 計(jì)算 值為 0.07 ， 遠(yuǎn)小于表 1 中 類(lèi) 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 1.5 的熱惰 性指標(biāo) ， 所以 ， 玻 璃溫室 應(yīng)該劃 歸 為 類(lèi) 建 筑 ， 即 熱 惰 性 最 差 的 建 筑 。 對(duì) 這 類(lèi) 建 筑 按 照 ASHRAE 的 要求應(yīng) 該按最 低溫度平 均值或 滿 足 99% 氣 溫 需要的溫 度選定 采暖設(shè) 計(jì)室 外計(jì)算溫 度 。 表 1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季室外計(jì)算 溫度 Table 1 Outside temperature in winter for wall insulation design 類(lèi)型 熱惰性 指 標(biāo) D 室外計(jì) 算溫 度 t e 的取 值方 法 &gt;6.0 t e = t w 4.1 6.0 t e = 0.6t w +0.4t amin 1.6 4.0 t e = 0.3t w +0.7t amin 1.5 t e = t amin 注 ：D 熱惰 性指 標(biāo) ；t e 室 外 計(jì)算溫 度 ， ；t w 采 暖室 外計(jì) 算 溫 度 ， ；t amin 累年 最低 的一 個(gè)日 平均溫 度 ， 。 3 “ 最低 溫度平 均值 ” 計(jì)算方法 及取值 3 . 1 計(jì)算方法 為 了 更 經(jīng) 濟(jì) 合 理 地 確 定 溫 室 采 暖 熱 負(fù) 荷 ， 參 照 ASHRAE 和日本 的方法 ， 本文提出 采用 “ 一定年 限內(nèi) 累 年 年 最 低 溫 度 的 平 均 值 ” 作 為 溫 室 的 室 外 采 暖 計(jì) 算 溫 度 。 其 中 的 “ 一 定 年 限 ” 應(yīng) 與 溫 室 主 體 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 使 用 年 限 相 一 致 。 這 種 方 法 首 先 克 服 了 “ 日 平 均 溫 度 ” 和 “ 極 端 溫 度 ” 的 缺 陷 ， 同 時(shí) 兼 顧 了 溫 室 覆 蓋 材 料 熱 惰 性 差 的 特 點(diǎn) 。 這 種 方 法 在 上 海 植 物 園 展 覽 溫 室 設(shè) 計(jì) 中 得 到 了 采 納 ， 取 得 了 較 好 的 效 果 ， 在 保 證 一 定 經(jīng) 濟(jì) 性 的 前 提 下， 使溫 室運(yùn)行 的可靠 性得 到了顯著 提升 11 。 3 . 2 取值 分析 中 國(guó) 從 1951 2007 年 50 多年的氣象數(shù) 據(jù)變 化 （表 2 ） ， 可以 看出近 30 年的累年 年最低 溫度平 均 值 較 1951 1980 年有顯著上升 ，平均升溫 幅度在 1 5 ， 這 一 結(jié) 果 與 中 國(guó) 建 筑 熱 環(huán) 境 分 析 專(zhuān) 用 氣 象 數(shù) 據(jù) 集 12 中 1971 2003 年的數(shù)據(jù)相一 致 ，這主 要是近 年來(lái)連 續(xù)多 年 暖冬的結(jié) 果 。 按 30 年一個(gè) 氣候段考 慮 ， 工程 設(shè)計(jì)中 以 近 30 年氣象數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計(jì)值 較為 合理 。 表 2 各種計(jì)算溫度綜合比較 表 Table 2 Comparison of outside temperature in civil building wall insulation and greenhouse heat load design / 近 n 年 累年 最低 溫度 平均 值 民用建 筑圍 護(hù)結(jié) 構(gòu)保 溫設(shè) 計(jì) 冬季室 外計(jì) 算溫 度 實(shí)際計(jì) 算值 取整值 序號(hào) 城市名 稱(chēng) 近 30 年 極端最 低 溫度 民用建 筑 采暖室 外 計(jì)算溫 度 型 型 型 型 1951 1980 年 累年最 低溫 度 平均值 n=30 n=20 n=10 n=30 n=20 n=10 1 北京 -27.4 -9 -9 -12 -14 -16 -17.1 -13.5 -12.8 -13.7 -14 -13 -14 2 天津 -22.9 -9 -9 -11 -12 -13 -14.7 -13.6 -13.1 -13.4 -14 -13 -13 3 哈爾濱 -38.1 -26 -26 -29 -31 -33 -33.4 -31.5 -30.3 -29.0 -32 -30 -29 4 長(zhǎng)春 -36.5 -23 -23 -26 -28 -30 -30.2 -27.6 -26.9 -27.4 -28 -27 -27 5 沈陽(yáng) -30.6 -19 -19 -21 -23 -25 -26.8 -25.5 -25.2 -26.0 -26 -25 -26 6 大連 -30.4 -11 -11 -14 -17 -19 -16.2 -14.1 -13.3 -14.1 -14 -13 -14 7 烏魯木 齊 -41.5 -22 -22 -26 -30 -33 -29.7 -24.6 -24.2 -24.6 -25 -24 -25 8 克拉瑪 依 -35.9 -24 -24 -28 -31 -33 -30.0 -26.7 -26.4 -27.0 -27 -26 -27 9 西寧 -26.6 -13 -13 -16 -18 -20 -20.5 -19.7 -19.9 -20.9 -20 -20 -21 10 蘭州 -21.7 -11 -11 -13 -15 -16 -18.0 -14.4 -14.0 -13.2 -14 -14 -13 11 天水 -19.2 -7 -7 -10 -12 -14 -13.4 -12.0 -11.5 -10.9 -12 -12 -11 12 銀川 -30.6 -15 -15 -18 -21 -23 -22.5 -19.9 -19.6 -19.3 -20 -20 -19 13 西安 -20.6 -5 -5 -8 -10 -12 -11.8 -9.3 -9.4 -8.2 -9 -9 -8 14 呼和浩 特 -32.8 -19 -19 -21 -23 -25 -27.0 -22.8 -22.1 -22.7 -23 -22 -23 15 通遼 -30.9 -20 -20 -23 -25 -27 -27.7 -25.9 -25.1 -25.9 -26 -25 -26 16 太原 -25.5 -12 -12 -14 -16 -18 -21.4 -18.6 -18.4 -18.5 -19 -18 -19 17 大同 -29.1 -17 -17 -20 -22 -24 -25.1 -24.4 -24.1 -24.6 -24 -24 -25 18 石家莊 -26.5 -8 -8 -12 -14 -17 -16.6 -11.8 -10.9 -10.9 -12 -11 -11 19 濟(jì)南 -19.7 -7 -7 -10 -12 -14 -13.7 -11.2 -10.6 -11.8 -11 -11 -12 20 南京 -14.0 -3 -3 -5 -7 -9 -8.6 -7.7 -7.0 -6.4 -8 -7 -6 21 合肥 -20.6 -3 -3 -7 -10 -13 -9.4 -7.3 -7.2 -7.1 -7 -7 -7 22 鄭州 -17.9 -5 -5 -7 -9 -11 -12.5 -10.1 -9.7 -8.6 -10 -10 -9 23 武漢 -18.1 -2 -2 -6 -8 -11 -9.1 -5.4 -4.3 -3.7 -5 -4 -4 24 拉薩 -16.5 -6 -6 -8 -9 -10 -14.8 -13.0 -12.3 -11.6 -13 -12 -12 由表 2 可見(jiàn) ， 近 30 年最低 溫度的平 均值基 本都低 于 近 20 年最低溫度的 平均值 ， 數(shù)據(jù) 變化比 較穩(wěn)定 ， 但近 10 年最低溫 度的平 均值與 近 20 年和 近 30 年數(shù)據(jù) 之間變 化 的差異較 大 ， 說(shuō)明 10 年的 統(tǒng)計(jì)時(shí)間 較短 ， 計(jì) 算數(shù)據(jù) 不 能164 農(nóng) 業(yè)工程學(xué)報(bào) 2008 年 作 為 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 的 依 據(jù) 。 從 另 一 個(gè) 角 度 考 慮 ， 一 般 永 久 性 加 溫 溫 室 ， 即 使 是 塑 料 溫 室 ， 其 主 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 使 用 壽 命 也在 10 年以上 ， 相應(yīng) 其室外 氣象參數(shù) 計(jì)算重 現(xiàn)期均 在 15 年以上 ， 如表 3 13 。 只有塑 料大棚的 計(jì)算重 現(xiàn)期在 10 年 以 下 ， 但 這 種 建 筑 一 般 不 加 溫 。 所 以 ， 從 以 上 兩 個(gè) 方 面 考慮 ，10 年的數(shù) 據(jù)可不 作為 設(shè)計(jì)依據(jù) 。 根 據(jù) 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 不 留 小 數(shù) 的 一 般 取 值 原 則 ，將表 中數(shù)值 取整 ， 分別 得到 近 20 年和 近 30 年最 低 溫 度 的 平 均 值 。 將 該 數(shù) 據(jù) 與 民 用 建 筑 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 保 溫 設(shè) 計(jì) 冬 季 室 外 計(jì) 算 溫 度 進(jìn) 行 比 較 ， 可 見(jiàn) 其 基 本 處 于 型 和 型 熱 惰 性 建 筑 之 間 ， 這 與 溫 室 采 暖 通 常 采 用 的 室 外 計(jì) 算 溫度基本 相符 。 分析近 20 年和 近 30 年累 年最低溫 度平均 值可見(jiàn) ， 近 20 年平均溫 度 比近 30 年 高 0 2 ，符合計(jì)算重 現(xiàn) 期 的 要 求 ， 即 計(jì) 算 重 現(xiàn) 期 越 長(zhǎng) ， 溫 度 越 低 。 該 計(jì) 算 溫 度 與 當(dāng)?shù)貥O端 最低溫 度比較 ， 基 本都高出 5 以上 ， 最高 的 高 出 15 以上，有效避免 了 極端最低 溫度給 設(shè)計(jì)帶 來(lái)負(fù) 荷 過(guò) 大 的 問(wèn) 題 ； 與 全 國(guó) 工 業(yè) 與 民 用 建 筑 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫度相比 ，該計(jì) 算值降 低 了 3 7 ， 較好地考慮 了 溫室 熱惰性差 的問(wèn)題 。 表 3 溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓 計(jì)算重現(xiàn)期 Table 3 Recurrence periods of basic wind pressure in greenhouse structure design / a 溫室型 式 塑料大 棚 日光溫 室 塑料溫 室 玻璃溫 室 PC 板 溫室 計(jì)算重 現(xiàn)期 5 10 15 20 15 20 25 30 25 30 以 中 國(guó) 主 要 氣 候 帶 中 幾 個(gè) 典 型 城 市 為 例 進(jìn) 一 步 分 析 上述計(jì)算 溫度的 實(shí)際 意 義 。 統(tǒng)計(jì)近 20 年和 近 30 年內(nèi) 年 最 低 溫 度 低 于 上 述 計(jì) 算 溫 度 的 天 數(shù) 及 其 占 整 個(gè) 采 暖 期 天 數(shù)的比例 （ 如表 4 ） 可以看 出 ， 按照本 文提出 的室外 采 暖 計(jì)算溫度 ， 實(shí) 際出現(xiàn) 低于該 溫度的天 氣每年 平均 1 2 次， 即平均不 保證天 數(shù)為 1 2 天； 按照總 采暖天 數(shù)計(jì)算 （ 表 中 “采 暖天 數(shù) ” 分別乘 以 30 年或 20 年 ） ， 實(shí) 際出現(xiàn) 低 于 計(jì)算溫度 的天數(shù) 占總采 暖天 數(shù)的比率 集中 在 0.5% 1.5% 之間 ， 也就 是 說(shuō) ，該 計(jì)算溫 度 實(shí)現(xiàn)了 99% ±0.5% 的保 證 率 ，這基 本與美 國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 吻合 。 表 4 幾個(gè)典型城市采暖室外 計(jì)算溫度的實(shí)際保證率 Table 4 Assurance ratio on heat load design outside temperature in certain cities 近 30 年 不保 證數(shù) 近 20 年 不保 證數(shù) 序號(hào) 城市 采暖天 數(shù)* /d 天數(shù)/d 概率/% 天數(shù)/d 概率/% 1 北京 162 31 0.64 25 0.77 2 哈爾濱 210 55 0.87 61 1.45 3 沈陽(yáng) 188 32 0.57 42 1.12 4 西安 146 33 0.75 24 0.82 5 蘭州 174 51 0.98 27 0.78 6 呼和浩 特 201 49 0.81 40 1.00 7 烏魯木 齊 192 65 1.13 69 0.94 8 濟(jì)南 140 39 0.93 19 0.68 9 武漢 120 29 0.81 27 0.79 10 南京 134 20 0.50 16 0.60 注 ：* 采暖天數(shù) 為一 年的 采暖 天數(shù) ， 本表 采 暖天 數(shù) 直 接采 用了 張亞 紅 14 給 出 的計(jì)算 結(jié)果 。 從以上分 析看出 ，采用 近 30 年和近 20 年累年 最低 溫 度 的 平 均 值 作 為 溫 室 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 既 能 有 效 避 免 采 用 極 端 最 低 溫 度 給 溫 室 設(shè) 計(jì) 帶 來(lái) 投 資 過(guò) 大 ， 又 可 以 避 免 采 用 工 業(yè) 與 民 用 建 筑 規(guī) 范 的 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度給溫室 設(shè)計(jì)帶 來(lái)的風(fēng) 險(xiǎn) 。 對(duì)照表 3 溫室主 體結(jié) 構(gòu) 的 設(shè)計(jì)要求 ，建議 塑料溫 室 采用近 20 年累年最低溫 度 的平均值 作為采 暖設(shè)計(jì) 室外 計(jì) 算溫度， 玻璃溫 室和 PC 板 溫室采用 近 30 年數(shù)據(jù)。而 對(duì) 需 要 采 暖 的 日 光 溫 室 ， 根 據(jù) 陳 端 生 等 15 的 分 析 ， 應(yīng) 考 慮 10 的溫室效應(yīng) ， 在 近 20 年累年最 低溫度 的平均 值的 基 礎(chǔ)上提高 10 作為采暖 設(shè)計(jì) 室外計(jì)算 溫度 。 依照上述 原則 ， 本文在 分析 全國(guó) 733 個(gè)氣象 站統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)的基 礎(chǔ)上 ， 編繪了 近 30 年和 近 20 年全國(guó) 溫室采 暖 設(shè)計(jì)室外 計(jì)算溫 度等值 線圖 （圖 3 和 圖 4 ） ， 可供工 程 設(shè) 計(jì)和建設(shè) 參考 。 圖 3 近 3 0 年全國(guó)逐年最低溫度平均值等值線圖 Fig.3 Contour map of average of the latest 30 years minimum temperature 圖 4 近 2 0 年全國(guó)逐年最低溫度平均值等值線圖 Fig.4 Contour map of average of the latest 20 years minimum temperature第 10 期 周長(zhǎng)吉等：溫室采暖設(shè)計(jì) 室外計(jì)算溫度取值方法探討 165 5 結(jié) 論 溫 室 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 應(yīng) 以 溫 室 熱 惰 性 和 溫 室 內(nèi) 種 植 作 物 的 特 點(diǎn) 為 依 據(jù) ， 根 據(jù) 溫 室 類(lèi) 型 和 設(shè) 計(jì) 使 用 壽 命 取 值 。 本 文 在 充 分 討 論 中 國(guó) 現(xiàn) 行 的 國(guó) 家 和 行 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 中 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 取 值 方 法 應(yīng) 用 于 溫 室 設(shè) 計(jì) 存 在 問(wèn) 題 的 基 礎(chǔ) 上 ， 對(duì) 照 分 析 了 國(guó) 內(nèi) 學(xué) 者 的 研 究 成 果 和 日 本 、 美 國(guó) 標(biāo) 準(zhǔn) 中 有 關(guān) 溫 室 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 的 取 值 方 法 ，統(tǒng)計(jì) 分析了 全國(guó) 733 個(gè)氣象站 累年最 低氣溫 氣象 數(shù) 據(jù) ， 認(rèn) 為 溫 室 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 的 選 取 應(yīng) 根 據(jù) 溫 室 的設(shè)計(jì)壽 命分別 采用 近 30 年和近 20 年累 年 年最 低溫 度 的平均值 ， 建 議塑料 溫室采 用近 20 年累年最低 溫度的 平 均值作為 采暖設(shè) 計(jì)室外 計(jì)算 溫度 ， 玻 璃溫室和 PC 板 溫 室 采用近 30 年的數(shù)據(jù) 。而對(duì) 需要采暖 的日光 溫室 ， 應(yīng) 在 近 20 年累年最低溫度 的平均 值 的基礎(chǔ)上 提高 10 作為采暖 設(shè)計(jì)室外 計(jì)算溫 度 。同 時(shí) ， 繪制了近 30 年 和 近 20 年 全 國(guó) 溫 室 采 暖 設(shè) 計(jì) 室 外 計(jì) 算 溫 度 等 值 線 圖 ， 為 中 國(guó) 溫 室 采 暖設(shè)計(jì)提 供了一 種有效 的計(jì) 算方法和 數(shù)據(jù)支 持 。 參 考 文 獻(xiàn) 1 GB 50019-2003 采暖通風(fēng)與空 氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范S 2 JB/T 10297-2001 溫室加溫系統(tǒng) 設(shè)計(jì)規(guī)范S 3 周長(zhǎng)吉 溫室設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)的 制訂及其要?jiǎng)t探討J 農(nóng)業(yè) 工程學(xué)報(bào)，2002 ，18( 增) ：16 19 4 張亞紅， 陳青云， 陳端生， 等 中國(guó)連棟溫室室外設(shè)計(jì)溫 度 確 定 及 最 大 熱 負(fù) 荷 分 布J 農(nóng) 業(yè) 現(xiàn) 代 化 研 究 ，2007 ， 28(2) ：241 243 ，253 5 邢丙丙， 何小木， 郭利聰 地 熱溫 室熱負(fù)荷的計(jì)算J 農(nóng) 業(yè)工程學(xué)報(bào)，1986 ，2(3) ：69 74 6 張亞紅， 陳青云 日本溫室采暖負(fù)荷的計(jì)算及其對(duì)我國(guó)連 棟溫室發(fā)展的借鑒J 農(nóng)業(yè)工 程學(xué)報(bào) ，2002 ，18( 增) ：78 82 7 美 國(guó) 溫 室 制 造 業(yè)協(xié) 會(huì) 溫 室設(shè)計(jì) 標(biāo) 準(zhǔn)M 周 長(zhǎng) 吉 ， 程 勤 陽(yáng) 譯北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1998 8 周長(zhǎng)吉 現(xiàn)代溫室工程M 北 京 ： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2003 9 陳青云 農(nóng)業(yè)設(shè)施設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2007 10 GB 50176-1993 民用建筑熱工 設(shè)計(jì)規(guī)范S 11 上 海 植 物 園 展 覽 溫 室 空 調(diào) 設(shè) 計(jì) http:/www.coatren.com/ Education/warm/paper/Conditioning/air_conditioning/2006_ 08_14_14227.shtml 12 中國(guó)氣象局信息中心氣象資料室， 清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué) 系 中 國(guó) 建 筑 熱環(huán) 境 分 析 專(zhuān)用氣 象 數(shù) 據(jù) 集M 北 京 ： 中 國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005 13 周長(zhǎng)吉 溫室工程設(shè)計(jì)手冊(cè)M 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2007 14 張亞紅， 陳青云 中國(guó)連棟溫室采暖期的確定及采暖能耗 分布J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006 ，22(2) ：147 152 15 陳端生， 徐師華， 劉步洲 我國(guó)加溫溫室蔬菜生產(chǎn)合理布 局探討J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1985 ，1(2) ：36 42 Outside temperature for heating load in greenhouse design Zhou Changji, Ding Xiaoming (Chinese Academy of Agricultural Engineering, Beijing 100125, China) Abstract: Heating load of a greenhouse heating system is directly related to local outside temperature. Determination of the temperature in greenhouse design is very important for guaranteeing plant growth, decreasing heating equipment investment, and thus for saving energy consumption and improving grower s economic benefit. On basis of analyzing national and industry standards and using international experiences for reference, this paper concluded that the outside temperature in greenhouse heating system design should use the average minimum temperature over a given periods. They had 99% ±0.5% of assurance ratio that the outside temperature was higher than the calculation temperature for greenhouse heat load design. As a guide</p>