文章编号：1674-148X(2023)01-0062-06
玻璃温室供暖热负荷计算及影响因素
张维政，郭延隆，潘王杰，张嘉欣，李清清
（1.青岛农业大学建筑工程学院，山东需岛266109：2.青岛海尔施特劳斯水设备有限公司，山东青岛266100）
摘要：玻璃温室供暖热负荷对于玻璃温室冬季环境控制至关重要.利用EncrgyPlus软件进行玻璃温室供暖热负荷计算根据温室使用需求确定供暖室内计算温度利用典型气象年数据确定室外计算温度建立模型并计算山东 省青岛市某玻璃温室12月至次年1月的供暖热负荷分析玻璃温室供暖热负荷影响因素.结果表明：与双层中空玻璃幕墙相比，以单层玻璃幕墙为围护结构的温室，总供暖热负荷多5458%；以双层中空玻璃幕境为围护结构的温室，室内计算温度每升高1℃，总供暖热负荷增加516%.研究结果为玻璃温室冬季供暖系统的设计和运行提供依据.
关键词：玻璃温室：供暖热负荷：EncrgyPlus
IXO1; 10 3969/J.1S8N 1674148X 2023 01 010
Calculation of Glass Greenhouse Heating Load and Its Influencing Factors
ZHANG Weizheng’ GUO Yanlong² PAN Wangjie′ ZHANG Jiaxin' LI Qingqing(1. College of Civil Engineering 2. Architeture Qingdao Agricultural Univrity Qingdso 266109 Chins2. Qingdao Hier Stsu Water Co. . L.td. . Qingdso 266300 China)
greenhouse in winter EnergyPlus software was used to calculate the heating load of the glass greenhouse Abstraet: The heating load of glass greenhouse is very important for the environmental control of glassdetermine the indoor calculated temperature according to the demand of the grenhouse determine theoutdoor calculated temperature based on the data of typical meteorological year establish a model and cal-the next year and analyze the factors affecting the heating load of the glass greenhouse The results show culate the heating load of a glass greenhouse in Qingdao. Shandong Province from December to January ofthat the total heating load of greenhouse with single-layer glass curtain wall as the building envelope is50 58 % higher than that of double-layer insulating glass curtain wall. For the greenhouse with double-lay-er insulating glass curtain wall as the building envelope the total heating load will increase by 5 16% foreach 1 ℃C rise in the indloor calculated temperature. The research results provide a basis for the design and operation of the heating system of the glass greenhouse in winter.
Key words: solar greenhouse: heating load; EnergyPlus
种农业设施形式，截至2020年底，我国温室总面领域. 积达280万hm²，温室产业的发展为提高我国城乡用，随着科技的发展和农业现代化的不断推进，以保证内部生产正常进行，而供暖热负荷是供暖系
温室是我国北方地区存量最大、应用最广的一增多，常用于科学、育苗或名贵花卉载培等行业
在北方地区，玻璃温室因其自身结构特点及使居民生活水平和促进社会经济发展发挥了重要作用方面的具体要求，一般需要配置合适的供暖系统以玻璃为主要透光覆盖材料的玻璃温室的应用逐渐统设计的重要参数.针对温室供暖热负荷的计算，
学者们已经进行了一些有益探讨：富建鲁等比较造成不可逆的生理障碍，导致作物减产甚至绝收.了中美6个相关标准中供暖热负荷的计算方法，并以因此，温室的供暖设计不能简单地参照民用建筑的北京某玻璃温室为例进行供暖热负荷计算：刘荔以上海某温室为研究对象，建立温室传热数学模型，使用热平衡方法进行分析，可为温室供暖热负荷的计算 提供参考：张亚红等分析了全国多地连栋温室的室外设计温度，计算温室的最大供暖热负荷.
本文使用SketchUp软件建立玻璃温室物理模型，在EnergyPlus软件中利用典型气象年数据计算供暖热负荷，既可获得用于选择供暖设备的最大供 暖热负荷参数，又可获得供暖季任意一天所需热量.结果可为温室供暖系统设计和运行提供参考.
1供暖热负荷的计算
EnergyPlus软件源于能耗分析软件BLAST和DOE-2，它基于热平衡法进行能耗分析和供暖热负荷计算，温室供暖热负荷的计算需要首先确定温室室内外计算参数、围护结构参数和内部使用情况.围护结构（如墙体、屋顶、地板等）的瞬态传热模拟采 用传递函数法，温室中接触土填的楼板传热采用三维有限差分土壤模型计算
1.1计算参数选取
1.1.1室内计算温度的确定
与一般民用建筑不同，温室调控的主要对象是作物，室内计算温度的确定取决于作物的生理需求.不同作物的最低生长温度、最适宜生长温度和最高生长温度等参数各有不同.在确定种植作物种类速等级确定；V为温室空气体积，m；N为换气频后，可根据作物对温度的生理需求确定室内计算温 度.通常在夜间或凌晨时温室室内温度最低，因此选取夜间相应温度作为室内计算温度.
1.1.2室外计算温度的确定
室外计算温度的选取对供暖热负荷的计算有重要影响.《民用建筑供暖通风与空气调节设计规 范》对民用建筑供暖室外计算温度的确定，是以日平均温度为依据的，它要求统计历年室外实际日平均温度低于室外计算温度的时间，按年均不超过5d的原则确定.但玻璃温室与一般民用建筑的供暖设 计存在较大差异.首先，玻璃温室为轻型建筑，热情性小，室内外热量交换迅速.如果以日平均温度为依据，则夜间或凌晨可能会出现室内温度不达标的情况，其次，民用建筑的服务对象是人，出现短暂低温时，人可以采取添加保暖衣物、减少通风等措施主至B14为精控型温室，要求冬季室内最低温度不低内温度低于作物的最低生长温度时，会冻伤作物并
供暖设计来选取室外计算温度.
根据文献[10]，温室室外计算温度的选择应充分考虑温室的热情性.热情性较小的轻型围护结 构，要求室温稳定，应取历年室外最低温度平均值为室外计算温度.另外周长吉等认为，室外计算温度的选取还应考虑温室的设计寿命，玻璃温室与塑30年累年室外最低气温平均值为室外计算温度 料温室的设计寿命不同，应分别选取近20年和近
因此，EnergyPlus中室外计算温度可依据典型气象年数据确定，典型气象年已累积多年的观测数据，具有良好代表性.
1.2温室供暖热负荷的组成
温室供暖热负荷通常由围护结构热损失、地面热损失和渗透热损失组成.围护结构热损失、地面热损失均可按公式（1）计算.
式中：Q为围护结构热损失或地面热损失，W；A； =1为围护结构面积或地面面积，m²；h，为第j种围护结构或地面的传热系数，Wm-².K-；r为室内空气温度，C；为室外空气温度，C.
渗透热损失可按公式（2）计算.
式中：Q：为渗透热损失，W；k、为风速因子，根据风率，h-.
2案例分析
2.1玻璃温室简介
用于案例分析的玻璃温室位于山东省青岛市（363N.120.4E），总建筑面积约2736m²，呈南 北走向，平面图如图1所示.玻璃温室东西长608m，计6连栋，东西两侧的温室（图1中A01至A07、C08至C14）单栋跨度96m，其他温室单栋跨度均为6.4m.玻璃温室南北宽45m，立柱间距5m. 温室屋脊高5.3m，天沟高4.5m.
按设计要求，温室分为精控型温室和粗控型温室：东西两侧A01至A14、C01至C14为粗控型温室，要求冬季室内最低温度不低于16C；中间B01钠灯.
(1)
(2)
图1玻璃温室的平面图
Fig. 1 Plan of the glass greenhouse
注：A01至A14为相控型湿室；B01至B14为精控型温室：C01至C14为粗控型温室：单位为mm.
面一体的保温幕系统，保温幕系统每天7：00开启，19：00关闭.温室围护结构基本热物性参数如表1所示.
玻璃温室基础墙为页岩砖砌筑的0.5m高砖墙，基础墙上方为双层中空玻璃幕墙，顶部采用5mm厚漫反射钢化玻璃覆盖.温室内设置顶部与立
表1温室围护结构热物性参数
Thermal parameters of the materials of the greenhouse building envelopeTable 1
图护结构名称 围护结构材料 厚度/mm 导热系数/ 比热/（J kg-.Building emvelope natme mvelope materils Building Thickness 密度/（kg/m²） Density Thermal condoctivity (W-mK-1) Sperific hoat K-1)页岩砖墙 水泥砂浆 10 1 800 0 93 1 050双层页岩砖 1 300 0 368保温板墙 水泥砂浆 聚氨醒保湿板 100 10 1 800 0 024 0 93 1 050 08E 内保温幕布 太空棉 10 30 14 0 05 1 250双层中空玻璃幕墙 浮法玻璃 5 2 500 0.9 840空气层 6 1.2 0 02 1005浮法玻璃 5 2 500 0.9 840
2.2玻璃温室模型的建立
EnergyPlus中青岛市典型气象年数据确定.
筑模型.模型导入EnergyPlus后，根据表1进行温 利用SketchUp软件建立如图2所示的温室建室围护结构的参数设置；将粗控型温室、精控型温室和走廊分别设置为3个分区，粗控型温室和走廊的室内计算温度取为16℃，精控型温室的室内计算温度取为20℃：设置温室内部人员密度0.04人/m²、 补光灯散热量37.5W/m²、设备散热量12W/m²；冷风渗透换气频率为05次/h：室外计算温度根据
2.3计算结果
2.3.1室外典型气象年参数
青岛市冬季一般自11月起至次年3月止，1月份气温最低，因此选择12月至次年1月的典型气象年数据可满足计算要求，两个月份的逐时太阳辐照度如700W/m²以下，最低为158W/m²，若以日为观测单 图3所示.由图3可知，青岛市冬季太阳辐照度一般在位，约有23%的日期太阳辐照度低于200W/m².
图2温室建筑的 SketchUp 模型
Fig. 2 SketchUp model of the greenhouse building
Fig. 3 Hourly solar irradiance in Qingdao from December 图3青岛市12月至次年1月的逐时太阳辐照度to January of the ncxt year注：根据软件EncrgyPlus中青岛市型气象年致据绘制.
外环境温度变化曲线.由图4可知，两个月份中共 图4为青岛市12月至次年1月典型气象年室有5d室外环境最低温度低于-100℃，1月19日，室外环境温度最低至-139℃.
图4青岛市12月至次年1月的室外环境温度
Fig . 4 Outdoor armbient temperature in Qingdao from December to January of the next year注：根据软件Enrgylux中青岛市典型气象年致据给制
2.3.2自然室内温度
自然室内温度指不供暖情况下，温室仅凭围护结构被动得热时的室内温度.以粗控型温室为例，依据青岛市典型气象年室外环境温度计算温室的自温室自然室内温度与室外环境温度（图4）变化趋势 然室内温度，结果如图5所示.由图5可知，粗控型相似，且多次出现自然室内温度低于5℃情况，这不利于作物生长，因此温室需要供暖.
Fig 5 Natural indoor temperature of roughcontrolled greenhouse
图5粗控型温室自然室内温度
2.3.3温室供暖热负荷计算
根据青岛市典型气象年数据分别计算粗控型温荷，结果如图6所示，由图6可知，温室逐时供暖热 室、精控型温室12月至次年1月的逐时供暖热负负荷直接受室外环境温度影响：室外环境温度较低时，供暖热负荷大.与12月份相比，1月份时，粗控型温室、精控型温室的总供暖热负荷更大，最大值为271. 73 kW(图 6C).
3影响因素分析
影响温室供暖热负荷的因素除温室所在地理位置外，还有温室的围护结构、所种植作物的生理需求等.围护结构性能影响温室的传热量，而作物的生 理需求决定了温室的室内计算温度，两者对温室供暖热负荷均有直接影响.
3.1围护结构对供暖热负荷的影响
玻璃幕墙是对温室内部环境影响最大的围护结构，玻璃幕墙的传热性能对供暖热负荷的计算有重 要影响，玻璃幕墙一般有双层中空玻璃幕墙和单层玻璃幕墙两种，热物性参数如表1所示.选取日照
Fig. 6 Hourly heating load of two lkinds of green house
时间最短的冬至日进行计算，粗控型温室的室内计算温度设为16℃，精控型温室的室内计算温度设为20℃，计算围护结构分别为双层中空玻璃幕墙、单示.由图7可知，围护结构为双层中空玻璃幕墙的 层玻璃幕墙时温室的总供暖热负荷，结果如图7所温室，冬至日总供暖热负荷峰值为190.38kW，而围护结构为单层玻璃幕墙的温室，总供暖热负荷峰值升至28668kW，相比升高了9630kW，增幅 5058%.可见，温室围护结构对总供暖热负荷有直接影响.
3.2室内计算温度对供暖热负荷的影响
不同作物对温度的生长需求不同，粗控型温室和精控型温室可满足不同作物的生长需求，采用双 层中空玻璃幕墙（热物性参数见表1）为围护结构，分析冬至日室内计算温度不同时温室的逐时总供暖热负荷，结果如图8所示.由图8可知，当两种温室的室内计算温度分别为16℃和20℃C时，总供暖热负荷峰值为19038kW：若将两种温室室内计算温
度均提高1℃，则两种温室的总供暖热负荷峰值升至200.21kW 升高了983kW 增幅5.16%.
图7不同围护结构的温室逐时总供暖热负荷Fig 7 Hourly total heating load of greenhouse with different building envelopes
