温室采暖管道不同表面处理方式对散热量的影响.pdf

兰立波 王志冉 周增产 等 温室采暖管道不同表面处理方式对散热量的影响 J 农业工程 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 温室采暖管道不同表面处理方式对散热量的影响 兰立波1 2 王志冉2 3 周增产1 2 3 李秀刚1 2 高 鑫1 2 曲维民1 2 1 北京京鹏环球科技股份有限公司 北京 100094 2 北京市植物工厂工程技术研究中心 北京 100094 3 北京市农业机械研究所有限公司 北京 100096 摘 要 大型连栋玻璃温室常采用光管散热器作为采暖材料 一般采暖管道常采用喷塑 喷漆 挂镀等不同的表面处理方式 为减少能源消耗 保证热量利用率 研究了不同表面处理方式对采暖管道散热量的影响 结果表明 3种表面处理方式中 喷 塑和喷漆的采暖管道散热量较大 喷塑管道的金属热强度最大 所得研究结果为采暖管道散热器在温室中的实际应用提供理 论基础和经验数据 关键词 采暖管道 散热量 玻璃温室 表面处理方式 中图分类号 S626 5 文献标识码 A 文章编号 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 近年来 设施温室高速发展 高效的土地利用率和 标准化 规模化的生产管理模式日益受农业和非农业 投资者的青睐 国内也掀起了一股现代智能温室的热 潮 1 连栋玻璃温室的面积逐渐扩大 随之而来的是连 栋玻璃温室冬季采暖问题 热量的充分利用 能源的 有效节约是温室采暖需解决的关键性问题 2 3 北方的 大型连栋玻璃温室常采用管道加温系统 在温室的周 墙立面 植株间 栽培区轨道都安装管道加温系统 管道加温系统在增加室内温度的同时降低了相对湿度 对防治真菌 细菌等微生物病害具有显著作用 同时 加速了果实成熟 4 5 其中 轨道加温系统不仅作为轨 道运输车 采摘车等农事作业车的轨道 同时也是连 栋玻璃温室加温的主要设备 6 7 在民用建筑中有多种形式的散热器 但是连栋玻璃 温室的采暖负荷是民用建筑的3 5倍 选择民用散热 器的造价高 且占地面积大 也造成温室内部温度分 收稿日期 2021 12 13 修回日期 2022 02 19 基金项目 北京市科技支撑乡村产业振兴项目 Z211100004621003 作者简介 兰立波 主要从事农业设施设计及规划工作 E mail 8984264 王志冉 通信作者 硕士 主要从事设施装备开发 园区规划与作物栽培等方面工作 E mail 919702947 第 12 卷 第 5 期 农 业 工 程 Vol 12 No 5 2022 年 5 月 AGRICULTURAL ENGINEERING May 2022 布的不均匀性 8 10 北方温室内一般采用光管散热器 是一种直接采用钢管管道作为采暖管道的散热器 既 作为供回水管路 又作为散热装置 安装在温室的四 周及栽培区地面轨道等地方 不会额外占用温室内部 面积 11 该散热管道采用国标圆形钢管 材料来源丰富 造价低 现广泛应用于温室采暖设计中 12 研究表明 散热器的散热量受诸多条件的制约 如 材料 表面处理状况 几何因素等 温室光管散热器 的表面处理方式有多种 不同的表面处理方式散热量 可能有所不同 本文重点研究喷塑 喷涂 挂镀3种不 同表面处理方式对采暖管道散热量的影响 根据国家 标准研究散热器的散热量 以恒温小室为研究对象 按照传热学理论 散热器与恒温小室的传热是以空气 作为流体介质的壁面与空气的对流换热 不同壁面之 间及间接通过空气介质的辐射换热 将热量由有限空 间高温壁传到它的低温壁的复杂物理过程 13 15 1 温室采暖管道简介 随着现代化农业的飞速发展 单栋玻璃温室的面积 也从几千平米增加到数十公顷 在长度方向上也达几 百米 温室采暖系统在保证满足室内作物适宜生长的 温度条件下 更要兼顾温度的均匀性分布 因此大型 连栋玻璃温室常采用光管散热器 在温室的四周立面 株间和地面布置不同规格的圆形钢管散热器 温室采暖管道使用的圆形钢管在温室建设过程中需 要进行表面处理 一般常见的方式有喷塑 喷涂 挂 镀 选用的工艺不同 处理的效果和造价也不相同 在散热效果和金属热强度方面也会造成差异 2 测试目的 温室管道散热器是温室采暖的重要方式 但是这种 散热器散热效果怎样还不确定 另外采用不同的表面 处理方式对散热效果产生的影响也是未知的 研究不 同表面处理方式对散热管道散热效果的影响 对温室 节本增效生产具有关键作用 选择何种处理方式 对 建设温室 保证取暖效果具有重要意义 3 测试方法 3 1 试验材料 试验材料为温室内安装的管道散热器 其直径 60 mm 长度3 000 mm 选用常见的喷塑 白色 喷 涂 挂镀3种表面处理方式 3 2 测试依据 测试依据为GB T 13 754 2017 供暖散热器散热 量测定方法 16 在过余温度分别为30 0 2 5 44 5 1 0 和60 0 2 5 K这3个工况基础上进行测试 3 3 测试时间与地点 测试机构 本试验测试于2021年5月16日委托第三方检测机 构 检测地点为北京市朝阳区北三环东路30号国家空 调设备质量检验监督中心 3 4 仪器 检验使用的仪器为CN01型电子天平 CN03型台 秤 CN05 1型工业铂热电阻 CN05 2型工业铂热电阻 CN05 3型工业铂热电阻 CN24型钢卷尺 CN82型标 准流量积算仪 3 5 测试指标 检测项目为散热量 金属热强度 管道散热器按照国家标准GB T 13 754 2017进行 测试 在封闭的小区内和规定的条件下测得散热量 单位是瓦 W 测试条件 热媒为热水 进水温度 是T1 出水温度T2 平均水温是T 均 T1 T2 2 室 温是T0 18 计算温差 T T均 T0 17 金属热强度指的是每千克金属温度每升高1 所 散发的热量 金属热强度越大 释放同样热量所消耗 金属量越小 这是一个衡量暖气节能和经济性的指标 如铝散热器的金属热强度 一般可达2 2 W kg K 以上 铸铁散热器一般为0 3 0 4 W kg K 钢制 管柱式散热器一般为0 6 W kg K 4 试验结果 温室管道散热器的表面处理方式有喷塑 喷涂 挂 镀等 不同的表面处理方式对散热器的散热量和金属 热强度影响不同 本试验测试了3种不同表面处理方式 对采暖管道散热量和金属热强度的影响 4 1 喷塑散热管 喷塑是指在圆形钢管的表面喷涂不含溶剂的100 固体粉末涂料的处理工艺 涂料一般是特制树脂 颜 填料 固化剂和其他助剂按照一定的比例混合而成 在通过热挤塑和粉碎过筛等工艺制备而成 在常温下 贮存稳定 经静电喷涂 再加热烘烤熔融固化 形成 平整光亮的永久性涂膜 达到美化防腐的功能 18 根据 测试结果 表1 拟合 喷塑散热管道散热量与过余温 度的关系式为Q 2 335 4 T 1 259 6W 当 T 44 5 K时 散热量Q 278 4 W 金属热强度为0 58W kg K 4 2 喷漆散热管 喷漆是通过喷枪或雾化器等将油漆雾化 分散成均 匀的颗粒涂覆于钢管表面的加工方式 19 根据测试结果 表2 拟合 喷漆散热管道散热量与过余温度的关系 式为Q 2 207 4 T 1 278 4W 当 T 44 5 K时 散热量 Q 282 6 W 金属热强度为0 57 W kg K 4 3 挂镀散热管 挂镀是使用挂具吊挂工件所进行的电镀方式 根据 50 农业工程 生物环境与能源 测试结果 表3 拟合 挂镀散热管道散热量与过余温 度的关系式为Q 1 605 4 T 1 256 2W 当 T 44 5 K时 散热量Q 188 9 W 金属热强度为0 57 W kg K 表 3 挂镀散热管道测试结果 Tab 3 Test results of hanging plating heat dissipation pipe 项目 工况 1 工况 2 工况 3 进口温度 C 74 99 95 00 51 89 出口温度 C 50 85 60 08 40 54 空气基准温度 C 18 03 18 26 18 32 流量 10 kg s 1 1 87 1 86 1 87 过余温度 K 44 89 59 24 29 44 进口比焓 kJ kg 1 313 90 397 99 230 09 出口比焓 kJ kg 1 212 81 251 43 169 71 散热量 W 189 04 272 60 112 91 5 结论 热传递有3种基本传热方式 分别为热传导 热对 流与热辐射 相同材料的不同表面处理方式 会造成 表面辐射率不同 导致其散热能力也不相同 20 在相同的工况条件下 管道散热器散热量大小为挂 镀 喷塑 喷漆 金属热强度大小为挂镀 喷漆 喷塑 3 种测试结果相比而言 喷塑和喷漆的表面处理方式管 道散热器的散热量相对较大 挂镀的散热效果相对较 差 喷塑处理管道散热器的金属热强度最大 从工艺角度分析 由于玻璃温室内使用的散热器暴 露在高光照 高湿度的环境条件下 极易被腐蚀 目 前喷漆的表面方式 散热器的生锈率较高 且施工时 受环保要求的限制 一般较少采用 相比而言 热镀 锌的表面处理方式更具有耐腐蚀性 耐热性和抗表面 渗透性等优点 使用镀锌方式可使钢管防腐年限高达 25年以上 从施工方面考虑较为经济 但散热量较低 喷塑既能达到较强防腐的功能 同时散热量较高 更 加美观整洁 因此在温室管道供暖系统中 表面喷塑 的散热管道在温室建设中具有更好的适用性 参考文献 刘湘伟 大型现代化温室加温技术的应用及思考 J 农业工程 技术 2017 37 34 31 34 1 么秋月 我国大型连栋玻璃温室建造要点与生产管理现状 J 农业工程技术 2017 37 34 10 19 2 李文军 张攀攀 屈浩 等 智能连栋玻璃温室节能减排技术研 究 J 农业工程技术 2020 40 28 16 19 3 周长吉 周博士考察拾零 九十九 引进荷兰大规模连栋玻璃温 室长季节栽培番茄的工艺与设备配置 光管散热器布置形 式 J 农业工程技术 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 张艳红 张岚 郭建业 等 连栋温室内省力化轨道车的应用 以Red Harvest公司连栋番茄生产温室为例 J 农业工程技术 2020 40 28 20 23 6 张艳红 郭建业 张岚 等 连栋温室省力采摘运输车的研 发 J 农业工程技术 2017 37 7 34 37 7 王悦 赵鹏军 我国居民住宅建筑生活能耗差异性调查研究 J 北京大学学报 自然科学版 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 富建鲁 周长吉 王柳 连栋玻璃温室采暖热负荷计算方 法 J 农业工程学报 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 蔡龙俊 龚俊华 连栋温室散热管道辐射涂层的热工性能研 究 J 农业工程学报 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 the Chinese Society of Agricultural En gineering 2004 20 5 89 91 10 陈鑫 散热器采暖系统运行参数对室内温度影响的仿真研 究 D 张家口 河北建筑工程学院 2020 CHEN Xin Simulation study on the influence of operating parameters of radiator heating system on indoor temperature D Zhangjiakou Hebei Institute of Architectural Engineering 2020 11 表 1 喷塑散热管道测试结果 Tab 1 Test results of spray cooling pipe 项目 工况 1 工况 2 工况 3 进口温度 C 75 02 94 86 55 01 出口温度 C 50 38 59 78 40 33 空气基准温度 C 17 96 18 16 18 24 流量 10 kg s 1 2 70 2 71 2 70 过余温度 K 44 74 59 22 29 43 进口比焓 kJ kg 1 314 03 397 91 230 22 出口比焓 kJ kg 1 210 85 250 17 168 83 散热量 W 278 59 100 38 165 75 表 2 喷漆散热管道测试结果 Tab 2 Test results of spray paint heat dissipation pipe 项目 工况 1 工况 2 工况 3 进口温度 C 75 00 91 98 54 96 出口温度 C 50 20 59 56 40 24 空气基准温度 C 18 08 18 21 18 15 流量 10 kg s 1 2 72 2 73 2 71 过余温度 K 44 52 59 03 29 45 进口比焓 kJ kg 1 313 95 397 91 230 01 出口比焓 kJ kg 1 210 10 219 25 168 16 散热量 W 282 17 105 84 166 80 兰立波 等 温室采暖管道不同表面处理方式对散热量的影响 51 李庆娜 散热器采暖系统低温运行应用研究 D 哈尔滨 哈尔 滨工业大学 2009 LI Qingna Application research on radiator heating system working at low temperature D Harbin Harbin Institute of Technology 2009 12 赵志远 郑彦宁 赵筱媛 等 基于传热学理论的文献时空分布 与知识传播规律研究 J 计算机科学 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 陈玉凤 刘尧 王培吉 微尺度传热学进展 J 济南大学学报 自然科学版 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 赵征 汪一舟 计算传热学在工程换热设备传热研究中的运用分 析 J 科技风 2017 23 92 15 供暖散热器散热量测定方法 GB T 13754 2017 S 16 蔡龙俊 冯哲隽 连栋温室热水供热系统散热管道传热系数的计 算与测试 J 农业工程学报 2003 1 3 196 199 CAI Longjun FENG Zhejun Calculation and test of heat transfer coef ficient of heating pipe of water heating system in gutter connected green house J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineer ing 2003 1 3 196 199 17 陈耀 王俊 静电喷塑防腐处理应用探讨 J 工业设计 2011 8 209 210 18 陈永雄 罗政刚 梁秀兵 等 热喷涂技术的装备应用现状及发 展前景 J 中国表面工程 2021 34 4 12 18 CHEN Yongxiong LUO Zhenggang LIANG Xiubing et al Devel opment status and prospect on equipment application of thermal spray technology J China Surface Engineering 2021 34 4 12 18 19 曹德华 林定君 散热器不同表面处理方式的辐射散热效能分析 J 电子世界 2020 24 29 30 20 52 农业工程 生物环境与能源