温室采暖设计室外计算温度取值方法探讨

p第 24 卷 第 10 期 农 业 工 程 学 报 V ol.24 No.10 2008 年 10 月 Transactions of the CSAE Oct. 2008 161 温室采暖设计室外计算温度取值方法探讨 周长吉 ， 丁小明 （农业部规划设计研究院，北京 1 0 0 1 2 5 ） 摘 要温室采暖设计室外计 算温度直接影响温室采暖热负荷的大小 ，经济合理地确定其取值对保障温室作物的生长、 降低温室建设投资、 节约能源、 提高经济效益等都有重要意义。 该文在分析国家和行业相关标准的基础上， 借鉴国外经 验， 提出根据温室的设计使用寿命 ， 采用 “一定年限内累年 年最低温度的平均值 ” 作为温室采暖设计室外计算温度的计 算方法， 结合分析国内气象数据， 该方法计算所得的温室采暖设计室外计算温度可使温室采暖期的保证率提高到 99 0.5 。同时，给出了最近 30 年 和 20 年全国温室采暖设计室外 计算温度的等值线图 ，可供温室采暖设计参考。 关键词温室，采暖，取值方法，室外计算温度 中图分类号S625.5 文献标识码A 文章编号1 0 0 2 - 6 8 1 9 2 0 0 8 - 1 0 - 0 1 6 1 - 0 5 周长吉，丁小明. 温室采暖设 计室外计算温度取值方法探讨[J]. 农业工程学报，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 design[J]. 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 来 ， 随 着 传 统 化 石 能 源 资 源 的 不 断 枯 竭 ， 世 界 范 围 内 能 源 价 格 不 断 上 涨 ， 作 为 主 要 依 靠 能 源 手 段 克 服 外 界 不 利 环 境 进 行 农 业 生 产 的 温 室 种 植 业 ， 遇 到 了 前 所 未 有 的 压 力 ； 另 一 方 面 ， 国 内 连 续 几 年 的 低 温 和 雪 灾 ， 又 使 温 室 生 产 的 风 险 不 断 加 大 ， 冻 害 和 温 室 被 雪 压 塌 的 事 件 屡 见 报 端 。 如 何 经 济 合 理 地 确 定 温 室 的 采 暖 负 荷 ， 再一次成 为工程 设计和 温室 生产者关 注的热 点 。 采 暖 设 计 中 室 内 外 计 算 温 度 之 差 正 比 于 温 室 的 采 暖 负荷 。 室内计 算温度 决定于 温室内种 植作物 的生理 要求 ， 一 般 根 据 种 植 作 物 夜 间 适 宜 温 度 的 下 限 确 定 ， 在 种 植 对 象 确 定 后 ， 该 温 度 就 成 为 一 个 定 值 。 而 室 外 计 算 温 度 则 取 决 于 温 室 建 设 地 区 的 气 候 条 件 。 对 于 特 定 地 区 ， 虽 然 每 年 气 候 变 化 的 趋 势 是 相 同 的 ， 但 气 象 数 据 年 际 间 却 存 在 较 大 差 异 ， 而 且 这 种 差 异 是 随 机 的 ， 如 何 从 中 提 炼 出 适 合 温 室 特 点 的 室 外 计 算 温 度 ， 使 其 既 能 保 证 温 室 生 产 的 可 靠 性 ， 又 能 兼 顾 温 室 生 产 的 经 济 性 ， 需 要 在 充 分 分 析温室生 产特点 的基础 上综 合确定 。 1 现有取 值方法 回顾与 分析 在 采 暖 热 负 荷 计 算 中 ， 如 何 确 定 室 外 计 算 温 度 是 一 个 相 当 重 要 的 问 题 ， 单 纯 从 技 术 角 度 考 虑 ， 采 暖 系 统 的 最 大 出 力 ， 恰 好 等 于 当 地 出 现 最 冷 天 气 时 所 需 要 的 冷 负 荷 ， 是 最 理 想 的 ， 但 这 与 采 暖 系 统 的 经 济 性 相 违 背 。 在 设 计 工 程 的 整 个 使 用 周 期 内 ， 最 冷 的 天 气 并 不 是 每 年 都 会 出 现 。 如 果 采 暖 设 备 根 据 历 年 最 不 利 条 件 进 行 选 择 ， 收稿日 期 2008-07-07 修订 日期 2008-07-28 基金项 目 国家 科技 支撑 计划 （2006BAD28B07 ） 作者简 介 周 长吉 （1964 － ） ， 男 ， 甘肃武 威人 ， 研究 员 ， 博士 ， 主 要从 事 温室工 程研 究 、 设计 和标 准化 工作 。 北京市 朝阳 区麦 子店 街 41 号 农业 部 规划设 计研 究院 ，100125 ，Email 即 把 室 外 计 算 温 度 定 得 很 低 ， 那 么 在 采 暖 运 行 期 的 绝 大 多 数 时 间 里 ， 必 然 出 现 设 备 供 暖 能 力 富 裕 过 多 ， 造 成 浪 费 ； 反 之 ， 如 果 把 室 外 设 计 温 度 定 得 过 高 ， 则 在 较 长 时 间 里 不 能 保 证 必 要 的 室 内 温 度 ， 不 能 满 足 室 内 种 植 作 物 对 温 度 的 要 求 ， 种 植 作 物 则 不 能 有 效 发 挥 生 产 潜 能 ， 将 直 接 影 响 种 植 者 的 经 济 效 益 。 因 此 ， 合 理 地 确 定 采 暖 室 外计算温 度是一 个技术 与经 济 相 统一 的问题 。 中 国 民 用 建 筑 设 计 规 范 采 暖 通 风 与 空 气 调 节 设 计 规 范 （GB 50019-2003 ） [1] 以 “ 日 平 均 温 度 ” 为 统 计 基 础 ， 按 历 年 室 外 实 际 出 现 的 较 低 的 日 平 均 温 度 低 于 室 外 计算温度 的时间 ， 平均 每年 不超过 5 天的原 则 ， 确 定 采 暖 室 外 计 算 温 度 。 从 节 约 能 源 和 降 低 建 设 投 资 的 角 度 考 虑 ， 这 种 方 法 对 连 续 供 暖 的 工 业 与 民 用 建 筑 是 恰 当 的 ， 但 对 温 室 建 筑 却 不 合 适 。 首 先 ， 温 室 （ 日 光 温 室 除 外 ） 是 一 种 热 惰 性 很 小 的 轻 型 建 筑 ， 室 内 外 热 量 交 换 在 很 短 时 间 内 即 完 成 ， 采 用 日 平 均 温 度 ， 在 计 算 日 的 一 半 时 间 内 （ 发 生 在 夜 间 至 凌 晨 ） ， 将 不 能 满 足 温 室 室 内 温 度 要 求 ； 其 次 ， 民 用 建 筑 是 针 对 “ 人 ” 进 行 设 计 ， 在 温 度 较 低 的 短 暂 时 间 内 人 可 以 通 过 主 动 防 御 ， 如 增 添 保 暖 衣 服 ， 减 少 通 风 等 措 施 ， 保 证 安 全 生 产 和 生 活 。 但 温 室 是 针 对 “ 作 物 ” 设 计 ， 作 物 没 有 像 人 一 样 的 自 我 防 御 能 力 ， 如 果 室 内 温 度 低 于 作 物 生 长 的 生 理 下 限 温 度 ， 将 直 接 导 致 作 物 受 冻 ， 形 成 不 可 逆 的 生 理 障 碍 ， 引 起 作 物 减 产， 甚至 绝收 。 因 此 ， 采 用 日 平 均 温 度 的 设 计 方 法 对 温 室 采 暖 设 计 存在很大 的缺陷 ， 更何 况还 有 5 日的 不保证 时间 ， 对 作 物 正 常 生 长 的 威 胁 将 更 大 。 即 使 热 惰 性 较 大 的 日 光 温 室， 如果 采用不 保证 5 日 的温度 ， 同样会 在不保 证期 内 出现冻害 。 此外 ， 民 用建筑 在 中国 黄河 以南地区 规定不 采暖 （ 图 1 中约在-5 ℃ 线以南） ， 但 这些地区 除海南 外 ，冬 季最 低 温度都有 可能达 到 0 ℃ 以下 （图 2 ） 。一方 面没有 规范 公162 农 业工程学报 2008 年 布 的 权 威 数 据 可 供 查 阅 ， 另 一 方 面 ， 即 使 通 过 气 象 数 据 分 析 得 到 相 关 数 据 ， 直 接 采 用 对 温 室 生 产 也 存 在 很 大 风 险 。 为 此 ， 在 温 室 专 用 机 械 行 业 标 准 温 室 加 温 系 统 设 计规范 （JB/T 10297-2001 ） [2] 中对 温室冬 季采暖 室外 设 计温度规 定取 “ 近 20 年最冷日温度 的平均 值 ” 。 这种 取 值方法较 GB 50019-2003 有了很大 的改进 ，取消 了“ 不 保 证 日 数 ” 的 规 定 ， 大 大 降 低 了 温 室 运 行 的 风 险 ， 但 仍 然 没 有 摆 脱 “ 日 平 均 温 度 ” 的 束 缚 ， 且 标 准 中 没 有 提 供 全 国 温 室 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 的 具 体 数 据 供 设 计 者 直 接 采 用 。 因 此 ， 在 该 标 准 颁 布 之 初 ， 笔 者 之 一 对 此 就 提 出过质疑 [3] 。 此外， 对设 计 而言 ， 气象数 据的 统 计年限 应 与温室的 使用寿 命相匹 配 ， 对使用寿 命在 20 年以上的 温 室 ，为提 高温室 生产的 安全 性应增加 资料的 统计年 限 。 图 1 民用建筑室外采暖设计温度等值线图 Fig.1 Contour map of outside design temperature for heat load in civil building 图 2 近 3 0 年全国极端最低温度等值线图 Fig.2 Contour map of extremely minimum temperature in the latest 30 years 张亚红 [4] 提出采 用当地 30 年最低日 平均温 度和当 地 30 年累年最冷月 温度作 为 基本值 ， 来确定 连栋温 室采 暖 设计室外 计算温 度 。 这种 提 法弥补了 JB/T 10297-2001 中 关 于 统 计 年 限 的 缺 陷 ， 但 仍 没 有 摆 脱 “ 日 平 均 温 度 ” 的 概 念 ， 而 且 与 不 同 形 式 温 室 的 使 用 寿 命 之 间 也 没 有 提 出 明确的关 联关系 。 邢 丙 丙 [5] 提 出 采 用 保 证 率 法 确 定 温 室 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 的 方 法 ， 即 要 求 100 满 足 作 物 生 长 的 低 限 温 度；95 满足维 持作物 缓慢 生长 的温 度 ；85 满足 作物 正 常 生 长 的 温 度 。 这 种 取 值 方 法 将 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 和 温 室 内 种 植 作 物 需 要 的 室 内 计 算 温 度 联 系 在 一 起 ， 但 使 室 内 计 算 温 度 变 成 了 动 态 温 度 ， 加 大 了 室 外 计 算 温 度 取 值的 难 度 。事 实 上 ，笔 者 认 为 ，100 满 足作 物 低 限 生 长 温 度 应 是 上 述 三 种 方 法 中 的 核 心 。 如 将 作 物 低 限 生 长 温 度 作 为 室 内 设 计 温 度 ， 则 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 应 取 历年极端 最低温 度 ，这 种方 法显然存 在很大 的问题 。 日 本 在 选 取 温 室 设 计 室 外 计 算 温 度 时 采 用 了 三 种 方 法 一是采 用数年 一遇的 最 低温度 ； 二 是采用 近 20 年中 连 续 最 低 气 温 的 平 均 值 ； 三 是 根 据 建 筑 采 暖 中 不 保 证 天 数确定 [6] 。 其中 ， 第一 种取 法与邢丙 丙 [5] 的 取法类 同 ； 第 三 种 取 法 与 中 国 民 用 建 筑 的 取 法 相 同 ， 而 第 二 种 方 法 提 出 了 用 最 低 温 度 的 平 均 值 的 概 念 ， 这 对 热 惰 性 较 差 的 温 室建筑应 该 比较 适宜 。 美 国 温 室 制 造 业 协 会 在 温 室 结 构 热 损 失 标 准 [7] 中 规 定 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 采 用 美 国 加 热 、 制 冷 、 空 调 工 程 师 学 会 （ASHRAE ） 手 册 或 其 他 气 象 资 料 的 推 荐 数据 。 其中 ， 在 使用 ASHRAE 手 册时 ， 一般 取出现 概 率 为 97.5 的冬季干球温 度 ， 即每年不 保证 9 天的最 低 温 度 。 这 里 提 出 采 用 的 “ 最 低 温 度 ” ， 与 中 国 “ 日 平 均 温 度” 的概 念有很 大的差 别 。 但对照 ASHRAE 发 表 的“ 新 建筑物设 计节能 ” 中规 定 [8] ， 如果房 屋是热 惰性较 小的 轻 型 围 护 结 构 ， 同 时 有 大 面 积 的 玻 璃 ， 而 且 室 温 控 制 要 求 比 较高 时 ， 应取 最 低 温度 平 均 值或 满足 99 气 温 需 要 的 温度为采 暖设计 室外计 算温 度 。 对 照 温 室 的 条 件 ， 笔 者 认 为 日 本 和 美 国 按 照 历 年 最 低 温 度 平 均 值 的 取 值 方 法 比 较 适 合 温 室 条 件 ， 中 国 温 室 设计也应 该仿效 这种方 法取 值 。 2 温室围 护结构 热惰性 围 护 结 构 的 热 惰 性 是 指 结 构 对 外 界 温 度 波 动 的 抵 抗 能力 [9] 。 围 护结 构的热 惰性 越大 ， 建 筑物内 表面温 度受 外 表 面 温 度 波 动 的 影 响 就 越 小 ， 即 抵 抗 室 外 极 端 最 低 温 度 的 能 力 就 越 强 。 因 此 ， 在 分 析 建 筑 物 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 前 首 先 应 分 析 建 筑 物 围 护 结 构 的 热 惰 性 大 小 。 中 国 民 用 建 筑 热 工 设 计 规 范 （GB 50176-1993 ） [10] 中 按照 围护结构 的热惰 性大小 ， 将 建筑类型 分为四 类 （ 表 1 ） ， 针 对 不 同 类 型 的 建 筑 ， 从 节 能 的 角 度 提 出 了 围 护 结 构 的 最小传热 阻要求 min [ ] i e o i t t n R R t    （1 ） 式中 R omin 围 护结构 最 小 传热阻 ， m 2 KW -1 ； t i 冬 季室内计 算温度 ， ℃ ； t e 围护结构 冬季室 外计算 温度 ， ℃； n 温差修 正系数 ； R i 围护 结构内 表面换 热 阻 ，第 10 期 周长吉等温室采暖设计 室外计算温度取值方法探讨 163 m 2 KW -1 ；[ △t] 室 内 空 气 与 围 护 结 构 内 表 面 之 间 的 允 许温差 ， ℃。 式 （1 ） 中 ， 室外 计算温 度 随建筑围 护结构 热惰性 降 低 而 降 低 。 以 玻 璃 温 室 为 例 ， 平 板 玻 璃 的 蓄 热 系 数 S 10.69 Wm -2 K -1 ， 导热系数 λ 0.76 Wm -1 K -1 ， 玻璃 厚度按 δ 5 mm 计 算 ， 其 热惰性 指标 D 根据 民用建 筑热工 设计 规 范 中公 式 （附 2.5 ） 计算 值为 0.07 ， 远小于表 1 中Ⅳ 类 围护结构 1.5 的热惰 性指标 ， 所以 ， 玻 璃温室 应该划 归 为 Ⅳ 类 建 筑 ， 即 热 惰 性 最 差 的 建 筑 。 对 这 类 建 筑 按 照 ASHRAE 的 要求应 该按最 低温度平 均值或 满 足 99 气 温 需要的温 度选定 采暖设 计室 外计算温 度 。 表 1 围护结构冬季室外计算 温度 Table 1 Outside temperature in winter for wall insulation design 类型 热惰性 指 标 D 室外计 算温 度 t e 的取 值方 法 Ⅰ gt;6.0 t e t w Ⅱ 4.1 ～6.0 t e 0.6t w 0.4t amin Ⅲ 1.6 ～4.0 t e 0.3t w 0.7t amin Ⅳ ≤1.5 t e t amin 注 D 热惰 性指 标 ；t e 室 外 计算温 度 ， ℃ ；t w 采 暖室 外计 算 温 度 ， ℃ ；t amin 累年 最低 的一 个日 平均温 度 ， ℃ 。 3 “ 最低 温度平 均值 ” 计算方法 及取值 3 . 1 计算方法 为 了 更 经 济 合 理 地 确 定 温 室 采 暖 热 负 荷 ， 参 照 ASHRAE 和日本 的方法 ， 本文提出 采用 “ 一定年 限内 累 年 年 最 低 温 度 的 平 均 值 ” 作 为 温 室 的 室 外 采 暖 计 算 温 度 。 其 中 的 “ 一 定 年 限 ” 应 与 温 室 主 体 结 构 的 设 计 使 用 年 限 相 一 致 。 这 种 方 法 首 先 克 服 了 “ 日 平 均 温 度 ” 和 “ 极 端 温 度 ” 的 缺 陷 ， 同 时 兼 顾 了 温 室 覆 盖 材 料 热 惰 性 差 的 特 点 。 这 种 方 法 在 上 海 植 物 园 展 览 温 室 设 计 中 得 到 了 采 纳 ， 取 得 了 较 好 的 效 果 ， 在 保 证 一 定 经 济 性 的 前 提 下， 使温 室运行 的可靠 性得 到了显著 提升 [11] 。 3 . 2 取值 分析 中 国 从 1951 ～2007 年 50 多年的气象数 据变 化 （表 2 ） ， 可以 看出近 30 年的累年 年最低 温度平 均 值 较 1951 ～1980 年有显著上升 ，平均升温 幅度在 1 ～5 ℃ ， 这 一 结 果 与 中 国 建 筑 热 环 境 分 析 专 用 气 象 数 据 集 [12] 中 1971 ～2003 年的数据相一 致 ，这主 要是近 年来连 续多 年 暖冬的结 果 。 按 30 年一个 气候段考 虑 ， 工程 设计中 以 近 30 年气象数据的 统计值 较为 合理 。 表 2 各种计算温度综合比较 表 Table 2 Comparison of outside temperature in civil building wall insulation and greenhouse heat load design / ℃ 近 n 年 累年 最低 温度 平均 值 民用建 筑围 护结 构保 温设 计 冬季室 外计 算温 度 实际计 算值 取整值 序号 城市名 称 近 30 年 极端最 低 温度 民用建 筑 采暖室 外 计算温 度 Ⅰ 型 Ⅱ 型 Ⅲ 型 Ⅳ 型 1951 ～1980 年 累年最 低温 度 平均值 n30 n20 n10 n30 n20 n10 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 哈尔滨 -38.1 -26 -26 -29 -31 -33 -33.4 -31.5 -30.3 -29.0 -32 -30 -29 4 长春 -36.5 -23 -23 -26 -28 -30 -30.2 -27.6 -26.9 -27.4 -28 -27 -27 5 沈阳 -30.6 -19 -19 -21 -23 -25 -26.8 -25.5 -25.2 -26.0 -26 -25 -26 6 大连 -30.4 -11 -11 -14 -17 -19 -16.2 -14.1 -13.3 -14.1 -14 -13 -14 7 乌鲁木 齐 -41.5 -22 -22 -26 -30 -33 -29.7 -24.6 -24.2 -24.6 -25 -24 -25 8 克拉玛 依 -35.9 -24 -24 -28 -31 -33 -30.0 -26.7 -26.4 -27.0 -27 -26 -27 9 西宁 -26.6 -13 -13 -16 -18 -20 -20.5 -19.7 -19.9 -20.9 -20 -20 -21 10 兰州 -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 银川 -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 通辽 -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 石家庄 -26.5 -8 -8 -12 -14 -17 -16.6 -11.8 -10.9 -10.9 -12 -11 -11 19 济南 -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 郑州 -17.9 -5 -5 -7 -9 -11 -12.5 -10.1 -9.7 -8.6 -10 -10 -9 23 武汉 -18.1 -2 -2 -6 -8 -11 -9.1 -5.4 -4.3 -3.7 -5 -4 -4 24 拉萨 -16.5 -6 -6 -8 -9 -10 -14.8 -13.0 -12.3 -11.6 -13 -12 -12 由表 2 可见 ， 近 30 年最低 温度的平 均值基 本都低 于 近 20 年最低温度的 平均值 ， 数据 变化比 较稳定 ， 但近 10 年最低温 度的平 均值与 近 20 年和 近 30 年数据 之间变 化 的差异较 大 ， 说明 10 年的 统计时间 较短 ， 计 算数据 不 能164 农 业工程学报 2008 年 作 为 设 计 计 算 的 依 据 。 从 另 一 个 角 度 考 虑 ， 一 般 永 久 性 加 温 温 室 ， 即 使 是 塑 料 温 室 ， 其 主 体 结 构 设 计 使 用 寿 命 也在 10 年以上 ， 相应 其室外 气象参数 计算重 现期均 在 15 年以上 ， 如表 3 [13] 。 只有塑 料大棚的 计算重 现期在 10 年 以 下 ， 但 这 种 建 筑 一 般 不 加 温 。 所 以 ， 从 以 上 两 个 方 面 考虑 ，10 年的数 据可不 作为 设计依据 。 根 据 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 不 留 小 数 的 一 般 取 值 原 则 ，将表 中数值 取整 ， 分别 得到 近 20 年和 近 30 年最 低 温 度 的 平 均 值 。 将 该 数 据 与 民 用 建 筑 围 护 结 构 保 温 设 计 冬 季 室 外 计 算 温 度 进 行 比 较 ， 可 见 其 基 本 处 于 Ⅲ 型 和 Ⅳ 型 热 惰 性 建 筑 之 间 ， 这 与 温 室 采 暖 通 常 采 用 的 室 外 计 算 温度基本 相符 。 分析近 20 年和 近 30 年累 年最低温 度平均 值可见 ， 近 20 年平均温 度 比近 30 年 高 0 ～2 ℃ ，符合计算重 现 期 的 要 求 ， 即 计 算 重 现 期 越 长 ， 温 度 越 低 。 该 计 算 温 度 与 当地极端 最低温 度比较 ， 基 本都高出 5 ℃ 以上 ， 最高 的 高 出 15 ℃ 以上，有效避免 了 极端最低 温度给 设计带 来负 荷 过 大 的 问 题 ； 与 全 国 工 业 与 民 用 建 筑 采 暖 设 计 室 外 计 算 温度相比 ，该计 算值降 低 了 3 ～7 ℃ ， 较好地考虑 了 温室 热惰性差 的问题 。 表 3 温室结构设计基本风压 计算重现期 Table 3 Recurrence periods of basic wind pressure in greenhouse structure design / a 温室型 式 塑料大 棚 日光温 室 塑料温 室 玻璃温 室 PC 板 温室 计算重 现期 5 ～10 15 ～20 15 ～20 25 ～30 25 ～30 以 中 国 主 要 气 候 带 中 几 个 典 型 城 市 为 例 进 一 步 分 析 上述计算 温度的 实际 意 义 。 统计近 20 年和 近 30 年内 年 最 低 温 度 低 于 上 述 计 算 温 度 的 天 数 及 其 占 整 个 采 暖 期 天 数的比例 （ 如表 4 ） 可以看 出 ， 按照本 文提出 的室外 采 暖 计算温度 ， 实 际出现 低于该 温度的天 气每年 平均 1 ～2 次， 即平均不 保证天 数为 1 ～2 天； 按照总 采暖天 数计算 （ 表 中 “采 暖天 数 ” 分别乘 以 30 年或 20 年 ） ， 实 际出现 低 于 计算温度 的天数 占总采 暖天 数的比率 集中 在 0.5 ～1.5 之间 ， 也就 是 说 ，该 计算温 度 实现了 99 0.5 的保 证 率 ，这基 本与美 国标准 吻合 。 表 4 几个典型城市采暖室外 计算温度的实际保证率 Table 4 Assurance ratio on heat load design outside temperature in certain cities 近 30 年 不保 证数 近 20 年 不保 证数 序号 城市 采暖天 数* /d 天数/d 概率/ 天数/d 概率/ 1 北京 162 31 0.64 25 0.77 2 哈尔滨 210 55 0.87 61 1.45 3 沈阳 188 32 0.57 42 1.12 4 西安 146 33 0.75 24 0.82 5 兰州 174 51 0.98 27 0.78 6 呼和浩 特 201 49 0.81 40 1.00 7 乌鲁木 齐 192 65 1.13 69 0.94 8 济南 140 39 0.93 19 0.68 9 武汉 120 29 0.81 27 0.79 10 南京 134 20 0.50 16 0.60 注 * 采暖天数 为一 年的 采暖 天数 ， 本表 采 暖天 数 直 接采 用了 张亚 红 [14] 给 出 的计算 结果 。 从以上分 析看出 ，采用 近 30 年和近 20 年累年 最低 温 度 的 平 均 值 作 为 温 室 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 既 能 有 效 避 免 采 用 极 端 最 低 温 度 给 温 室 设 计 带 来 投 资 过 大 ， 又 可 以 避 免 采 用 工 业 与 民 用 建 筑 规 范 的 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度给温室 设计带 来的风 险 。 对照表 3 温室主 体结 构 的 设计要求 ，建议 塑料温 室 采用近 20 年累年最低温 度 的平均值 作为采 暖设计 室外 计 算温度， 玻璃温 室和 PC 板 温室采用 近 30 年数据。而 对 需 要 采 暖 的 日 光 温 室 ， 根 据 陈 端 生 等 [15] 的 分 析 ， 应 考 虑 10 ℃ 的温室效应 ， 在 近 20 年累年最 低温度 的平均 值的 基 础上提高 10 ℃ 作为采暖 设计 室外计算 温度 。 依照上述 原则 ， 本文在 分析 全国 733 个气象 站统计 数据的基 础上 ， 编绘了 近 30 年和 近 20 年全国 温室采 暖 设计室外 计算温 度等值 线图 （图 3 和 图 4 ） ， 可供工 程 设 计和建设 参考 。 图 3 近 3 0 年全国逐年最低温度平均值等值线图 Fig.3 Contour map of average of the latest 30 years minimum temperature 图 4 近 2 0 年全国逐年最低温度平均值等值线图 Fig.4 Contour map of average of the latest 20 years minimum temperature第 10 期 周长吉等温室采暖设计 室外计算温度取值方法探讨 165 5 结 论 温 室 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 应 以 温 室 热 惰 性 和 温 室 内 种 植 作 物 的 特 点 为 依 据 ， 根 据 温 室 类 型 和 设 计 使 用 寿 命 取 值 。 本 文 在 充 分 讨 论 中 国 现 行 的 国 家 和 行 业 标 准 中 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 取 值 方 法 应 用 于 温 室 设 计 存 在 问 题 的 基 础 上 ， 对 照 分 析 了 国 内 学 者 的 研 究 成 果 和 日 本 、 美 国 标 准 中 有 关 温 室 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 的 取 值 方 法 ，统计 分析了 全国 733 个气象站 累年最 低气温 气象 数 据 ， 认 为 温 室 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 的 选 取 应 根 据 温 室 的设计寿 命分别 采用 近 30 年和近 20 年累 年 年最 低温 度 的平均值 ， 建 议塑料 温室采 用近 20 年累年最低 温度的 平 均值作为 采暖设 计室外 计算 温度 ， 玻 璃温室和 PC 板 温 室 采用近 30 年的数据 。而对 需要采暖 的日光 温室 ， 应 在 近 20 年累年最低温度 的平均 值 的基础上 提高 10 ℃ 作为采暖 设计室外 计算温 度 。同 时 ， 绘制了近 30 年 和 近 20 年 全 国 温 室 采 暖 设 计 室 外 计 算 温 度 等 值 线 图 ， 为 中 国 温 室 采 暖设计提 供了一 种有效 的计 算方法和 数据支 持 。 [ 参 考 文 献] [1] GB 50019-2003 采暖通风与空 气调节设计规范[S] ． [2] JB/T 10297-2001 温室加温系统 设计规范[S] ． [3] 周长吉． 温室设计安全标准的 制订及其要则探讨[J] ． 农业 工程学报，2002 ，18 增 16 －19 ． [4] 张亚红， 陈青云， 陈端生， 等 ． 中国连栋温室室外设计温 度 确 定 及 最 大 热 负 荷 分 布[J] ． 农 业 现 代 化 研 究 ，2007 ， 282 241 －243 ，253 ． [5] 邢丙丙， 何小木， 郭利聪． 地 热温 室热负荷的计算[J] ． 农 业工程学报，1986 ，23 69 －74 ． [6] 张亚红， 陈青云． 日本温室采暖负荷的计算及其对我国连 栋温室发展的借鉴[J] ．农业工 程学报 ，2002 ，18 增 78 －82 ． [7] 美 国 温 室 制 造 业协 会 ． 温 室设计 标 准[M] ．周 长 吉 ， 程 勤 阳 译．北京中国农业出版社，1998 ． [8] 周长吉． 现代温室工程[M] ． 北 京 化学工业出版社， 2003 ． [9] 陈青云． 农业设施设计基础[M] ． 北京 中国农业出版社， 2007 ． [10] GB 50176-1993 民用建筑热工 设计规范[S] ． [11] 上 海 植 物 园 展 览 温 室 空 调 设 计 ． http// Education/warm/paper/Conditioning/air_conditioning/2006_ 08_14_14227.shtml ． [12] 中国气象局信息中心气象资料室， 清华大学建筑技术科学 系 ． 中 国 建 筑 热环 境 分 析 专用气 象 数 据 集[M] ． 北 京 中 国建筑工业出版社，2005 ． [13] 周长吉． 温室工程设计手册[M] ． 北京 中国农业出版社， 2007 ． [14] 张亚红， 陈青云． 中国连栋温室采暖期的确定及采暖能耗 分布[J] ．农业工程学报，2006 ，222 147 －152 ． [15] 陈端生， 徐师华， 刘步洲． 我国加温温室蔬菜生产合理布 局探讨[J] ．农业工程学报，1985 ，12 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