周博士考察拾零(一百二十)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——供热首部＊

周长吉，富建鲁，张月红（农业农村部规划设计研究院，北京 100125）

大规模连栋玻璃温室周年生产，除了热带地区外，基本都离不开冬季的加温系统。由于受国家环境保护政策的限制，传统的燃煤供热方式在工业与民用建筑供热热源中基本被淘汰，取而代之的主要是地源热泵、电热锅炉和天然气锅炉等清洁能源。虽然这些替代能源都是清洁能源，但由于地源热泵和电热锅炉都使用电力做能源，运行成本较高，所以，国内大规模连栋玻璃温室生产基本都采用以天然气为燃料的燃气锅炉供热，而且采用天然气做燃料向温室供热还可回收燃料燃烧后的烟气进行温室CO2施肥，一方面有效利用了燃气的能量和物质，另一方面也减少了燃料燃烧后的尾气排放量，减轻了环境污染，更是一种低碳的农业生产模式[1]。

一套完整的供热系统一般由供热热源（锅炉）、热分配与控制设备、散热器以及输送管道、动力水泵和各类阀门等配套设备组成。本文将进入温室散热器之前的供热设备统称为供热首部，这样温室的供热系统将只有供热首部和散热器两大部分组成。散热器的用量及其在温室中的布置，笔者已经做过论述[2]，为此，本文将围绕以天然气为燃料的燃气锅炉供热系统，就供热首部的设备组成及配套要求进行分析和讨论，可供同类温室工程的供热系统设计参考。

供热首部组成

从参与供热系统的流体种类来讲，有气体和液体，其中气体包括锅炉燃烧之前的天然气、与燃料混合进行燃烧的空气（为提高燃料的燃烧效率，有的设备还可能配套氧气）以及燃烧之后的烟气（主要是CO2和水汽，燃烧不完全时可能有CO 或NOx等）；液体部分包括向锅炉补水的软化冷水以及经过锅炉加温后的循环热水。输送和控制这些流体并使之发生物理和化学变化的设备即组成温室的供热系统，其中天然气在锅炉中与空气（氧气）混合燃烧是整个系统的核心，是热能的产源，也是全系统唯一的化学反应过程。

围绕热源锅炉，按照气、液两种流体的相对独立输送与控制设备，可将温室供热首部分为气路系统和水路系统，以下将按照这两个不同相态的设备及其管路分别进行论述。

气路系统

气路系统是从天然气气源开始，经过调压后输送到锅炉点火器点燃，再与空气混合在锅炉炉膛内燃烧，将天然气转化为CO2和水等组分的混合烟气（简称烟气）。传统的供热锅炉燃烧后的烟气是直接排入大气，但温室供热系统的烟气则主要用于白天向温室内补充CO2，所以，经过检验有害气体浓度不超标时，锅炉燃烧后的烟气将直接送入温室（在送入温室之前应进行降温和脱水并与空气混合成适当浓度），但如果检测发现烟气中有害气体浓度超标，应切断烟气向温室内供应的管路，将烟气排入大气，并自动控制将部分烟气分流到锅炉燃烧室的进气端，与空气混合再燃烧，实现烟气的回燃，以提高天然气的燃烧效率、降低排放烟气中有害气体浓度。经过一段时间的烟气回燃，当排放烟气中有害气体浓度符合要求后再重新打开通向温室的管路通道，同时关闭排入大气的烟气通道，将烟气导入温室进行CO2施肥。当温室中不需要进行CO2施肥期间，从锅炉排出的烟气可直接排入大气。一个完整的气路流程与系统设备组成如图1 所示。

图1 供热首部气路系统

天然气供气系统及设备组成

气源及其调压设备

向锅炉供气的天然气来源一般有两种方式，一种是用液态天然气罐供气；另一种是采用管道天然气供气。从经济性和方便管理的角度考虑，有条件的地区应优先选用管道天然气供气，一是价格相对便宜，二是不需要经常性地组织运气、换气等作业，三是节省建设用地空间。但在没有天然气管道接口，或天然气管道远离温室建设地点而从天然气主管输送天然气到温室所在地的外线管路过长投资较大，或地方政策不允许将天然气管道接入温室建设地点时，温室天然气供热就只能采用液态天然气罐供气。

采用液态天然气罐供气时，液态天然气首先必须经过汽化器将其从液态汽化为气态，再经过调压才能输送到供热锅炉（图2a），而管道天然气由于管中天然气本身就是气态，因此可省去汽化器直接通过调压箱调压后输送到温室供热锅炉（图2b）。液态天然气汽化设备配置与液态CO2汽化设备配置的方法[3]基本相同，不同的只是两种物质的物理性质（包括在液态罐内的温度和压力、汽化潜热、比热容等）在数据上的差异，国家标准《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）[4]也有详细的设计要求，这里不多赘述。

从液态罐经汽化器汽化或从管道天然气管接入的气态天然气，首先要进入调压设备调压，之后才能进入锅炉房设备。调压设备主要由管路总阀、压力表、温度计、过滤器、调压器以及安全放散阀等组成。为保证安全供气，主供气管路应并联设置一套相同的管路，同时还应附加一路手动控制的旁路（图3）。为保证供气设备防火安全并尽量缩短外线管路，气源的调压设备一般应放置在室外，在满足与锅炉房和温室之间安全防火距离的条件下应尽可能将气源设备靠近温室锅炉房的位置布置（图2）。

图2 天然气供气气源及其设备组成

图3 天然气气源调压箱管路系统图

天然气管从调压箱出来直到锅炉燃烧器之前，全程应表面涂刷明黄色颜色，以醒目地告知人们该道管的用途。

炉前天然气供气系统

从天然气气源调压箱出来的气态天然气在进入锅炉燃烧之前还需要进行一系列的安全控制，这一阶段的气体输送、测量及控制设备统称为炉前管路（即从调压箱到锅炉燃烧器之间的全部管路和设备）。按照供气管路功能的不同可将炉前管路分为3 部分：供气主管路、单台锅炉的供气支管路和管道气体吹扫管路（图4）。对于大规模连栋温室，正常生产一般都需要配置2台及以上的供热锅炉。从调压箱到每台锅炉供气分支管之间的管路称为总供气管路，或称供气主管。从供气主管分支口到每台锅炉燃烧器之间的管路称为锅炉供气支管路，是直接向每台锅炉供气的供气管路。管道气体吹扫管路是用管道内天然气或惰性气体（统称为介质气体）清扫主管路和支管路中其他气体的专用管路，主管路吹扫从“总关断阀”后接入介质气体（图4），在压力作用下介质气体经过主管路中所有管路和阀门后从“放散阀”排出，从而将残留在主管路中的非介质成分的气体排出管路。支管路吹扫从支管路的“切断阀”后接入介质气体，介质气体沿支管路流动直到支管路的“放散阀”排出管路将残留在支管路中的非介质成分的气体排出管路。

主管路一般由总开关、流量计、过滤器、压力调节阀以及安全阀和高低压力报警器等安全控制设备组成；支管路一般由管道流量和压力控制与测量、燃烧器供气控制以及燃烧状态检测等设备组成。管路中所有过滤、压力调节、流量调节等部位应并联设置“旁路”，当管路中的气流满足锅炉燃烧要求时，天然气可通过旁路分流，以降低管路压力损失，减小输气动力的运行能耗（图4）。

图4 天然气炉前供气管路系统

为保证安全送气，一般主管路总切断阀应并联设置两路供气控制管道，一路为电磁阀自动控制管路，另一路为手动阀门手动控制管路（图5a），可分别用于日常运行中的自动控制和自动控制故障或其他紧急情况下的手动控制；每台锅炉的支管路也应并联设计2 路相同管路（图5b），一备一用，当一条管路发生故障时可立即启动另一条平行的管路供气，并联的两条控制管路均可采用自动控制，不再设手动控制管路，以降低设备造价、提高管路自动化运行水平。

图5 管路安全备份设置方法

吹扫散放管道的主要作用，一是系统停止运行进行修理时，为检修工作安全需要把管道内的天燃气吹扫干净，这时需要的吹扫介质气体为惰性气体，一般为CO2或N2；二是在较长时间停止工作后再投入运行时，为防止燃气和空气混合物进入炉膛引起爆炸（天然气的爆炸极限范围为5%～15%，即在锅炉检修和运行中天然气的浓度应控制在爆炸极限范围之外）要先进行吹扫，将可燃混合气体排出管道，排入大气，这时需要的吹扫介质气体为管道内天然气或先用惰性气体吹扫后再用天然气吹扫。

燃气锅炉启动前需对锅炉的所有气路，包括燃气供气管道、锅炉炉膛及烟气通道进行吹扫。吹扫时间一般不应少于5 min，并在吹扫口（即放散管处）取样分析，含氧量不超过1%为合格。

当以燃气作为吹扫介质时，为防止流速过大带动管内未清理干净的碎石、铁渣冲击管壁产生火花引起爆炸，吹扫开始时应微开启阀门，控制流速在5 m/s 以下，将空气驱走。当从吹扫口取样分析其含氧量在2% 以下时，再开大阀门进行吹扫。

当以惰性气体作为吹扫介质时，吹扫分两步，先用惰性气体将燃气系统内的空气置换干净，然后切断惰性气流用燃气将系统内的惰性气体再置换干净。

烟气系统及其配套设备

天然气从锅炉燃烧器点燃后，与引风机送入锅炉炉膛燃烧室中的空气或氧气混合燃烧，一方面产生热量提高炉膛内水箱的水温（这是锅炉的主要功能），另一方面产生以CO2和水汽为主要成分的烟气（其中CO2是温室作物CO2施肥的主要来源）。要保证系统安全高效运行，系统设计中，一是要保证天然气在炉膛内的完全燃烧，二是要将烟气中携带的热量回收利用。由此在严格控制天然气和空气（氧气）混合燃烧比例在爆炸极限范围外的条件下，锅炉烟气系统中重点要把控好锅炉炉膛内的气压，同时要对烟气进行部分回燃，这是实现天然气充分和完全燃烧，保证烟气中除CO2和水蒸气外不含过多的CO 和NOx等有害气体成分的重要措施，此外，还应配套专门的烟气余热回收系统，一可以回收能量提高能效；二可以减低烟气温度将烟气中水蒸气离析出来，减少烟气作为CO2施肥气体输送管路对管道排水、防腐、动力等要求。

锅炉炉内压力控制系统

锅炉炉膛内的气压主要通过烟道的引风和送风系统来实现。根据锅炉炉膛内的压力不同，烟道引送风系统分为平衡通风、负压通风和正压通风三种。

平衡通风是在锅炉烟气风道系统中同时装设送风机和引风机，利用送风机压力克服炉膛内风道及燃烧设备中的全部风道阻力，利用引风机压力克服全部烟道系统阻力，在炉膛出口处保持20～30 Pa 的负压。平衡通风使风道中正压不大，锅炉炉膛及全部烟道又处在合理负压下运行。

负压通风是在烟道内只装设引风机，利用引风机的入口压力来克服全部烟道和风道内阻力，锅炉处于较大的负压下运行。

第三，在小学语文教学中运用经典诵读有助于提高学生的写作能力。小学生通过经典诵读可以积累大量的素材，并在此过程中充分掌握与了解不同文章的写作技巧与写作方式，为今后学生写作能力的提高奠定了坚实的基础。

正压送风是在锅炉烟、风系统中只装设送风机，利用送风机的压力来克服全部烟道和风道阻力，此时烟道、风道均处于正压状态。

平衡通风和负压通风系统炉膛和烟道内都处于负压状态，管路漏风量较大，当锅炉燃烧不良时，可燃气体会进入锅炉后部烟道，与后部烟道漏入的空气混合形成爆炸性气体，在高温作用下，可能会引起二次燃烧或爆炸，此外，烟气中气体成分复杂，无法直接用于向温室补充CO2使用。正压送风系统由于送风强度高，燃烧强度也随着提高，同时减少了锅炉漏风量和排烟损失，可延长风机寿命，减少电耗，烟气中CO2的成分也更纯洁，所以目前大规模连栋温室热气联供系统的锅炉运行均采用正压送风方式。

烟气回燃

烟气回燃，就是将锅炉尾部约10%～30% 的烟气（温度约170℃），经不锈钢烟气管道吸入到燃烧器进风口，并将其混入助燃空气后进入炉膛（图6）。由于回燃烟气的温度较高，与助燃空气混合后可提高空气的温度，由此可提高燃烧的效率。

在高温条件下，空气中的N2经氧化生成NOx，成为热力型NOx。热力型NOx形成的主要控制因素是温度，温度对热力型NOx的形成呈指数关系。影响热力型NOx形成的另一个因素是烟气中氧的浓度，NOx形成的速率与氧气浓度的0.5次方成正比。烟气回燃，一是降低火焰区域的最高温度，同时也降低氧和氮的浓度，从而可达到降低NOx的目的，实现降低NOx排放量，提高燃烧效率，最终达到节能减排的目的。对温室热气联供系统而言，减少烟气中的NOx实际上就是降低CO2施肥中的有害气体，也是作物进行CO2施肥的基本要求。为此，在温室热气联供的供热锅炉设计中应配套烟气回燃管路及其配套管路风机。

烟气余热回收

回收烟气中热量的途径有两种：一是在烟道的前端设置空预器（图6a），将锅炉尾部烟道中排出的烟气中携带的热量通过散热片传导到进入锅炉前的空气中，提高空气的温度，从而在降低烟气温度的同时提高了燃气的燃烧效率；二是在烟道的中末段设置冷凝器（图6a、图6b），用补充锅炉的软化冷水做介质，将其加热后送入锅炉的回水管，进而进入锅炉的水循环系统，将烟气余热直接用于温室加热系统。

图6 烟气处理与利用

水路系统

温室供热系统实际上是一个水循环系统。冷水经过锅炉加热后升高温度变成为热水，通过供水主管道输送到温室散热器中，热水在温室内散热器中散热降温后再通过回水管道返回到锅炉中加热，如此循环往复形成温室的供热系统。在温室供热系统中，水是热的载体，水在锅炉及管道和散热器中的循环流动，携带热从锅炉向温室内转移和释放，所以，水是温室供热系统中不可或缺的工作介质。

按照供热系统中水的性质和用途来分，可将整个水路系统的水分为围绕锅炉补水的冷水系统和在锅炉和散热器间循环流动的热水系统。

锅炉冷水系统

温室供热系统中的水首先是来自于冷水（常温水）。在锅炉启动前，第一步的工作就是用冷水清洗锅炉并向锅炉及水循环管路内注满冷水。在锅炉运行过程中，由于管道、散热器等水力管道的“跑冒滴漏”以及系统排污等也会使系统内的总水量减少，为此，需要及时补给新水，以保证系统稳定运行。所以，冷水供应系统是锅炉运行中不可缺少的设备组成部分。

锅炉供水与温室灌溉用水对水质的要求有显著差别。除不得含有有机或无机颗粒物外，为保证锅炉的安全运行，国家标准对锅炉供水的水质有严格的要求（表1），如果水源原水不能满足锅炉供水水质要求，就必须对原水进行处理。因为不符合水质要求的原水不进行处理或处理不当，会在锅炉炉体的受热面上结垢，致使炉壁传热性能变差，锅炉热效率降低，单位能量消耗燃料量增加，还会产生腐蚀、鼓包、爆管，甚至引起爆炸等事故。此外，锅炉给水水质不良，还会引起金属腐蚀，导致热水锅炉金属构件破坏，严重时发生穿孔，威胁人身的安全。所以，水处理是保证锅炉设备安全运行的必要条件。

表1 锅炉供水水质要求

热水锅炉水处理的最终目标是通过预处理、软化、除盐、除氧（气）等工艺，防止锅炉结垢和防止锅炉腐蚀。为此，根据原水的水质条件，热水锅炉供应冷水的水质处理设备一般包括过滤（砂石过滤和叠片过滤）、软化以及除氧等设备（图7）。

图7 锅炉供水冷水水质处理与储存设备

系统配置上，经过过滤和软化的水首先储存在软化水储水箱中，在进入锅炉循环水之前有的设计还配套了除氧设备，去除水中的氧气，这对保护锅炉及整个供热系统管路和设备的抗氧化腐蚀有非常积极的作用。

经过软化和除氧的水即可进入锅炉水循环系统。补充新水进入锅炉水循环系统的路径有3 条：一是连接到锅炉循环水的回水管，直接进入锅炉水循环系统；二是送入锅炉烟气的余热回收设备，吸收烟气余热提高水温，之后再进入到锅炉循环水的回水管（当然，吸收烟气余热也可直接用循环管路中回水，但补给新水由于温度更低，换热效率高，可降低换热器的造价和运行成本，为此被大量采用）；三是直接将原水送入锅炉的水锅中。前两种方法主要用于锅炉运行期间的补水，第三种方法则主要用于锅炉的检修和启动阶段补水。

锅炉运行期间由于新水补给是间歇性供水，为了减少供水水泵的启动频率，降低运行成本，延长水泵使用寿命，一般在管路中配置一套定压设备，补给新水首先打入定压容器，锅炉需要补水时首先从定压容器内取水，当定压容器内水量或压力不足时再开启补水水泵向定压容器补水。但在锅炉启动前向锅炉内注水时，可不通过上述设备和管路，而是直接将软化除氧符合锅炉供水水质的原水注入锅炉水锅中。

热水锅炉提供的热水在供热的过程中，除了锅炉水锅中会产生水垢外，在供热管网和散热器中也会出现水垢，这些水垢都会阻塞热水流通，影响供热质量，增加运行成本。为减少锅炉及管路和散热器内结垢，一是在热水循环管路的回水管末端设置除污器，将循环管路中出现的污垢阻截并排出循环系统；二是在锅炉炉体上设置排水管路，定期排水，部分排除长时间循环的陈水，同时补充新水，以保证循环系统中的总水量不变，锅炉的排水管路同时还可用于锅炉检修和清污时排放污水。

锅炉及其给排水管路的典型工艺流程和设备配置如图8。

图8 锅炉及其给排水管路典型工艺流程与设备配置

热水循环系统

热水循环系统就是将经过锅炉加温的热水（设计水温一般为95℃）通过供水管路输送到温室散热器，向温室提供热量，在经过散热器散热并降温后再通过回水管路回送到锅炉进行再次加热升温形成热水的一套闭合水流循环水路。

传统的温室供热系统是直供系统，即锅炉产生的热水直接输送到温室采暖，在温室中经散热器散热降温后的回水直接进入锅炉进行加热，由此形成一个完整的水循环系统。该循环系统中由于散热器和管路等的“跑冒滴漏”造成循环系统中总水量减少的部分再通过冷水补给系统予以增补。这种系统一般是锅炉夜间运行向温室供热，而白天大部分时段由于温室接受太阳辐射后室内温度升高基本不需要额外供热或需要的热负荷大大减小，因此锅炉处于停止或半停止工作状态，只有在冬季比较寒冷的地区白天室外温度很低且光照也不足，这时才需要昼夜供热，锅炉24 h 运行。直供式供热系统由于主要是夜间供热，所以只供热而不供气（CO2气体），对于以天然气为燃料的供热锅炉，供热只利用了天然气的热能，却浪费了温室作物生产所需要的CO2气体。

为了能最大限度开发利用天然气的物质和能量，大规模连栋温室种植作物采用天然气为燃料冬季供暖时基本都采用锅炉白天运行、夜间休息的热气联供运行模式。锅炉白天运行，将天然气燃烧产生的烟气经过检验合格后直接送入温室用于提高温室内CO2浓度，可有效提高温室作物的光合作用，从而提高作物产量和品质，同时锅炉运行产生的热量将被集中收集在储热罐内，到了夜间温室作物光合作用停止，温室不需要输送CO2而需要热量时再从储热罐中抽取热量用于温室的加温。这种锅炉运行方式与直供系统相比相当于免费地获得了温室需要的CO2，使天然气的物质和能量得到了充分的开发和利用，因此，是一种经济且环保的运行管理模式。在设施农业发达的国家（如荷兰），甚至还采用热气电联产的做法，将燃烧天然气的“功”用于发电，热用于温室加温，燃烧尾气用于温室作物的CO2施肥，使燃烧天然气的能量和物质进一步利用，真正实现对天然气燃料的“吃干榨尽”，不仅提高了温室生产的经济效益，而且将不可再生的化石能源得到了充分的开发和利用，是减少碳排放、实现社会可持续发展的一种良好技术手段。

由此可见，对于以天然气为燃料的温室热气联供采暖系统而言，温室加温热水循环系统是由锅炉、储热罐与散热器共同构成。白天锅炉工作向储热罐供热，提高储热罐内的水温，形成锅炉与储热罐之间的水流循环；夜间锅炉停止工作，储热罐向温室供热，形成储热罐与温室散热器之间的水流循环，将白天锅炉运行储存在储热罐中的热量释放到温室中，补充温室夜间散热损失，保持温室夜间作物生长的要求温度。当储热罐的储热量不足时，无论是白天还是夜间，计算机都可以根据温室供热量的需要自动控制启动锅炉运行，形成锅炉与温室散热器之间的水流循环。因此，热气联供供热系统中的水循环共有3 种循环路径（图9）。3 个循环系统中的配置设备除天然气锅炉外，主要还包括储热罐、散热器以及供热热源向散热器供热的热分配设备。

图9 供热首部热水循环系统原理图

锅炉容量应按照温室建设地点的室外采暖设计温度和室内种植作物的适宜生长温度以及温室结构及其保温性能按照热量平衡原理采用传热学理论计算确定[5]。温室散热器及其布置形式应按照作物的种植品种和种植方式以及温室的结构形式设计[2]。相关的设计和计算方法笔者已经进行过论述，这里仅就供热系统的储热罐和供热首部的热分配设备进行拾遗补漏。

储热罐

储热罐储热是天然气锅炉温室供暖系统的一个主要特征。储热罐的容积应根据温室白天需要CO2的量来确定[6]。具体的确定方法是首先根据温室作物光合作用需要的CO2量推算出需要燃烧的天然气量，再根据燃烧天然气量所能产生的热量来确定需要的热水量，最后根据需要储放热水量确定储热罐的容积，具体计算公式如式（1）。

式中：Vx为蓄热水罐容积（m3）；Nr为日间运行锅炉功率（kW）；tx为锅炉日间运行时间（h），等于烟气供应CO2时间；△Tx为蓄热水罐可利用温差（℃），可按40℃取值；η1为蓄热水罐保温效率，宜取95%；η2为蓄热水罐容积利用系数，宜取0.9；η3为系统水膨胀系数，宜取0.97；ρ为热水密度，宜取1000 kg/m3。

对储热罐的要求，一是应具有足够的强度和承压能力，不得发生罐体变形。为此，蓄热罐罐体一般均选用圆柱形钢制罐体，罐体钢板采用压型瓦楞钢板，钢板厚度应按照罐体内水位高度所产生的内压力以及室外风雪荷载所产生的外压力通过荷载组合的内力分析按照最不利荷载组合下的应力确定，尤其需要注意的是罐体的基础应根据地基的土壤性质和承压能力以及温室建设地冬季的冻土层深度和地下水位高度等因素按照建筑基础设计规范确定。

二是罐体整体应防腐蚀、无渗漏，即要求储热罐的内衬应耐高温、耐腐蚀，且密封严密。为了提高储热罐的耐腐蚀能力，对于闭式承压水罐一般还配套氮气膨胀系统，即用氮气充满罐体内非热水占据空间，避免氧气进入罐体形成对罐体及后续管网的腐蚀，为此，需要专门配备一套制氮设备（图10a），制氮设备的能力应能保证储热罐罐体顶部氮气压力保持在20±5kPa。

三是罐体应做好保温防护，减少储热期间热量的无谓损失，一般要求保温材料的厚度应符合罐体外表面与周围空气温差不大于5℃，保温材料应为难燃或不燃材料，除了罐体的保温外，储热罐与基础之间也应做好保温。

储热罐内沿高度方向每隔10% 设计水深应等距设置测温装置（图10c，图11），根据罐体内的温度场变化，计算机自动计算罐体内的储热量和供热能力，并与燃气锅炉和供热分水缸联动控制，保证温室内稳定的供热能力。

图10 储热罐及其系统设备配置

储热罐与锅炉间热水循环时，储热罐内热水采用“上进下出”的模式。从锅炉加热的热水从储热罐的顶部注入，将储热罐内的低温热水压向底部，进入锅炉的回水从储热罐的底部回流，如此循环往复将储热罐内的水温整体提高到设计供水温度。当热水在储热罐与温室散热器间循环时（实际上是储热罐与供热首部的分水缸和集水缸之间的直联循环），储热罐内热水采用“上出下进”的模式，从储热罐上部抽出的热水进入分水缸分配到不同用途的分主管送到温室内散热器，从散热器回水管返回的凉水集中到集水缸，再统一输送到储热罐（图10a、图10b）。由此看出，不论是储热罐与锅炉间的热水循环，还是储热罐与温室散热器之间的热水循环，储热罐内水体的温度场永远是“上热下凉”，在水体循环的过程中“热水”和“冷水”之间存在一个温度场剧烈变化的“斜温层”（图11），该斜温层的位置变化趋势以及斜温层的精准位置表明了储热罐的储热和放热状态以及储热量的多寡。生产运行中计算机会根据储热罐内设置温度传感器的位置判断斜温层的位置，据此来预判确定锅炉启动和停止运行的时间，实现锅炉启停的精准控制，达到系统运营的高效、低耗。为保证精准控制，设计中一般要求斜温层的厚度应控制在1 m以内。

图11 储热罐内配水管布置与温度场分布和斜温层位置

热水分配

从锅炉或储热罐出来的高温热水首先统一进入热水分水缸，之后从热水分水缸中再分出一级供热主管（图12a）。如果把锅炉和储热罐比作人体心脏的话，一级供热主管是温室供热系统的“大动脉”。为了确保供热主管路的安全运行，每条主管上至少应设置2 台水泵，一备一用，有的甚至采用了3 台水泵，用二备一（图12b）。设计中具体采用哪种方案应视单台水泵的流量和扬程以及供回水管路管道直径和管道长度经过水力学计算确定。

为了尽量使温室内温度保持均匀，对于大面积的连栋温室，一般应将温室划分为若干供热单元，每个供热单元的面积尽量相等或根据不同单元的热负荷（不同供热单元由于种植作物不同热负荷可能不同）尽量使每个单元的热负荷相近。从分水缸出来的一级供热主管不是直接连接到温室内散热器，而是首先被分流到各供热单元，这样就保证了各供热单元的供水温度基本相同。为了进一步减小管路阻力，保证输水管路的水力平衡，由此减小管路水泵的压力和运行能耗，保证室内温度分布更加均匀，从分水缸出来的一级主管热水分配到各供热单元的供热点一般应设置在每个供热单元温室侧墙或山墙的中部。

进入各供热单元供热点的热水，再次进行分流，分配到不同用途的各支路主管（称为二级主管），一般包括天沟化雪管支路、地面轨道散热器支路、株间散热器支路、空中吊挂散热器支路、外墙面散热器支路、辅助车间散热器支路、办公室/ 宿舍散热器支路等。其中天沟化雪支路可根据温室建设地区冬季降雪情况进行设置，南方冬季无降雪或一次降雪量极小的地区可不设，此外，由于天沟化雪支路只在降雪天才开启运行，与室内采暖供热支路的控制完全不在一个时段，为便于控制，有的设计者也将二级化雪管支路升级为一级供热主管（如图12a），集中统一控制，保证温室结构的安全和温室的必要采光。

图12 分水缸及一级主管配套设备

二级供热主管从一级供热主管中分流出的热水是近乎锅炉或储热罐的高温水（一般设计按95℃计算），由于不同散热器运行要求的供回水温度不同，所以，在各支路散热器接入二级供热主管前，首先要对二级主管内的热水温度进行调节。不同用途各支路散热器的供回水温度如表2。

表2 温室散热器不同支路的供回水温度/℃

调节二级供热主管内供水温度的方法是将本支路中的回水与供水混合，用低温回水来降低一级供热主管内热水的温度。一般在二级供水主管的供水段上设有温度传感器，系统运行中可根据主管上温度传感器的测量数值由计算机自动控制电动控制阀的开度，调节回水流量，实现主管内热水的设定供水温度（图13a、图13b）。实际工程设计中，为了保证管路运行的可靠性，在供水主管与回水主管间除了设置电动控制阀自动控制供水主管内的水温外，还应该设置手动控制阀（图13c），以备在自动控制阀失效时能够启用手动控制阀人工控制来调节供水主管内的水温。

图13 二级供回水主管及其调温管路和设备