喻茂月，張肖，胡亞星，何應虎

（遵義師范學院，貴州 遵義 563000）

0 引言

蠅蛆營養(yǎng)成分價值高，具有多種用途。蠅蛆的生長受溫度影響十分明顯。20℃以下，蠅蛆停比繁殖或進入冬眠狀態(tài)，不食不動[1]，因此需要控制室內(nèi)溫度。蠅蛆養(yǎng)殖要追求效益，控制成本。蠅蛆養(yǎng)殖成本主要包括飼養(yǎng)成本和環(huán)境條件控制成本。蠅蛆養(yǎng)殖房的修建應結合當?shù)貧夂?、濕度、溫度、采光等條件，以提高用率低[2]。應保證養(yǎng)殖房內(nèi)的溫度比較穩(wěn)定，種蠅生長適宜溫度一般為27℃左右[3]。為確保蠅蛆進入收蛆桶，養(yǎng)殖房內(nèi)的溫度應在25℃以上[4]。

根據(jù)熱力學第二定律，當室內(nèi)外溫度不相等時發(fā)生熱傳遞，熱量從溫度較高的一側向溫度較低的一側傳遞。傅里葉熱傳導定律[5]表明，導熱過程中單位時間通過截面的導熱量正比于垂直于該截面的溫度變化率和截面面積。在不考慮空氣和室內(nèi)外墻面間的對流時，可以采用傅里葉熱傳導定律近似計算傳熱量。牛頓冷卻定律[6]表明，當物體表面與周圍存在溫度差時，單位時間從單位面積散失的熱量與溫度差成正比。牛頓冷卻定律在強制對流時與實際符合較好，在自然對流時誤差較大，但在溫度差不太大時依然成立?？諝夂褪覂?nèi)外墻面間的對流可以用牛頓冷卻定律計算。

本文根據(jù)遵義地區(qū)全年氣溫變化情況，建立理論模型計算得到本地區(qū)蠅蛆養(yǎng)殖溫度控制所需能量和能源成本。為本地區(qū)蠅蛆養(yǎng)殖提供參考。本文算法也可以為其它地區(qū)、其它物種養(yǎng)殖的溫控成本計算提供理論依據(jù)。

1 理論模型

圖1所示為蠅蛆養(yǎng)殖房傳熱模型示意圖。蠅蛆養(yǎng)殖房室內(nèi)外傳熱包括熱傳導、對流傳熱和熱輻射三種情況。對于空間較大的準密閉房間，本文忽略熱輻射能量影響，近似計算基于熱傳導和對流傳熱的傳熱能量損耗。如圖1所示，室內(nèi)、室外溫度分別用Ti和To表示。當室內(nèi)溫度高于室外溫度時，室內(nèi)和室外存在溫度差，空氣與墻面之間存在對流，熱量從墻體內(nèi)傳導出去，從而得到如圖所示由高到低的溫度變化曲線。

根據(jù)傅里葉熱傳導定律，單位時間單位面積內(nèi)，室內(nèi)外傳熱量可表示為：

其中，λ表示墻內(nèi)的熱傳導系數(shù)，b表示墻厚度。

根據(jù)牛頓冷卻定律，空氣和室內(nèi)外墻面間的對流傳熱可以表示為：

其中，α表示空氣與表面之間的對流傳熱系數(shù)?？紤]空氣和室內(nèi)外墻面間的對流，單位時間單位面積內(nèi)室內(nèi)外傳熱量可表示為：

其中k表示考慮空氣和室內(nèi)外墻面間對流的總傳熱系數(shù)，包含空氣與表面之間的對流傳熱和墻內(nèi)的熱傳導。k、α、λ滿足關系式：因此單位時間單位面積內(nèi)室內(nèi)外傳熱量可表示為：

如果熱傳導區(qū)為多層結構，第n層的傳熱系數(shù)用λn表示，則

考慮蠅蛆養(yǎng)殖房的側面墻體、地面、屋頂、門、窗各自的傳熱，則蠅蛆養(yǎng)殖房單位時間的傳熱量用各部分傳熱之和表示為：

2 熱傳導計算

對流換熱是一個受許多因素影響且其強度變化幅度較大的復雜過程，一般情況下，空氣自然對流換熱系數(shù)為5～25W·m-1·K-1[7]。一般墻體的傳熱系數(shù)為λ1=1.2W·m-1·K-1[8]，普通門的傳熱系數(shù)λ2=1.5W·m-1·K-1[9]，窗戶普通玻璃的傳熱系數(shù)λ3=6.6W·m-1·K-1[10]，頂樓普通混泥土樓面的傳熱系數(shù)λ4=2.0W·m-1·K-1[11]，普通水泥地面的傳熱系數(shù)λ5=0.56W·m-1·K-1[9]。

一般地，取房屋墻體厚度約為b1=0.3m，門的厚度約為b2=0.15m，窗戶玻璃的厚度約為b3=0.003m，屋頂混泥土樓面厚度取b4=0.3m，地面厚度按b5=0.3m作近似計算。

根據(jù)蠅蛆養(yǎng)殖適宜溫度范圍，設蠅蛆養(yǎng)殖室內(nèi)溫度為Ti=28℃。室外溫度受天氣影響，隨時間變化。圖2所示為遵義地區(qū)年日平均氣溫變化曲線[12]。一般情況下，進入夏至前后氣溫快速升高，七月和八月的氣溫通常最高，九月立秋前后氣溫開始明顯下降，冬季氣溫最低，較低氣溫通常要持續(xù)到春季，立春前后氣溫才開始明顯回升。十月至次年四月的日平均氣溫通常都在25℃以下，需要加熱。七月和八月的日平均氣溫通常在25℃以上，一般不需要加熱。五月、六月和九月通常氣溫變化較大，天氣較冷的時候需要加熱以保持足夠的室溫。

針對以上參數(shù)，考慮日均平均氣溫，根據(jù)公式（4）和（5），近似計算得到蠅蛆養(yǎng)殖房在近年天氣環(huán)境下，每平方米的墻體、門窗、屋頂?shù)鹊膫鳠崆€，如圖3所示，其中。從圖中可知單位面積的窗戶每天的傳熱最多，因窗戶傳熱系數(shù)最大，傳熱最快。在寒冷天氣下每天每平方米傳熱可達1×107J。傳熱最慢的是地面，寒冷天氣地面每天每平方米傳熱約為窗戶傳熱速度的三分之一。

為計算具體傳熱損耗能量，針對16m2的小型蠅蛆養(yǎng)殖房，設長寬高分別為4m、4m、3m，有一高2m、寬1.5m的門，有一長1.2m、寬0.8m的窗戶。圖4為其各部分所占面積大小柱狀圖。

根據(jù)公式（4），考慮面積和時間，則蠅蛆養(yǎng)殖房傳熱量可表示為：

由此計算得到蠅蛆養(yǎng)殖房的墻、門窗、屋頂?shù)让刻斓膫鳠崃糠植记€，如圖5和圖6所示。由圖可知，蠅蛆養(yǎng)殖房的墻體傳熱最多，約占蠅蛆養(yǎng)殖房總傳熱量的一半。在寒冷天氣下墻體每天傳熱可達約2×108J。屋頂傳熱也較多，接近墻體傳熱的一半。而門窗和地面?zhèn)鳠崃恐图s等于屋頂傳熱量，約占蠅蛆養(yǎng)殖房總傳熱量的四分之一。蠅蛆養(yǎng)殖房的墻體傳熱全年達約3.5×1010J。蠅蛆養(yǎng)殖房全年總的傳熱可達約6.5×1010J。

3 溫控成本估算

采用制熱效率為3.4的空調(diào)用于調(diào)節(jié)實時溫度，電費單價設為每千瓦時0.4元，根據(jù)全年傳熱能量損耗約6.5×1010J計算，可得全年所需電量為2×1010J，即約5.6×103kW·h。進而計算得到所需電費約為2200元，除七月、八月幾乎不用空調(diào)外，平均每月約需電費220元。

4 結論

將室內(nèi)環(huán)境溫度控制在特定范圍對動植物生長具有重要作用。室內(nèi)環(huán)境溫度控制所需能源成本對評估種養(yǎng)殖經(jīng)濟效益具有重要意義。本文根據(jù)蠅蛆生長適宜溫度環(huán)境，控制室內(nèi)溫度，計算所需能源成本。建立了養(yǎng)殖房傳熱理論模型，研究了室外溫度、房間材料傳熱系數(shù)和材料厚度對傳熱能量損耗的影響。估算了在貴州遵義地區(qū)氣溫條件下蠅蛆養(yǎng)殖房的溫度控制成本。結果表明，對常用磚墻等建筑材料建成的16平米小型蠅蛆養(yǎng)殖房，維持室內(nèi)恒溫28℃，蠅蛆養(yǎng)殖房的墻體傳熱最多，約占蠅蛆養(yǎng)殖房總傳熱量的一半。在寒冷天氣下墻體每天傳熱可達約2×108J。而蠅蛆養(yǎng)殖房的墻體傳熱全年達約3.5×1010J。門窗和地面?zhèn)鳠崃恐图s等于屋頂傳熱量，約占蠅蛆養(yǎng)殖房總傳熱量的四分之一。全年因傳熱損耗能量約6.5×1010J，采用制熱效率為3.4的空調(diào)用于調(diào)節(jié)實時溫度，電費單價設為每千瓦時0.4元，所需溫控成本約為2200元。在寒冷冬季，若借助集中供熱系統(tǒng)可降低能源成本。本文算法可以為其它地區(qū)、其它物種養(yǎng)殖的溫控成本計算提供理論依據(jù)。