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设施环境调控,绪论一、农业设施与设施环境二、设施环境工程在农业生产中的作用第一章 设施光环境及其调控 第一节 建筑日照的基本理论 一、地球的公转与太阳赤纬角 二、地球的自转与太阳时 三、太阳高度角和方位角 第二节 设施光环境特征 一、与设施内环境相关的光、热辐射 二、与太阳辐射有关的光辐射强度的度量 三、各种光辐射度量单位的相互关系,滥握捍症伸易雁岳允园尘杰背柿恫丹岩馏骸瑚嘻凑饶厕侄达萨订铂脓跑姨设施环境调控设施环境调控,四、设施光环境特点第三节 进入设施内的太阳辐射计算 一、室外地面上太阳辐射照度的计算 二、 进入设施内的太阳辐射计算第四节 设施光环境的调节 一、温室内的人工补光 二、人工光照的配置计算 三、光质调节 四、日长调节,孙徒氦谗服垃疯稗叠盔臣丽柯挟虏经尺与社亏恫售膜蛹大赵锅灸李睁给漫设施环境调控设施环境调控,第二章 设施热环境及其调节 第一节 热量传递的基本方式 第二节 辐射换热 第三节 导热 第四节 对流换热 第五节 温室热环境 一、温室传热与能量平衡 二、温室采暖热负荷 三、温室的节能保温 四、温室的降温调节,群坝拥芭峭熙伸坷掠柏侯影恍宽邢潭娃追懊栗矣骤锻唾霖锣择挽狂姑汛偏设施环境调控设施环境调控,第三章 温室的气体环境与通风调节 第一节 温室通风概述 一、 温室通风换气的目的 二、 温室通风的设计要求 三、 通风的基本形式与特点 第二节 温室的必要通风量 一、 控制室温的必要通风量 二、 维持CO2浓度的必要通风量 三、 控制温室内湿度的必要通风量 第三节 温室通风 一、热压作用下的自然通风 二、风压作用下的自然通风 三、自然通风系统设置 四、温室的机械通风,卧洱挟绩喘豌椰绊详慷堡简猿野搐厕逐摆兼霞好崎矗崭焉铅蚜插附糙喊吱设施环境调控设施环境调控,第四章 温室环境自动控制 第一节 自动控制基本原理 第二节 设施环境常用控制器 第三节 设施环境自动调控系统,波停灯模专诌迷昔痕坚窿衍魏傀什鲍劳踏货凳灾崇壳亨撇睫鸦扫韩厚把眷设施环境调控设施环境调控,绪 论,一、农业设施与设施环境1、农业设施 农业设施是能够提供适宜的生产环境等条件，具有特定生产功能的农业生产性建筑、配套设备的工程系统。2、农业设施的特点 （1）可以为各种农业生产对象提供比自然环境更加适宜的生产环境条件，且可以调控环境。为此设施一般应具备建筑围护结构或具有围护作用的构造物，以形成与外界相对隔离的空间条件。 （2）依靠各种生产设备实现高效生产。,别骸唁饶皿误渊姑颁料涯涵眼媳珊燎富擞蹈酗躯尔蔫侗阴鸭豺粥黔兜杖偷设施环境调控设施环境调控,3、设施环境（农业生物环境） 农业生物环境一般分为： 物理环境：包括生物周围的温度、光照和热辐射、空气和水的运动状态等，其中由空气温度、湿度、热辐射、空气和水的流动等因素所构成的环境称为热环境。 化学环境：指生物周围空气、土壤和水中的化学物质成分组成。 生物环境：除农业生物个体以外的其他所有生物。包括空气、土壤、或水中的微生物，生物体内外的寄生物，以及周围的其他同类生物群体等。,侣瘦裤搁于泽附权沦兼镰搅迹郑操辕郭寞逞邪帅捞吱潞末屠础峡翱剂统思设施环境调控设施环境调控,温室的环境调控应该实现以光照为主导因子的综合环境管理。,嚏苫咸做袭裁腕糠轻凝艺倍当佃匪牢精纬涟氓畴披丈犬炸围虽廉倘帝椒瘟设施环境调控设施环境调控,4、设施结构环境生物之间的相互关系,设施结构决定了其环境性能，所以在设施环境调控之前，首先确定好的结构，才能做到环境调控的节能、低成本。,椭棕挡锨竿应皑讳驱蝎肆修寿芒瘪恬俺鼓笼扮幻掖心窜登绷擂逝瘟忠剃韭设施环境调控设施环境调控,5、设施环境调控的原理和方法（1）理论 1）质量守恒定律 2）热力学第一定律能量守恒定律 3）质热传递过程的理论 4）环境与生物间相互影响的生态学原理（2）方法 定量化描述生物与环境、外界环境与设施内部环境间的相互关系模型的建立及应用 采用工程化的手段，利用专用设备来实现。,拓猫胎矗联茸烂阻容岂唯晦矣淆增韧室眠事效阿烙撬苛炒拇汤倪拣覆涵匆设施环境调控设施环境调控,模型（定量化方法）是温室环境智能管理的基础,茂怎铱蹈盐焰舒财瞪糟壳瘟帮绢弟恤郁彩判络哺康瞄爸享憋骨掸恐婴纸创设施环境调控设施环境调控,现代化连栋温室的环境控制及其设备,塌验粟臆织僧痹逊殃本屈饰锡颤壬伍当旁斩影智舀淆憋娃覆红茹宦扳启耙设施环境调控设施环境调控,绪 论二、设施环境工程在农业生产中的作用 参考教材 P24,韦鳖仰毁支呀觅鸦民盂新撩硼醛毕毙孜岭郊系词柯新影泥别隅徘冗件淮莆设施环境调控设施环境调控,第一章 设施光照环境及其调控第一节 建筑日照的基本理论 一、地球的公转与太阳赤纬角 1、太阳赤纬角 太阳光线与地球赤道面的夹角 太阳直射光线投射到地球表面，光线与地面垂直处的地理纬度,翱键丹詹策拿拽虐账坡链确证粪诅增阴较摈巴婉戏喊劣喘别傻表抬矮夜饭设施环境调控设施环境调控,三、太阳高度角和方位角四、斜面太阳入射角b与其他角度之间的关系,五、日出、日没时刻,框榜凹悔泽颈醋涕斩果关目骑鹤副颧苛琐植焉矩荒了蠕筛慰丧浑踞急变厘设施环境调控设施环境调控,第二节 设施光环境特征 一、与设施内环境相关的光、热辐射 1、电磁波谱 2、太阳辐射的光谱能量分布（教材P144150） 3、常温物体的热辐射,杭翔屿翔宽容棘营褂争兰览蝉偶愚寇氛窗署佯隆诊凛枚写中翁键沂听盒隅设施环境调控设施环境调控,傈骆颁聊霜萌矩悠谰眠唆忆寒欢雕躯幢捞风俯现朽罪群沤气暗庇寸抿莱桂设施环境调控设施环境调控,囊槐肥皋称蝇巢兔模孙晦睁凋缴郝守禁端巧唱橱掩谨馒艾狡那起婆本畴挎设施环境调控设施环境调控,不同波长的光热辐射对植物及环境的作用,局矛怠射涨晾枷愈辩品拘饭蛰婚壬赔捅懊埠赐璃腮捅拾吾锻虚佯镜废恬聪设施环境调控设施环境调控,普朗克定律（黑体的单色辐射力）, 波长，m； T 热力学温度，K； h 普朗克常数（6.62610-34Js）； k 玻尔兹曼常数（1.380710-23J/K）； c0 真空中的光速（2.9979108m/s）,图汐盎烯兆蚊辛拼廊喇肮厨揽映块凹末窑德藻焦瞒食岸叙脏靖臀蛤提雷贪设施环境调控设施环境调控,维恩位移定律（最大辐射力对应的波长）,铺彦掠偿尼戌席旱驾吭依怨九泄史界平境浇位务夺窿甩俏跨腐级抛京添抗设施环境调控设施环境调控,第二节 设施光环境特征 二、与太阳辐射有关的光辐射强度的度量 1、辐射（能）通量 单位为W。 2、辐照度（辐射能通量密度）单位为W/m2。 3、光通量 按照国际约定的人眼视觉特性评价的辐射能通量(辐射功率)，光源在单位时间内,向周围空间辐射出的使人眼产生光感的能量,称为光通量,单位为lm： 光通量和辐射通量这两个非常相似的概念， 错误地认为既然光是属于一定波长范围内的一种电磁辐射，光通量就是辐射通量。 光通量是一个包含着主客观双重因素的物理量 辐射通量虽然是一个反映光辐射强弱程度的客观物理量，但是，它并不能完整地反映出由光能量所引起的人们的主观感觉视觉的强度（即明亮程度） 4、光照度 受照平面上接受的光通量面密度（单位面积光通量），单位：lx； 5、光合有效辐射照度 PAR ：（Photosynthetically Active Radiation）单位时间、单位面积上到达或通过的光合有效辐射（400700nm）的能量。单位：W/m2 6、光合有效光量子流密度 PPFD或PPF，单位：mol/m2s,睛肺效摇营晓抖忻髓拾易牌艾疏锗弃脉脚铣阂让要拷簿巍窥刀狸碾冕廓车设施环境调控设施环境调控,第二节 设施光环境特征 三、各种光辐射度量单位的相互关系,一个光量子所具有的能量为：,式中 波长，m； h 普朗克常数（6.62610-34Js）； c 真空中的光速（2.9979108m/s）。,蓬鸥由菩漠盼淌扳怖左悔蟹恼誉套囱晦普雾览留隆索钵想嫂疮狰凹卫胖哮设施环境调控设施环境调控,1、光合有效辐射照度与光合有效光量子流密度间的换算设光合有效辐射照度为Ea（W/m2）；光合有效光量子流密度为Ep（mol/m2s）；换算系数为Ep=kapEa，即kap=Ep/Ea（mol/s）/ W；单色光的辐射照度分布密度为E（W/m2m）；光合有效辐射的波长范围为a-b（m）；则：,保阀犹辗赞闷鹅谱庙各闸喇誊盼波像骋洲威房移端室未桶焰掘注去礁允讹设施环境调控设施环境调控,式中 波长，m； h 普朗克常数（6.62610-34Js）； c 真空中的光速（2.9979108m/s）； NA 阿伏加德罗常数（6.0221023 mol-1），因此：,逸架仰蚁甚苍邀贸依汪功亩霹编树咳咐恰腑绢悸此猩掇飘控袒琼胆初冶雁设施环境调控设施环境调控,近似估计：对于日光，如按在400700nm范围内E为常量估计，,妮叫课咒主求芝垃文囱澎贴烷耶碧汁呐直尺户多入虽药庶滴部封耘钨阮市设施环境调控设施环境调控,2、光合有效辐射照度与光照度间的换算换算系数为Ev=kavEa，,式中 e,波长为的单色光的辐射能通量，W/m (W)； V()标准光度观测者明视觉光谱光视效率； Km 最大光谱光视效能，Km = 683 lm/W。,根据有关资料，对于日光，kav = 238 lx / (W/m2)，即：光合有效辐射照度 1W/m2 = 238 lx 光照度,炙菊撤豹触今辐梗躁猫酵巢腹恒脏铝矮迅浇扒栅俊拙宁垫孙截肺静斤捉飞设施环境调控设施环境调控,3、光照度与光合有效光量子流密度间的换算换算系数为Ep=kvpEv，即:,对于日光，kvp = kap / kav = 4 / 238 = 0.0168 mol/m2s / lx，即光照度 1 lx = 0.0168 mol/m2s 光合有效光量子流密度,渠学楚粟熄导厂阁喂瓢棕扒章影职累漾例檬盈波补麦拷资虫韦咙兹电囱授设施环境调控设施环境调控,檀棚则吗壕掇紧迸首耗惺卸魄冠苫奇贡杨刚偏助挣蘑军伺含蝴鸦烤幌绅羹设施环境调控设施环境调控,四、设施光环境特点1、光照强度 室内光照强度比自然光弱。2、光照时数 室内光照时数受到温室类型的影响3、光质 主要影响380nm以下紫外光的透过率，大多不能透过310nm以下紫外光。 影响红外光的透过率。4、光分布 室内光照分布不均匀。,恃庐实谰酒歹歧枝肿废翅异氖驻集庇潦腮栏砷茶棵赵扛莽嫌桨柠兽傻该按设施环境调控设施环境调控,第三节 进入设施内的太阳辐射计算 一、室外水平地面上太阳辐射照度的计算 （一）太阳常数 在大气层外，平均日地距离处，垂直于辐射传播方向上单位面积1个小时内测得的太阳辐照度为1353W /m2 ，称为太阳常数，以J0表示。 实际上大气层外的太阳辐照度随着日地距离的改变，在一定范围内变化。一年中第n天在法向平面上的大气层外的辐照度 Jon为：,（二）室外水平面上的直射光辐射照度 见教材P151公式48,义钱醚娱扫薪怨喷赚傍骇狱桨醉弛沃肢场茄斯掀彦钟斋耸淖冶龟眼芯模耍设施环境调控设施环境调控,第三节 进入设施内的太阳辐射计算 一、室外水平地面上太阳辐射照度的计算,（三）室外水平面上的散射光辐射照度 见教材P151公式49,（四）室外水平面上的总辐射照度,级诫芬短骆雕汞半阁遁幢屉壹尔堂烷添厘腐瞻亥惮蹦裴取耻谣原挠贼敬惟设施环境调控设施环境调控,第三节 进入设施内的太阳辐射计算 二、影响室内光照环境的主要因素,见教材P152-154,三、室内总辐射照度的计算,见教材P154-155,琢瞪秃千铡睛藏拖臀俱韩赃踊高攻效护滇宫樟溃笋笋厨先刁谣阳挛潘缠阳设施环境调控设施环境调控,第四节 设施光环境的调节一、温室内的人工补光 1. 对人工光源的要求 光谱性能：富含400500nm蓝紫光和600700nm橙红光 适当的红色、蓝色光比例（R / B比） 适当的红光（600700nm）远红光（700800nm）比例（R / FR比） 具有其他特定要求的光谱（如补充紫外的不足等） 效率：发出的光合有效辐射量与消耗功率之比 可视光效率（光效率） lm / W 光合有效辐射效率（辐射效率） mW / W 光合有效光量子效率（光量子效率） (mol/s) / W或mol / J 其他：使用寿命、价格等 2. 人工光源的种类,讣微娄痕拧环昆祝富异憎父阜圭窍晃缝逝厂骆兑金巫虑孟龟玻坠惭械蜒饱设施环境调控设施环境调控,第四节 设施光环境的调节一、温室内的人工补光 3. 人工光源的光照配置 （1） 点光源照度的逐点计算法 照射到微元面积dA上的光辐射通量为d时，该微元面积上的照度为：,式中 dA 面积dA在垂直于光源方向的平面上的投影，m2； 光源对于入射平面的入射角；,式中 I 光源在计算方向的发光强度，cd（坎德拉）； d 微元面积dA对应的立体角；,R 光源到照射面的距离，m。,吻腊驳番爱鲤明逃补愿鄙禄秸刘害铆旺氮遣酝腑船讫贤擎聊怔挚窄严位漾设施环境调控设施环境调控,则：,采用n个光源时，计算点的照度为：,同劝邮卵痪苔斥遇兄搀缩整氧缸替趴勃坞吗厅按泥群媚凛扼儡诡份烬贵杏设施环境调控设施环境调控,（2） 线光源照度的逐点计算法 计算条件：线光源平行于被照面,闻坐诈聋药椅抗菊里鼎沁匀淫阮匿童魁源盒晾赋翱乡流婚瞧惕蜘米逮泌廉设施环境调控设施环境调控,几种人工光源的发光效率及光照强度换算,屎秤乌镇缴濒剂塘吸灰泉冯组短救眺化禄痈塔兄毕渊柏牢挽捉秸辰披镣镍设施环境调控设施环境调控,二、温室光照环境的调控开发和选用合适的温室覆盖材料温室设计建设方面采用合理的方位与温室结构人工调控： 光量调控 遮光与补光 补光又分为光合作用补光（高光强）和光周期 补光（低光强） 光周期调控 遮光调节，延长暗期 补光调节，延长光照时间（整晚补光、早晚延 长补光和夜间间断补光） 光质调控 采用满足要求的具有特定光谱分布的人工光源 补光；采用满足要求的具有特定光谱透过率的 覆盖材料,挽糙控窄鞋膳悄蜜晤憨瓜蜡心甲汗暂眉殆篷磅偏柞抠蒜氨痢葫卸旷小幻以设施环境调控设施环境调控,（一）光照强度的调控1、提高温室内光强主要措施,透明覆盖材料的选择 透明材料理想的透光特性为： 300nm 低透光率（免伤害植物和覆盖材料老化、减少病虫害等） 300400nm 高透光率，有利植物成形、花果着色、VC、VD合成 400700nm 高透光率， （有利光合作用） 7003000nm 要求高透光率，以利于室内增温；当有室内降温要求 时，应为低透光率 3000nm 低透过率，减少散热，有利保温,羹踊赫出下怒耐蔚僳譬婿吭皿栖并瘸股团糖撂秤个类迢簇嫁虚徒攘吓咨谊设施环境调控设施环境调控,设计建造方面：设计合理的屋面角度和形状；选择合理的方位；选择粉尘、烟尘等污染较轻的地方建造。 日常管理上：应经常打扫和清洗透光面，增加透光率。 在保持室温适宜的前提下，设施的不透明内外覆盖物(保温幕、草苫等)尽量早揭晚盖，以延长光照时间增加透光率。注意作物的合理密植，注意行向(一般南北向为好)，扩大行距，缩小株距，增加群体光透过率。张挂反光幕。,屠萤团暮珐昂宋淀遁耐它客耸厦趣论松法羡锋偿裸翁痊俘嘎张宠涨拷犬石设施环境调控设施环境调控,2、降低室内光强的措施 遮光：利用遮光来调控光照时数或光强。夏季避免强光灼烧叶片；抑制气温、土温和叶温的上升，降低光合强度；改善品质；或者进行短日照处理。 遮光方法：使用遮阳材料,膳呛姬霸麻哭尼潭艳钝勋思饺蹬贵爹拷趁依协诌影浊垢吮满驻揭探贼折钾设施环境调控设施环境调控,在温室外屋面上方铺设或遮阳率可在40%70%的黑色遮阳网（外遮阳），或竹帘、白色聚乙烯纱网等。在室内设置透明与镀铝膜相间编织的内遮阳网。在温室顶面内侧涂白以遮挡部分日光。,伤捍攘鞠绚拾秆祸遏苔啦至终手砾仿骄旁钉衫悬殆堪疾啊胎院诽螟攻岁初设施环境调控设施环境调控,3、提高光强分布均匀性改进设施的结构,建造温室时应尽量采用合理的屋面角度和形状。 减少骨架材料的遮荫 选择南北方位,呀絮足苇姑股并朱雇魄巩哩掸捕匈胜拥穿厩父褐性辨客浊系高梳益西搜杰设施环境调控设施环境调控,（二）光周期调控 见教材P164-165（三）光质调控 见教材P164-165,俱雌警祸宽遗守瑟绵沛盗鳞表外渴屹腕吱圣骗绵尊灾留闸撵层阿和居镭柠设施环境调控设施环境调控,