【精品文档】农业建筑与农业生物环境工程.ppt

1,第四章 农业建筑与农业生物环境工程,2,本学科主要研究农业生物与环境因素之间的关系以及有关的工程技术问题，以发展优质、高产、速生、均衡和低耗的现代化设施农业。,特点：以建筑和其他工程设施为手段，使生物在人工控制的环境下生产。,3,1 概述,一、农业建筑的类型和基本组成,（一）房屋建筑基本概念,房屋建筑是人们为了生产和生活的需要，利 用物质技术、建筑学、艺术的一些 规律，构成和塑造的使用空间及其 实体。,分类：,1、按功能分民用建筑；工业建筑；农业建筑。,4,2、按主要承重材料分砖石结构；砖木结构；钢混结构；混合结构。,3、按结构形式分:叠砌式（以砌块墙为主要承重构件）；空间结构（以梁柱框架、壳体、悬索承重）,（二）农业生产建筑的基本类型,、动物生产建筑畜、禽、（皮毛）兽、水产品、植物栽培建筑温室、大棚等、贮藏（库房）建筑冷库、粮库、机库等,5,、农副产品加工建筑加工厂房、农机具维修建筑维修车间（属小型工业建筑）、农村能源建筑沼气池、太阳灶、水利、风力、地热利用等建筑,（三）影响农业建筑物的因素,、外力的影响各种载荷：恒载；动载。（P89.图4-1）、自然气候的影响温度、湿度、日照，风雨雪 霜等、其他因素的影响生物生产过程中还会有：发 热、水汽、有害气体、废弃 物、噪音、振动,6,7,（四）农业建筑的基本组成和作用,、基础要求：坚固、稳定、抗冻、抗侵蚀（水、化学）,、墙和柱承重、围护（保温、隔热、防风雨、防火）、分隔等,外墙分为：勒脚（外墙与室外地面接近部分，凸出26cm，防潮）、墙身、檐口；,内墙（隔墙）表面有装饰和保护层的为混水墙，否则为清水墙；,、楼地面要求：楼地面（首层），坚固、耐磨、保温、防潮 楼板，有足够的强度、刚度、隔音、防水、防火。,8,、楼梯要求：有一定的宽度和疏散能力，坚固、耐磨、放火、防滑等,、屋顶要求：保温、隔热、防水、防渗漏等,、门窗门 要求：大小和方向要便利通行；,窗 要求：采光、通风，也要保温、隔热、隔音、防尘。,9,10,勒脚的做法,11,墙体名称,12,楼板的基本组成,13,14,15,16,二、农业生物环境工程研究的内容和特点,（一）农业生物环境工程学的建立与发展,农业生态系统由农业生物及其环境构成的物 质和能量的循环系统。两者相 互影响、相互联系,17,19世纪中叶，工程技术手段应用于农业，并引起了对改造环境的重视,1949年，美国植物生理和园艺学家 温特，在加州建立第一个人工气候室，能控制光、温、湿和气体组分。被认为是“模拟生态环境”研究的一场革命，后来逐步发展成为设施农业。,设施农业专业化、集约化程度越高，对环境工程的依赖程度就越大。,（二）农业生物环境工程研究的内容,制约农业生产的自然因素：,遗传因素决定着生产的潜势；环境因素决定着这种潜势实现的程度。,18,研究内容环境工程技术,遵循的规律工程技术的科学规律；生物与环境以 及工程间相互作用的规率。农业建筑是创造一个半封闭的生态系统；环境工程是调节和改善这个系统的物质和能量的 转换；,（三）农业环境工程的特点,对象是动态的；目标是多元的高产、高效、资源与环境的可持续 利用等,三、农业建筑与环境工程设计的原则和基本要求,设计建筑设计，结构设计，设备设计,19,建筑图的种类：,总平面图建筑地段上的水平投影（透视图、平面图）主要反映位置、占地大小、环境情况等；平面图（平面剖视图）反映各部分的关系、尺寸、位置、门窗开 启方向等；立面图前后、左右方向的正立投影图（南：正立；北：背立；东西：侧立），反 映外部形状、装饰材料和做法。剖面图纵向切开（留左半部分），并在首层 平面图上标出剖切位置；构造详图细部构造和构、配件的局部放大，并注明尺寸、材料和做法。,20,21,屋顶平面图,22,立面图,23,剖面图,24,25,结构施工图反映结构的平面布置和结构详图；设备施工图反映设备的布置和工程详图。,（一）设计原则,、必须保证结构和施工安全；（安全第一）、创造最适宜于农业生物生长发育的环境；（适用）、适合科学、先进的生产工艺适合专业化、集约化、均衡组织生产，机械化、自动化；（先进）、节约材料和造价（经济）、提供适当的建筑和构造方便、安全、卫生等；（美观）、注意环境保护和节约用地。,26,（二）农业生产建筑设计的要求,、合理规划场址根据人口分布、经济发展、气候、地势、交通、风速、水电条件等进行合理规划；、防火、防疫离开居民区、主要道路一定距离；利用河流、山丘、林地作防疫带；生产区、管理区、病禽（畜）区要分开；合理的消防距离：砖拱建筑 68m；砖木建筑 812 m；草竹建筑 1530 m。,、通风、透光,27,通风：,光照：我国大部分地区的纬度在200500之间（纬度200的日照最强，比赤道强，云层薄），太阳高度角冬天小、夏天大，建筑物朝南，可增加冬季照射，降低夏季照射。,28,、保温隔热冬季保温、夏季隔热（尤其果蔬保鲜设施）；、结构、选型科学使用功能好，省工省料，建设速度快。（P95.图4-7）,29,环境控制方法,1、畜禽舍的保温隔热(1)保温(2)隔热2.防寒采暖 3.降温4.通风换气5.防潮排水6.光照与密度,30,2 温室建筑与环境工程,一、温室的类型,（一）温室效应让绝大部分短波射入，而阻止绝大部分长波射出，以蓄热升温的特点。温室能产生“温室效应”的建筑。,升温贡献率为28%，蓄热保温的贡献率为72%即3分加热，7分保温。,31,温室效应，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。如果大气不存在这种效应，那么地表温度将会下降约330C或更多。反之，若温室效应不断加强，全球温度也必将逐年持续升高。自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，已引起全球气候变暖等一系列严重问题，引起了全世界各国的关注。,（二）温室的分类：,、按用途分：,32,生产温室主要从事商业性生产；科研温室人工气候室、自然光昭室等；观赏温室园林建筑温室（植物园、公园、宾馆等）；庭院温室兼有观赏和生产功能。,、按室内的环境温度分：,高温温室冬季达到1833，用于热带喜温植物或加代育种；中温温室冬季达到1525，用于茄果类植物；低温温室冬季达到518，用于叶菜类植物；冷室冬季达到05，用于暖温带盆栽花卉。,33,、按覆盖材料分,玻璃温室硬质塑料或聚酯板温室塑料薄膜温室（即塑料大棚）,1)单坡面温)双坡面温室)连栋温室)拱形温室,4、按建筑结构形式分：,34,砖木结构日光温室,35,36,37,二、覆盖材料特性及选择,（一）覆盖材料的类型与特性、类型,固定性结构覆盖物既能承受风、雨、雪等外载，又能透光保温玻璃普通、钢化、中空硬质塑料或聚酯波纹板玻璃纤维等材料遮光保温附加覆盖材料无纺布草帘,、特性：透光性、力学性能、热工性能、耐久性能以及其他物理特性（表4-2、4-3）,38,常见的温室覆盖材料,常用的硬质塑料片和板包括：聚氯乙烯膜片、有机玻璃板(PMMA)、聚酯玻璃窗(FRP)、有机玻璃钢(FRA)以及聚碳酸酯板(PC)等；塑料薄膜有：聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、不织布、遮阳网、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA树脂)、调光性农膜等。,39,玻璃的透光率,40,聚乙烯(PE)塑料和聚氯乙烯(PVC)塑料 是世界上用途最广、销量最大的塑料薄膜。温室的覆盖材料绝大部分也是采用PE和PVC塑料。这2种塑料的性能不完全一样，一般来说：PE薄膜对紫外线的透过能力较高；而PVC薄膜对可见光以及近红外光区的光线透过能力较高，因而其总透光率较高；对远红外区以及更长的辐射波，PE薄膜的透过能力又超过PVC薄膜，因而PE薄膜的保温性能要低于PVC薄膜；PE薄膜吸尘性小于PVC薄膜，但耐老化能力低于PVC薄膜；在较高结露水平条件下，PE薄膜的保温能力反而高于PVC薄膜；PE薄膜比重小，耐寒能力强，价格比较便宜，燃烧时产生的有毒气体少，易于粘结和修补，但透湿性差，易于燃烧。为了克服上述2种薄膜的一些缺陷，目前研究出乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)薄膜。EVA薄膜的透光性、保温性及耐寒性都强于FVC和PE薄膜，可连,41,玻璃钢 学名叫作玻璃纤维增强塑料，是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以树脂为粘结剂，经过一定的成型工艺制作而成的复合材料。它的厚度为0.71.0mm，具有抗弯、抗冲击强度高，耐高温、耐腐蚀、透光性能好，加工成型方便等优点。与玻璃相比它的导热系数低、重量轻，每块板面积达5-6m2，这对减轻自重、降低骨架的用料和造价、减少遮光面积、减少缝隙、减少热量损失非常有利。,42,不织布 也叫无纺布、非制造布和丰收布，是由聚丙烯(PP)、聚脂(PETP)的长纤维或聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯(PE)的短纤维为原料，经加工制成的布状物质。不织布的种类、规格很多，一般以每平方米多少克和黑、白不同颜色来表示，厚度为0.08-0.2mm。不织布具有如下的特性：结实耐用，不易破损，一般可用34年；重量轻、柔软，可用手工或缝纫机随意缝合，脏了可用水洗；适应天气冷热变化，不易变形，不粘合，易保管；具有良好的吸水性、透气性、保险性和遮光性。,43,44,pc防雾滴阳光板,PC板于70年代在欧洲问世并被广泛地应用于农业温室建设上，是继玻璃、薄膜之后被成为第三代覆盖材料。PC板的主要材料是聚碳酸脂。一般为双层或三层透明中空结构，也有单层波浪板结构。PC板透光率高、保温性好、重量轻、便于安装。,pc防雾滴阳光板,PEP利得膜：具有高透率、高析射率、长耐用性、抗高温等特性。,薄膜,45,GE普特防滴露PC板特别适用于不允许出现滴露现象的屋顶采光应用，例如农用温室，水珠滴落可能造成作物损坏。这种创新产品的外表面上有防紫外线涂层，而内表面则采用了专门开发的亲水涂层。这种亲水涂层能增加板材表面张力，减小水与板材的接触角，从而抑制了冷凝水滴形成。结果，在板材内表面只形成一层很薄的水雾，既不会滴落也不会影响材料优良的透光性。,遮阳幕,46,47,遮光保温附加覆盖材料,GMC后屋面板：采用新型复合保温材料，具有很好的保温隔热性能；是由工业用聚苯板经强化处理后制造而成，抗压、抗冲击性好，且具有结构轻巧、安装方便、美观实用等特点，是目 前国内较好的温室保温材料；其规格（厚度）可分为：50mm板和100mm板。,48,保温附加覆盖材料,简介：采用超强、高保温新型复合材料多层复合加工而成。由防水层，隔热层，保温层，反射层组成。具有防水，防老化，隔热，保温，反射远红外线等功能。设计寿命6-7年以上。保温效果好，同等条件下比草苫覆盖温度可提高2-3度。重量轻，重量是草苫的1/3，易于收藏和保管，适用于温室，暖棚和各种保温覆盖。,49,保温被,50,（二）覆盖材料的选择根据作物、温室的种类和形状、投资标准等,从栽培考虑：,对300700nm的生理辐射应具有最大的透射能力；对300nm的紫外线透射率要低，有利于抗老化；对300380nm的近紫外线透射率要高，有利于花青素的显现，果色、花色、VC的形成；对8003000nm的红外线透射率要高，增加热量；对2050m的透射率要低，有利于保温。,51,三、温室、大棚的结构与构造,（一）温室常见的结构形式,、单坡面温室透光、保温、抗风，一是屋面倾角大，二是后墙和后屋面保温。可用于冬季生产和早春育苗。近些年来，在北纬400左右的地区发展较快，冬季 不加温，夜间室内温度10。,、双破面温室前后坡面、侧墙均为透光材料，特点：采光量大，造价较低；净空高，方便管理；缺点：散热面大，保温差。,52,、连栋温室没有侧墙，造价低，保温性较好；（P99.图4-9）由于通风换气效果差，应增加天窗、侧窗、机械换气装置；夏季用湿帘风机降温，冬季施CO2。、温室构造屋脊、天沟、门窗、屋架、檩椽连接等（P100.图4-10）,53,连栋温室结构示意图(p99),54,55,温室构成,基础幕墙墙：侧墙、山墙、隔墙门窗，门、侧窗、天窗屋脊、屋顶屋架、檩、椽天沟抗风缆二道幕,56,单坡面温室断面图,57,单坡半拱式镀锌钢管塑料温室断面图,58,第三代节能型日光温室辽沈型日光温室,59,60,温室规格及性能指标,61,（二）塑料大棚的结构与构造,塑料大棚用塑料薄膜覆盖的拱形简易温室,骨架材料竹木、镀锌钢管、钢筋焊接；宽度：812m。一般无加热设备，保温多采取多层覆盖。,62,塑料大棚构造,63,四、温室的采暖设施,（一）作物的变温管理,1、生育阶段的变温管理温度影响光合产物的形成和消耗、产物的输送与分配生育阶段温度应偏高，以促进叶面积扩展，物质再生产旺盛；中后期温度应偏低，以增加净光合产物的积累、贮藏。同化系统（作用）将摄取的营养转化为本身的物质，并储存能量的体系（过程）叶面积指数作物全部绿叶面积与土地面积之比,64,番茄全生育期温度管理模式,65,、昼夜间的变温管理,温度光合强度呼吸强度（消耗）,光合作用的表示：,一天中，光合产物的生产量,一天中，光合产物的输送,66,日本的土岐知之提出一天4时段变温管理模式（P102.图4-13），目的是促进上午的光合作用，确保下午和前半夜的输送；抑制后半夜的呼吸。,67,温室的变温管理,*温室的变温管理，可以节能、增产比恒温增产 1520%，节能1015%。近些年，正在发展：5时段变温管理、以当天实际 光照量为基准的变温管理等。,（二）设计采暖热负荷在室外设计气象条件下，为维持室内设定的气温所需要的加热量。（kJ/h 以此选择采暖方案、设备容量等）,(kJ/h),68,K采暖负荷系数（kJ/m2 h）(玻璃覆盖：K=20；聚氯乙烯膜：K=25；聚乙烯膜：K=27)Ag外表面积 m2tn、tw室内、室外设计温度 保温设施的热节省率（无纺布：=0.25；塑料膜：=0.4；镀铝膜室内保温幕帘：=0.6）,（三）热水、热风与电热采暖,1、热水采暖热稳定性好，温度分布均匀，安全、供热能力大，多用于中型永久性温室。,1）自循环（P103.图4-14）形成的压力：,（N/m2）,69,h回水管、供水管的高差 m；g、h供水、回水密度；g重力加速度；,70,2、热风采暖,升温快、热利用率高（7080%）；但温度稳定性差，一般用于短期加热（P103.图4-16）。,供热管道直径一般为 400600mm，送风孔=30mm,通风量计算：,（m3/h）,该公式等价于：,71,Q供热负荷 kJ/h；tr、th出风口和室内设定温度；Cp空气定压比热=1.01 kJ/kg；,n室内空气密度,（kg/m3）,72,各种加温方式及其设备,73,燃煤热风炉和燃油热风炉,74,3、电热采暖主要用于温床土壤的局部加热,1）电热温床的组成,75,2）加热线的间隔距离,式中：P单位面积所需要的加热功率（依据气 候和作物生长需要，一般P=60140w/m2 L每盘电热线长度（m）。N每盘电热线功率（w）。,76,五、温室通风换气与湿帘风机降温,（一）自然通风换气,1、温室的设计换气率与设计换气量,(1)维持一定室温的换气率 换气率单位面积、单位时间换气量（m3/m2.min）。,(m3/m2.min),77,式中：w设定室外温度为tw时的干空气密度 C干空气平均定压比热，C=1.01（kJ/kg）a温室受热面积修正系数，a=1.051.2；s设定室外太阳辐射强度（kJ/m2min）；温室覆盖面透光率，=0.50.7；Pn室内作物、地面反射率，Pn=0.1左右；温室波恩比（即温室蒸腾、蒸发潜热与室内 净太阳辐射热之比），一般=0.40.65；tn、tw室内、外设计温度（）；,k温室外表面对流、辐射换热系数，k=0.33 0.45（kJ/m2min）。密闭性好时，取较小值 w温室散热比：Ag/As,（即温室外表面积与室 内地表面积之比）；,78,在S一定时：,呈双曲线函数,因此，适当保持较大t，qt较小，降温效率高，经济性好。,(2)维持室内一定CO2浓度的换气率 随日出光照的增强，光合作用加强，CO2浓度 下降。为保持光合作用正常进行，需要一定的 换气率qc，以补充室内的CO2。,79,(m3/m2.min),仍为双曲线关系。,式中：P作物平均光合强度（g/m2min）；多数作物的光合强度为833 mg/m2min；最高者为300 mg/m2min。F作物叶面积指数，F=25；,温室土壤床面在温度t时的呼吸强度（通 过气体扩散或整体交流）；,80,肥沃土壤在0时的呼吸强度为：610-4 g/m2min。Cw室外空气CO2浓度，一般为0.6 g/m3；Cn室内设定的CO2浓度。,通常设计的换气率q为,中的大者，即,然后计算换气量：,（m3/h）,81,82,热压、风压换气原理图,83,喷雾降温系统,轴流风机,环流风机系统,开窗电机,84,温室侧墙手动卷膜机,温室顶部手动卷膜机,85,撑杆式机械卷帘机,86,开窗拉幕机械,87,电 动 齿 条 开 窗,88,2、热压换气量计算,热压换气、风压换气，都是通过换气窗实现的。具有侧窗和天窗两层窗的温室，在内外温差,造成的热压（P=hg(w-n)）作用下，,换气量的计算:,（m3/s）,式中:,分别为侧窗、天窗的流量系数（单位面积、单位压差下的流量）；,89,A1、A2分别为侧窗、天窗的窗口面积（m2）；g重力加速度；h上层窗与下层窗中心的垂直高差（m）；tn、tw室内、外设计温度；Tn室内设计绝对温度（K）。,3、风压换气量计算 风压由风力造成对建筑物外表面的压力；风压系数（C）风向一定时，某一部位的风压 与风速动压的比值。（即：风 压与风速和空气密度成正比）,换气量计算：,90,式中：,分别为迎风面和背风面窗孔的流量系数（单位面积、单位压差下的流量）；,Aa、Ab分别为迎风面和背风面窗孔的过流面积（m2）；V设计的室外风速（m/s）；Ca、Cb分别为迎风面和背风面窗孔处的风压系数。,4、热压与风压同时作用的多层窗换气：,与窗孔的位置、形状、面积、风速及室内外温差 有关 各窗孔流量计算（设窗孔 i=1，2，,n）,91,式中：,分别为第i个窗孔的流量系数、过流 面积和风压系数；,P1x第1窗孔的余压（即在热压作用下室内外的 压差），未知数；w室外干空气密度（kg/m3）；Tn、Tw室内外空气的绝对温度（K）；hi第I窗孔至某一共同基面（如室内地面）的 垂直高差（m）；g重力加速度；T是内外温差；V室外风速（m/s）。,92,建立Qi和Qi=0，求解Q1Qn和P1x N+1个未知数，根号下为正值时，表示该窗孔为出气；反之为进气（计算时取绝对值开方，Q为负）。总的换气量即为总进气量（或总出气量）。,（二）机械强制通风换气量 1、强制换气实际换气量为风机静压性能曲线和 管路系统阻力曲线的交点所对应的流量。（P108 图4-20）P108图4-21所示：当管路系统（即温室）中的排 气空间和吸气空间的压力差P0=0时，该通风系统 的管路阻力为：,（kg/m2）,93,式中：H通气系统阻力（kg/m2）；S阻抗（kg.s2/m3）；室外干空气密度（kg/m3）；进气窗口流量系数；A进气窗口面积（m2）；g重力加速度 Q风机在静压H时的流量（m3/s）。,如果管道系统中的排气空间和吸气空间的压力差P00时，该系统的管道阻力:H=H0+SQ2(kg/m2)式中：H0通气系统排气空间和吸气空间的压力差。,在选择风机时，以设计的换气量Q和阻力损失H为依 据（分别加1020%安全量），然后确定工作点，并 应使工作点处于较高的效率区域（接近标定功率）。,94,风机阻力、静压与流量的关系,95,（三）温室湿帘风机降温 1、湿帘风机降温概述 20世纪50年代，在美国开始使用。可将室内温度 降至室外温度以下；设备运行费用仅为空调机组 的1/10。2、湿帘风机降温原理 空气所含有的热量（称为空气的焓）：i=(1.01+0.001d)t+2.501d(kJ/kg干空气)t空气的温度（）；d空气中含湿量（g/kg干空气）上式中的前半部分为显热（=比热温度）；后半部分为潜热。原理：湿帘孔隙表面部分液态水接触未饱和的空气 时，蒸发为蒸汽，带走大量潜热，使空气降 温并引入室内（可使室内室内温度仅高出室 外温度2左右）。,96,湿帘、风机降温系统,97,湿帘-风机降温系统,98,温室控制器,突出特点：1、配有温度传感器和湿度传感器。2、能对温室的通风窗、遮阳幕、多级湿帘风扇系统进行控制。3、具有先进的“多时段目标温度”控制功能。4、具有独特的“湿帘吹干”功能。延长湿帘寿命。5、具有完备的“湿帘外翻窗”随动功能，防止温室抽真空。6、功能适用、价格低廉。,99,突出特点：1、采用“汉字液晶屏”和“轻触键”。2、有效星期：可以选择在一星期的哪几天进行灌溉。3、有效时段：可以选择在一天不同的时间段进行灌溉。4、固定时间：可以选择在多个指定的时间点进行灌溉。5、间隔时间：有效时间段内，每间隔多长时间灌溉一次。6、施肥的控制：配合灌溉阀，同时对“定比例注肥器”进行精确控制。7、轮灌技术：受管道流量限制，通常的灌溉网无法满足所有灌溉阀同时打开时的流量需求。系统采用轮灌方式，将灌溉阀轮流排队，循序灌溉。8、完善的泵保护功能：设计有对水泵保护的专项功能。9、备用输出功能：任一路输出故障，均可启用备用通道，做到“故障免维修”。,100,3、湿帘风机降温系统的设计参数,1）降温的室内温度：,式中：t0室外设计温度（）；Si室内设计太阳辐射强度,其中：为透射率；S0为室外设计太 阳辐射强度；,L单位质量的水的蒸发潜热；Cp空气定压比热（1.01kJ/kg.）；,101,i室内空气密度（1.17kg/m3）；q温室设计换气率（m3/m2.min）；k温室外表面对流换热系数（相当于散掉的热量，k=2325kJ/m2.min.）RA温室保温比 RA=As/Ag(即散热比的倒数，Ag为外表面积)；E温室内水分总蒸发量（E=1420g/m2.min 为了避免进出风口的温差过大，一般限制通风长度为3540m。,2）湿帘面积F的确定：,（m2）,102,其中：Q设计换气量（m3/min）；V湿帘允许过帘风速V=1.11.3 m/s(室内适 宜风速为0.60.7 m/s)。,六、温室光能利用与光照设计,（一）太阳辐射与生理辐射 1、太阳辐射P111图4-24（光谱能量分布）包括：直接辐射、散射、黑体辐射 大气上界的太阳辐射光谱的波长为0的 连续光谱；99%的能量集中在0.174m之间，能量最 大的波长为0.475m（475nm）；紫光的波长为270380nm，占能量的7%；可见光的波长为380780nm，占能量的47%；红外光的波长为7804m，占能量的46%。,103,104,太阳辐射的波长范围很广，从零到无穷大。但波长在很大和很小的部分内能量都很小，绝大部分能量集中在波长为0.15-4微米之间，占太阳辐射总能量的99%，其中可见光区(波长等于0.40.76微米)占50%，红外线区(波长大于0.76微米)占43%，紫外线区(波长小于0.4微米)占7%。辐射能量最大的波长为0.45微米(即在可见光区的青、蓝色区内)。,105,2、生理辐射对绿色植物生长发育有效的辐射。生理辐射的波长一般在300750nm之间，但随时 间、地点、天气状况的变化而变化。（农业科技 名词P403，指出其波长为380710nm，能量约占太 阳对地面辐射总能量的4753%）两处吸收高峰：波长300440nm和波长670680nm；对于波长2.5m的远红外光，吸收率与黑体相当；对于波长 550nm和波长 700nm2.5m，吸收率低或 不吸收。,P111图4-25,106,3、辐射的量度 1）辐射的强度：a.辐射通量：单位时间内以电磁波或光量子形成发 射传输或接收的能量叫做辐射通量（e）。,107,（瓦或 尔格/s）（即辐射功率）,b.辐射强度：到达或通过单位面积上的辐射通量。,(w/m2),c.点辐射源：则用点辐射强度（即点源在单位立体角 发出的辐射通量）,Ie发=,（瓦/球面度，W/sr）sr-球面度符号,108,其中，立体角,（球面度，符号为sr）,2)光照强度：人的视觉强度与光能的大小，光的波长有 关（P112 图4-27 光谱光效率曲线），其光谱灵敏度 用正常人眼白天标准光谱光效率v()确定.v()max x在555nm 波长处。,109,a.光通量：,辐射通量与相应的光谱光效率的乘积，单位为流明。（1流明即在标准空气中，单位立体角通过1/683 w的波长为555mm的辐射）b.光照强度到达或通过单位面积的光通量（流明），单位为勒克斯（lx）lx=1流明/m2 明视觉白昼或强光条件下的视觉 暗视觉混暗或微光条件下的视觉,110,3）量子流密度单位时间到达或通过单位面积的莫 尔量子数。单位为E（爱因斯坦）E 1E1mol量子/sm2=6.0221023量子/sm2 1E=106E 光电效应或光化学反应时多采用量子流密度 在研究植物光合作用或光照时多以出现辐射 范围内的量子流密度为评价光辐射的物理量。,（二）光照强度与光合作用 大多数栽培植物正常生长和发育的最适宜光照强度 为800012000LX的范围 光合强度单位面积叶面积单位时间吸收CO2的毫 克数，多数植物的光合强度为512mgco2/m2.h，最高 达到180mgco2/m2.h。光呼吸在光照条件下植物吸氧放出co2的过程，C3作物约有1015%光合作用最初产物被光呼吸所 消耗（而C4作物没有光呼吸）,111,1英尺烛光=10.76Lx,112,1、光饱和点、光补偿点：光饱和点当光照强度达到一定限度时，光合作用 不再加快，这时的光照强度称为光饱和 点。光补偿点当光照强度降至植物的光合强度和呼吸 强度相等时，这时的光照强度称为光补 偿点。光饱和点和光补偿点分别代表植物对强光、弱光 的利用能力，以作为植物需光性的指标。,2、光反应、暗反应是光合作用的两个生化过程（光 合作用的两个阶段）。光反应（在光照射下）吸收光能，固定CO2生成 中间产物 暗反应（与光无关）把CO2还原成体内有机物。,113,（三）光周期对光照的基本要求 1、光周期现象即昼夜间光照和黑暗的交替以及光照 与黑暗时间的长短，影响植物开花结实的现象。根据不同植物对光周期的反应不同，可分为长日照 植物，短日照植物和中间性植物3种类型。短日照植物（实际是长夜植物）在一定发育时 期内，每天光照时间只有小于某一时数（临界日 长）并经过一定天数才能开花的植物。（如果玉 米、大豆等，缩短光照时间可以提早开花）长日照植物（实际是短夜植物）在一定发育时 期内，每天光照时间只有大于某一时数（临界日 长）并经过一定天数才能开花的植物。（如小麦、大麦、菠菜、向日葵等，延长光照时间可提早开 花）中间性植物发育期间对光照没有严格要求的植物。（如西红柿等）,114,2、光敏色素（光敏素）一种可溶解于水的蓝色或蓝 绿色的色素蛋白质（其分子含有非蛋白质部分 开链的四个吡咯环）可对红光（660nm）和远红光（730nm）进行可逆的吸收反应，能控制植物的开花 光敏色素分为两种类型：1红光吸收型最大吸收波 长为660nm，以P660表示；2远红光吸收型最大吸 收波长为730nm，以P730表示 在植物的光周期反应中，消除暗期最有效的是红光（660nm）但他的作用可被远红光（730nm）所抵消 例如：短日照植物在每天长时间的黑暗中若给予 短暂的红光，就不能开花，被660nm光照射后，P660转变为P730，此时P 730增多可抑制短日照植 物的生长发育。如果在红光照射后又立即用远红 光短暂照射，则仍能开花；如果用两种光交替处 理，开花与否，决定于最后的照射是红光还是远红 光。,115,(长日照植物的情形与上述情形相反)。短日照植物要求较低P730/P660比值，长日照植物要求 较高的P730/P660比值。P660类和P730类光敏色素随光照条件而变化。若用红 光中断暗期，则P730浓度增多，抑制短日照植物的开 花，促进长日照植物开花。若再经远红光照射，则效 果相反。光敏色素除影响开花外，还影响块茎（根），种子发 芽等。P113。图429光敏色素的合成与代谢（表明P660和 P730两类色素可以相互转变）即连续的暗期，P660 增多；长日照条件下P730增多。,116,图429光敏色素的合成与代谢,117,有利于控制花期的情况：P660光敏素经一定时间的光照 或660nm的光照射可转变为P730；P730光敏素经一定时 间的暗期或730nm的辐射照射，可转变为P660，P660占 优势时，可以促进短日照，抑制长日照作物的生长发育；P730占优势时则相反。光周期对光照的要求与光合作用不同（P114图431）：光合作用是吸收能量，一般光照强度需要几千LX，光 周期是光作为信息开关，通过一次短暂照射或有的需要 长时间连续照射或反复的每小时一次极短的照射光照度 仅为几十Lx即可（一般22Lx）。,118,（四）温室作物的光照条件(1)光照强度栽培平面内平均单位面积的光通量。,其中：,I0室外光照强度（或其他辐射时计量单位）,M直射光比率，即,g温室覆盖材料直射光透过率；,温室覆盖材料散射光透过率。,s,119,、光照分布。温室光照分布越均匀，作物群体光损失越小，则作物的光能利用率就越高。东西向单栋玻璃温室，在直射光下日总量平均透光率南北向10，但由屋脊造成荫影，使透光率最大与 最小差值达到40以上。南北向温室透光率，床面中央较东西侧墙附近约高 10；选用散光性覆盖材料有利于提高床面光照分布的均匀 性。,3、光周期光照时间：一般22Lx的光照即可对植物光 周期产生效应，产生效应的一段时间即光周期光照时间。,光照时间：,=,（h）,120,太阳高度角h 地理纬度，赤道纬度与时间的关系：sinh=sin.sin+cos.cos.cos,T日照 太阳升至地平线至落到地平线的一段时间,T曙暮 太阳在地平线以下能产生光周期影响效应的时间,地球自转速度，=360/24=150/时,p115例题,计算时刻（h=-4.5）的时角,121,天球坐标,赤道坐标系天球天赤道南天极北天极,122,123,春分点地球轨道面（黄道面）和赤道面的交点,124,（五）光照调节 补充调节 自然光照光合补光：常用铝箔制作的反射镜。（反射 率达到80）跨度58m的东西向单栋温室，南北方向设有反射镜，床面辐射强度可以提高5060，在良好保温设施 下可以节约3040的采暖费 人工光照光合补光：低强度光照时，光能利用率高。,太阳有效辐射量指可见光辐射部分，约占总辐射的44.4；目前丰产田的光能利用率3，低产田为0.10.2，但从光合利用的能力看，理论上光能利用率可近20以上照此推算，山东省每年粮食亩,125,产可达8000斤左右。,人工光周期补光：光照强度取2254LX，在夜间进 行。（通常晚10：00凌晨2：00光照4小时，将长夜 分为量段。长日照作物要求连续暗期应7小时）。研究表明：补光采用较强的光照间隔照射，其效果与 连续照射相同。例如：对于某些作物，用110LX光照度在4小时内，每30分钟照射6分钟，或用220LX光照度每一分钟照 射3秒，与连续4小时照射的效果是一样的。（比连 续照射4，要节电8090，但需要一定的控制装置）,人工光合补光时，应适当降低光照强度，而延长光 照时间。,126,、遮光调节 光合遮光调节目的削弱光照强度，减小太阳热负荷。要求遮光材料有一定的透光率，反射率，吸收率。光周期遮光调节目的延长暗期保证短日照作物对最短连续暗期的要求，一般遮光时间是以傍晚和清晨两个方向延长黑夜,127,七温室CO2施肥,（一）CO2的浓度与作物的生育：、CO2扩散途径与扩散能量 光合作用过程的简单表示,6 CO2+6H2O,C2H12O6+6O2+647千卡热量,CO2来源叶子周围空气中CO2；叶内呼吸作用生成的CO2；自根部吸收的CO2（只占12%）。,扩散途径P116图432提高CO2通量的措施提高环境中的CO2浓度，增加气流交换，调节土壤水分与空气湿度等。,128,129,、CO2浓度与作物的光合作用 P116 图433三碳（C3）植物 C3型植物（小麦，水稻，大豆等）在光照下同化CO2的最初产物是磷酸甘油酸（即一种三碳酸）四碳（C4）植物 C4型植物（玉米，高梁，甘蔗等）在光照下同化CO2的最初产物是草酰乙酸，苹果酸和天冬氨酸等碳酸。C3植物的净光合生产率仅为C4型植物的1/21/3，其呼吸损失约占光合产物总量的1/31/4.（净光合生产率，净同化率）每m2叶面积一昼夜（周）内增加干重的克数。（植物46g/m2d;高者有1518 g/m2d）,130,CO2补偿点（达动平衡的CO2浓度）1、C3型植物：30100mg/kg(50ppm左右)2、C4型植物：010 mg/kg（因为C4型植物缺乏光呼吸系统CO2饱和点一般为8001800ppm(mg/kg)在饱和点上的一定范围内，光合强度与CO2浓度无关；但CO2浓度升至0.40.7范围时，将引起气孔关闭，光合强度下降，以致呈中毒状而完全停止光合作用。,、CO2浓度对蔬菜生理与形态的影响：增产作用。如萝卜，莴苣等。CO2浓度由30ppm增加到1500ppm。可增产12倍。影响植物体内成分。如可提高番茄果汁中的果胶丰度，柠檬酸等使味道更加浓郁。,131,（二）CO2的来源与施用、CO2来源的选择。酒精酿造业的副产品（气态、液态、固态的CO2 干冰）,淀粉,糖化醇（浊酒）,酒精CO2,化学分解：强酸与碳酸盐的作用。放出CO2（如 50的硫酸碳酸氢铵）,碳酸氢铵+稀硫酸硫酸铵+二氧化碳+水化学反应施肥器：塑料罐的底部放化肥，上部一容器放硫酸，控制硫酸的下流速度，不断地均匀排放CO2。,132,空气分离：将空气低温液化然后蒸发分离出CO2 在低温压缩成液态。碳素或碳氢化合物（如煤焦炭液化气）通过充分 燃烧生成CO2利用有机物（如厩肥等）分解放出CO2,纯度标准：SO2 乙烯 CO等浓度1mg/kg,133,、CO2发生器：目前使用的仅为碳氢化合物燃烧式一种。燃烧方式 高温火焰燃烧式红外燃烧式用红外炉具（燃烧彻底不易生成co;温度低可防止氮氧化合物产生，从而提高烟气纯度。,、CO2施用技术（1）CO2施用场所与时期（指生长期或阶段）场所温室，塑料大棚等 时期对于叶芽根芽等或冬季光照弱，长势差，CO2浓度低时（前期施用）；对于果牙等应在开 花结果期施用。（这时光合产物的受体库的能力 变强。源与库的概念）,134,(2)CO2施用时间：一般从日出后一小时开始到换气 前30分钟停止适宜在施用期开始和结束的每天施用 时间应短些，以利作物消化。一天中，上午施用果 实和根中的CO2分配率较高；下午施用。叶内积累 较多，但如果叶内积累较多，会引起叶内淀粉沉淀 引起早衰。,(3)施用浓度与施用量 浓度应CO2的 饱和点。一般为0.150.3%（约为 15003000ppm）从栽培角度考虑之间，可满足大 多数植物的要求,根据经济成本和设施的密闭性，最好为,135,反应器,136,发生器结构图,137,燃煤法,138,燃油法,139,燃油CO2发生器,140,CO2发生器,以液化石油气为原料，使用安全可靠 全自动的点火系统，国际先进的燃烧转换技术，产气纯净无污染 供气时间可调，与国内外同类型产品比较效率高20%以上,141,二氧化碳液态施肥,142,3 禽畜建筑与环境工程,一、养鸡场建筑与环境工程,（一）工厂化养鸡概述：自50年代以来，大规模饲养畜禽的疫病防治技术有了新的突破，促进了养鸡的发展。（1996年全国产禽肉1164.7万吨，列美国之后世界第2位；鸡蛋1399.5万吨，世界第一。）,水平：,19801991 我国人均占有蛋类由2.59kg上升到8kg/人年1996年发达国家年产蛋19kg，料蛋比2.32.4:1，料重比1.9:1,143,中国的养鸡业(FAO数据,2000),世界鸡蛋生产(19234960 M吨来自中国),中国15.37%,世界鸡肉生产(56943570 M吨 来自中国),144,影响禽畜饲养环境的因素,物理因素：温度、相对湿度、气流速度、光