设施农业环境工程学(陈)ppt课件.ppt

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1、设施农业环境工程学,陈青云中国农业大学农学与生物技术学院13260170293,第一章 绪言第二章 设施光环境及其调控8第三章 设施热环境及其调控10第四章 设施气体环境及其调控6第五章 设施水环境及其调控10第六章 设施土壤环境及其调控12第七章 设施环境自动调控系统8第八章 设施能源工程,温室环境因素 环境调控技术 土壤温度温度 加温、保温、可再生能源利用 空气温度 空气湿度 通风、降温 CO2环境 - CO2施肥 光照 - 光照调控 根圈环境(水份、养分) - 灌溉与施肥,一、温室采暖工程二、温室内的光照环境及调控三、温室通风工程四、温室降温工程五、二氧化碳施肥六、节能型日光温室七、荷兰

2、与中国番茄栽培特点,一、温室采暖工程1. 采暖系统的类型采暖的能源燃煤 燃油 天然气 电能 太阳能 地热能采暖方式 根据采暖范围分类 全面采暖 局部采暖 根据采暖设备分类 热水采暖 蒸汽采暖 热风采暖 电热采暖 辐射采暖 火炉采暖,2. 温室的热平衡分析采暖热负荷及其确定方法原理 采暖热负荷 在室外气温to下，为维持要求的设施内气温ti，采暖系统在单位时间内应向温室内提供的热量。 确定采暖热负荷的方法 统计温室的所有热量收支（得热、失热），根据能量平衡的原理，由热平衡方程式计算。热负荷 = 失热 得热,温室的热平衡分析温室内的热量来源白昼：室内外水平面太阳辐射热量（北纬3045地区、晴好天气、

3、正午时刻）,室内水平面冬季 150400 W/m2夏季 300600 W/m2,室外水平面冬季 350650 W/m2夏季 9001000 W/m2,夜间：,温室的热平衡方程,温室的热平衡方程 (Qs+Qh)(Qw+Qf+Qvs+Qvl) = 0采暖热负荷 Qh = (Qw+Qf+Qvs+Qvl) Qs冬季夜间采暖热负荷 Qh = Qw+Qf+Qvs,冬季夜间加温温室中的热量平衡,3. 温室采暖热负荷的计算, 通过温室围护覆盖材料的传热量式中ti 室内气温，；to 室外气温，；Ag j 温室覆盖层各部分面积，m2；Kj 各覆盖层的传热系数，W/(m2)。,主要参照温室加热系统设计规范JB/T

4、10297-2001,非透明平壁的传热 透明平壁的传热,关于传热系数 K,非透明平壁的传热系数：,式中 ai 内表面换热系数，一般8.7W/(m2)； ao 外表面换热系数，一般23.0W/(m2)； dj 材料的厚度，m； lj 材料的导热系数， W/(m) 。,非透明平壁的传热阻：,透明材料主围护覆盖层单独使用时的传热系数,附加保温覆盖的热节省率,K 主围护覆盖层单独使用时的传热系数，W/(m2)； 采用附加保温覆盖时的热节省率，无附加保温覆盖时为0。采用二层附加保温覆盖时，热节省率= 0.85(1+2)-0.712, 地中传热量式中 ti、 to 室内与室外气温，； As j 温室地面各

5、分区面积，m2； Ksj 地面各分区传热系数，W/(m2)。, 温室通风或冷风渗透耗热量式中ti、 to 室内与室外气温，； cp 空气定压质量比热容，1030J/(kg)； ra 空气密度，1.2kg/m3 ， 或353 /(ti+273)； L 通风量或冷风渗透量，m3/s。,冬季夜间密闭管理时：式中 n 温室的换气次数，0.54次/h； V 温室的内部容积，m3。,冬季夜间温室采暖热负荷的简化计算式式中Ag 温室全覆盖表面积，m2；As 温室地面面积，m2；U 经验热负荷系数， W/(m2)， 玻璃覆盖为6.4，聚乙烯薄膜覆盖为7.3； a 保温覆盖热节省率； b 保温比(= As /A

6、g)，0.50.8， As越大时b越大。,例题：北京地区某10连栋拱形屋面塑料温室，单跨跨度8m，南北方向共9个开间，柱距为4m，天沟高度3.5m，屋脊高度5.2m。屋面及四周全部采用双层充气膜覆盖，夜间室内上部覆盖缀铝膜保温幕（50%铝膜，50%透明膜） 。室内种植喜温蔬菜，冬季夜间室外计算气温为-12，要求夜间室内气温不低于15，试计算温室的冬季采暖热负荷及单位面积的采暖热负荷，其中经过覆盖材料的传热、地中传热及冷风渗透损失的热量各占多少比例。采用热水采暖，计算所需圆翼型散热器配置数量。,解：温室面积及室内容积 温室内地面面积 As = 长宽 = (108)(94) = 2880 m2 山

7、墙面积 2108（5.2 2 / 3+3.5 / 3 ）= 741.3 m2 侧墙面积 294 3.5 = 252 m2 屋面面积 室内容积,覆盖材料的传热量 双层充气膜(双层聚乙烯) K = 4.3 W/(m2 ) 双层充气膜+缀铝幕 K = K(1-a) = 4.3(1-0.39) = 2.623 W/(m2 ),地中传热量,冷风渗透耗热量Qv冷风渗透量(换气次数为1次/h)空气密度冷风渗透耗热量：,采暖热负荷 Qh= Qw+Qv+Qf = 371460+126492+15552 =513504 W 单位面积的采暖负荷为： 513504 /2880 = 178.3 W/m2各种传热途径所占

8、比例 覆盖材料的传热 371460/ 513504 = 72.3% 地中传热 15552/ 513504 = 3.0% 冷风渗透损失 126492/ 513504 = 24.6%所需圆翼型散热器配置数量 按每m散热量600W计算，所需圆翼型散热器总长度为： 513504 /600 = 856 m,设脊高为 ，檐高为 ，温室地面面积为 ，跨数为 n ，跨度为 (对于文洛型温室， 为一个屋顶的跨度) 。对称双坡屋面 一面山墙的面积为： 屋面的面积为： 温室的容积为： 拱形屋面 一面山墙的面积为： 屋面的面积为： 温室的容积为：,系统组成：热水锅炉输送管道散热设备及附属设备 特点：水热容量大，热稳定

9、性好，室内温度波动小，停机后保温性强；配置复杂、设备费用高；预热时间长适用范围：大型温室、有较长期和大量供热需求的温室圆翼型散热器（铸铁、钢）散热量一般 300700W/m,4. 热水采暖系统的设备,5. 热风采暖设备（热风炉或暖风机）热源：燃煤、燃油、燃气、电能、热水、蒸汽特点：供热系统简单，配置安装灵活、简便，设备费用较低；系统预热时间短，升温快； 温度稳定性差，停机后温度降低快。适用范围：小型温室或供热需求较小的温室，或用于大型温室辅助加温，尤其适用于短期临时加温热风温度：30 60送风量：每m2温室面积送风量2736 m3/h,6. 土壤加温设备电加热线及地中热水管道加温,北纬40度地

10、区： 温室加温能耗 100250W/ m2 燃煤消耗 60150kg/(m2年) = 40100t/(亩年)采暖煤、水电费用占生产成本的50%70%,7. 温室采暖的节能,温室采暖节能的一些可行的途径减少地中传热量 （ 温室周边设置防寒沟）减少通风或冷风渗透的热量损失 （ 加强密闭性）加强温室围护覆盖的保温性（保温覆盖材料、设置保温幕）提高加温设备的热转换和利用效率有效利用新能源（可再生能源：太阳能、地热能、风能等）有效利用工农业废弃物能源（垃圾、作物秸秆、沼气）工业（热力发电厂）废热利用温室运行中的优化管理,关于覆盖材料保温性 聚乙烯(PE)膜 乙烯-醋酸乙烯（EVA、PO）复合膜 聚氯乙烯

11、（PVC）膜 玻璃 聚酯（PET）膜（片材） 氟素（ETFE）膜（片材） 中空聚碳酸酯（PC）板材 （比单层覆盖节能30%以上）,保温幕（多层覆盖）的采用 节能率20%45%,红外反射材料缀铝膜保温幕,太阳能的充分利用 采用地中热交换系统蓄热增温的温室,白昼蓄热 夜间放热,地能利用 地源热泵温室加温与降温系统 用于冬季温室加温，比燃煤热水采暖系统节能40%,热泵工作原理,温室地源热泵加温系统,地源热泵空调系统,夏季地源热泵系统空调的运行方式,中国农大上庄实验站采用地源热泵供暖的温室,地源热泵机房,地源热泵在温室中的应用,温室中的冷、暖供风设备,地源热泵节能的分析,地源热泵系统供热的能效比：,一

12、般地源热泵系统COP 4 空气源热泵系统COP 2,地源热泵系统空调的能效比：,一般地源热泵系统COP 4 空气源热泵系统COP 2.5,1kg标准煤燃烧热量= 29.3 MJ,2.475度电= 8.91 MJ,以不同方式燃烧 1 kg 标准煤获取的热量：,发电,即，提供热量Q所消耗的标准煤：锅炉集中供暖（效率70%）为：Q / 20.5 kg地源热泵供暖（COP = 4）为：Q / 35.65 kg地源热泵供暖与锅炉集中供暖相比，节能率为：,1kg标准煤燃烧热量= 29.3 MJ,2.475度电= 8.91 MJ,以不同方式燃烧 1 kg 标准煤获取的冷量：,发电,节能减排（实际一般可达40

13、%以上）加温运行效果稳定，调控容易不会污染农业设施建设地区（对大城市城郊有特别意义）同一套系统可兼用于加温和降温 （但温室夏季降温冷负荷大，用于夏季降温不经济）地源热泵用于农业设施冬季采暖的费用略高于燃煤采暖，而低于燃气采暖例如，以北京地区为例，采暖的单位温室面积费用：燃煤约为70元/m2，燃气为100元/m2，地源热泵为85元/m2,地源热泵用于农业设施采暖的优点与问题,建设费用较高单位温室面积所需供热系统建设费用：燃煤热水采暖系统约为450500元/m2地源热泵供热系统约为600元/m2 其中：室外工程（打井等）：33%热泵机组：25%机房设备：16%温室内末端设备（风机盘管等）：16%其

14、他：10%,二、温室内的光照环境及调控1. 光照环境的要素 光质（光色） 各波长光的能量分布（考虑不同波长光对植物的不同作用） 光照强度与光照量 光照的强弱及累积量（满足植物光合作用的需要） 光照周期 明期、暗期的长短和交替周期规律（考虑植物的光周期作用）,光质（光色）,光照的强度及度量,光照度 根据人的视觉光谱光效应确定的单位面积光通量。（555nm黄绿光感觉量为1。） 单位： lx（勒克斯）光合有效辐射照度（PAR）单位时间、单位面积上照射的光合有效辐射能量。 单位：W/m2光合有效光量子流密度 （PPFD或PPF）单位时间、单位面积上照射的光合有效辐射光量子数。 单位：mmol/m2.s

15、太阳总辐射照度 单位：W/m2,说明：光合成有效辐射 400700nm波长范围内的光辐射 mol（摩尔） 物质的数量单位，1mol=6.022571023 1mol=1000000 mmol,各种光照度量单位的相互关系 光照度、辐射照度、光量子流密度等与光谱能量分布密切相关，几者之间无固定的比例关系。 只有在确定的光谱能量分布情况下，才有明确的相关关系。,一般天气自然（太阳）光照情况下几种光照度量单位的近似换算关系,k lx数 4 W/m2 W/m2 4 mmol/m2.s,北京地区冬季晴天正午时刻的温室内外光照强度,几种光源的光照强度单位近似换算关系,植物的光周期现象 在植物的光周期反应中，

16、光作为植物生长发育的控制信息发挥作用，连续光照时间与光质是决定其作用的重要因素，能量大小是次要因素，照度仅数十lx即可发挥作用。长日照植物 每天12小时以上光照促进生长发育 （大多数叶菜、豌豆、葱、蒜、荷花、唐菖蒲等）短日照植物 每天光照少于1214小时才能正常生长发育 （茼蒿、扁豆、豇豆、秋菊、一品红、牵牛花等）中光性植物 对光照时数无严格要求，一般每天816h均可 （黄瓜、番茄、辣椒、四季豆、月季、香石竹、天竺葵等）,2. 满足温室光照环境要求的调控工程手段 开发和选用合适的温室覆盖材料 温室建设方面，采用合理的方位与温室结构 人工调控 光强与光量调控 遮光调节（适当减弱光强） 光合补光（

17、强光补充） 光周期调控 遮光调节（严密遮光）延长暗期（低于10Lx） 补光调节（ 50Lx以上弱光即可）延长光照时间 （整夜连续补光、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,3. 人工光源对人工光源主要的要求 光谱性能：富含400500nm蓝紫光和600700nm橙红光 并有适当的组成比例，以及满足其他特定的光谱要求 效率：发出的光合有效辐射量与消耗功率之比 其他：使用寿命、价格等人工光源的种类热辐射光源 ：白炽灯、卤钨灯 钨丝中通过电流产生高温（24003000）发光气体放电光源：荧光灯、高压水银荧光灯

18、、金属卤化物灯、 高压钠灯、低压钠灯 物质原子受电子激发产生光辐射。半导体光源：LED（发光二极管）,卤钨灯 寿命、发光的功率提高，光色有所改善，发光效率也有所提高。,几种人工光源热辐射光源：白炽灯 结构简单、价格便宜，光照强度易于调节； 辐射光谱主要在红外范围，可见光所占比例很小，发光效率低，且红光偏多，蓝光偏少； 寿命短（1000小时）。 不宜用作光合补光的光源 但可作光周期补光的光源,气体放电光源：荧光灯 光谱性能好，发光效率较高，寿命长。 功率小，满足一定光照强度所需灯具多，对自然光遮光大。 目前在园艺设施补光中使用较多，尤其是用于无遮挡自然光问题产生的组培室中的人工光照。高压水银荧光

19、灯 易达到较高功率，寿命较长，但光色较差，发光效率略低于荧光灯，使用较少。金属卤化物灯 发光效率较高，功率大； 光色好（可改变金属卤化物组成满足不同需要）； 寿命较高（数千小时）。使用较多,高压钠灯 发光效率高，功率大； 光谱分布范围较窄，黄橙光为主； 寿命高（1200020000小时）。目前在园艺设施补光中使用较多。低压钠灯 发光效率很高，功率大； 光色为单一的589 nm黄色光； 寿命高（平均寿命18000小时）。 光色单一，很少单独使用，但可与其他光源配合使用。,发光二极管（LED）单色性，波谱域宽仅20nm左右；没有中、长波红外辐射（对光合作用无效）的能量浪费，发热少，可实现近距离补光

20、（提高光利用效率）；辐射效率和光量子效率极高；具有多种光色器件，可按需要组合不同单色（如红蓝）的LED满足植物光合作用对光谱的需要；,单体尺寸小，便于组合和使设备小型化；使用寿命长（5万小时以上）；价格高，尤其是蓝色LED目前价格较贵。,LED人工光源,几种人工光源的发光效率及光照强度换算,人工光源的应用例,三、温室通风工程1. 温室通风换气的目的排除多余热量，抑制高温 春、夏、秋季，白昼太阳辐射（每平方米数百W）强烈，室外气温较高，温室在封闭管理时室内气温可高于室外20以上，甚至可超过50。补充CO2 温室内白昼植物光合作用吸收CO2，室内CO2浓度降低至100L/L以下，不能满足植物光合作

21、用需要。 通风可引入室外较高CO2浓度（350L/L）空气。排除室内水汽，降低室内空气湿度 温室密闭时相对湿度可达80%甚至95%以上。,2. 通风的基本原理与形式作用范围：全面通风 局部通风工作动力：自然通风 机械通风 自然通风 借助温室内外的温度差产生的“热压”或室外自然风力产生的“风压”促使空气流动。 通风系统投资省、不消耗动力，使用经济，应优先采用。 通风能力有限，通风效果易受周围地势和室外气候条件（风向、风速、室内外温差）等因素影响。, 机械通风（强制通风、风机通风）依靠风机产生的风压强制空气流动。 通风能力强，效果稳定。 可在空气进入室内前进行加温或降温处理，便于组织室内气流和风量

22、调控。 设备和维修费用相对较大，运行需要消耗电能。 设备遮光，运行中产生噪音。,机械通风的基本形式进气式通风系统 （正压通风系统） 对温室密闭性要求低。 进风口集中，便于对进风进行加温、过滤等。 温室内的空气正压可阻止尘埃和微生物随空气从缝隙进入污染温室内环境，温室内卫生条件较好。 风口风速较高且吹向植物，室内气流分布不均，不便采用大通风量。,排气式通风系统（负压通风系统） 易于实现大风量通风。 室内气流分布均匀。 便于在进风口安装湿垫等降温设备。 要求温室有较好的密闭性。 与外界的卫生隔离较差。,3. 风机的类型与性能 离心式风机 叶轮旋转方向和气流流向不具逆转性； 比转数较小，风压大而空气

23、流量相对较小； 工作静压1000Pa3000Pa，或更高； 适用于较长管路送风，或气流需经过加热或冷却设备等通风阻力较高的情况。, 轴流式风机 叶轮旋转方向和气流流向具可逆转性； 比转数较高，流量大，风压低（适合大部分温室使用要求）；,风压一般在数百Pa以下，（农用低压大流量风机一般50Pa以下）； 耗能少、效率较高，安装和维护简单； 最佳工作范围较窄，风量不便调节。（一般不采用设置调节风门调节阻力大小的方法调节轴流风机的流量，需调节时，可采用改变转速的方法，或采用数台风机，通过改变运行风机数量的方法改变总的通风量。） 适用于不采用空气处理设备和不经过管道输送、风机直接连通设施内外空间的大多数

24、进气通风与排气通风系统。,农用低压大流量轴流风机系列产品规格与性能 流量和风压大小与叶轮直径、叶片倾斜角度等结构参数以及叶轮转速有关 叶轮直径范围为5601400mm； 适用工作静压：约1050Pa； 风量约达800055000m3/h（单位功率通风量3560(m3/h)/W）； 噪声约在70dB以下。,农用低压大流量轴流风机系列产品性能,4. 通风量的概念与通风设计的原则温室通风设计规范NY/T 1451-2007（主要依据的规范）温室通风降温设计GB/T 18621-2002（次要参考）必要通风量 根据控制温室内气温、湿度和调控温室内的空气成份等方面的需要确定的通风量。设计通风量 温室的通

25、风系统在单位时间内交换的室内外空气体积（温室的设计通风能力）。通风设计的原则设计通风量 必要通风量,5. 温室的必要通风量L式中 As 温室地面面积，m2；L0 必要通风率，m3/(m2s)排除多余热量，控制室温的必要通风率 式中 S室外水平面太阳辐射照度，W/m2；a温室受热面积修正系数，1.01.3；r室内日照反射率，0.1；屋面日光透过率，无遮阳0.60.7，有遮阳网0.20.4；a空气密度，1.2kg/m3；e水分蒸发蒸腾消耗热量的比例，0.50.7；cp空气比热容，1030J/(kg)；t1，t2进入与排出温室的空气温度，；ti，to室内与室外气温，；W温室散热比，1.21.5（连栋

26、温室）或1.72.0（单栋温室）；K温室覆盖层平均传热系数，W/(m2 )。,夏季高温时节，通风率L0达到0.08m3/(m2s)以上时，再继续增大通风量，降温的效果几乎不再增加。室内气温将维持在比室外高12的水平。 如希望获得更低的室内气温，再增大通风量是不能达到目的的，反而使通风能耗不必要地增加。 这时应考虑采取其他降温措施。 因此，通风率L0应控制在0.08m3/(m2s)以下为宜。,补充CO2的必要通风率（一般为0.010.05m3/(m2s)）式中 Co 室外空气CO2浓度，一般约0.6g/m3；Ci 设定的室内空气CO2浓度，一般0.5g/m3；fc 植物叶面积指数，一般为25；A

27、s 温室面积，m2；Ap 作物栽培面积，m2；P 单位植物叶面积对CO2的平均吸收强度，一般约为0.5810-3g/(m2s)； Ps 单位温室面积的土壤CO2呼出强度，g/(m2s)，Ps = Ps03t/10 g/(m2s) ；Ps0 土壤0时的CO2释放量，一般肥沃土壤约为0.0110-3g/(m2s)；t 土壤温度，。,排除水汽，降低室内空气湿度的必要通风率一般为0.010.05m3/(m2s)白昼： 夜间：式中 S 室外水平面太阳总辐射照度，W/m2；a 温室受热面积修正系数，1.01.3；e 水分蒸发蒸腾消耗热量的比例，0.50.7；r 室内日照反射率，0.1； 屋面日光透过率，无

28、遮阳时0.60.7，有遮阳网时0.20.4；r 水的蒸发潜热，2442kJ/kg；Wi，Wo 室内、室外空气的含湿量，g/kg(a)；ra 室内空气的密度，kg/m3；Kd 蒸腾蒸发系数，夜间时为(1015)10-6g/(m2sPa)；pws 室内气温下的饱和水蒸汽压力，Pa；pw 室内空气的水蒸汽分压力，Pa。,6. 温室的设计通风量热压作用时的自然通风量常见简单情况的计算方法（全部通风窗口布置在二个高度上，且进风口与排风口的流量系数分别相同）式中 Aa，Ab 下部与上部通风窗面积，m2ma，mb 下部与上部通风窗流量系数，0.20.65h 二通风窗中心相距高度，mTi，To 室内、外空气温

29、度，Kg 重力加速度，9.81m/s2,式中 vo 室外风速，m/s；C 风压系数，与建筑物外形及具体部位、风向有关，一般迎风面0.8，背风面-0.5。, 风压作用时的自然通风量常见简单情况的计算方法所有进风口的风压系数和流量系数均相同，分别为Ca, ma，所有排风口的风压系数和流量系数均相同，分别为Cb, mb，,风压作用自然通风量的简化算法式中：vo 室外风速，m/s A 迎风面或背风面通风口面积总和，m2 E 风压通风有效系数， 风向垂直于墙面时，E=0.50.6 风向倾斜时，E=0.250.35机械通风时的设计通风量 根据通风系统阻力、风机性能与数量确定。（略）,四、温室降温工程 仅依

30、靠通风、空气无降温处理时温室控温能力控温最大限度: 室外气温12 我国绝大部分地区，夏季室外气温较长时期高于30，且太阳辐射强烈，单纯依靠通风，要将温室内气温控制在大多数作物适宜的气温上限（30）以下是不可能的。 必须采取通风以外的降温措施。 二个方面的降温措施： 对进入温室的空气进行降温处理 遮阳,1. 人工降温的方式机械制冷（利用压缩制冷设备制冷） 制冷量大，降温能力强，不受外界条件限制； 制冷的同时可除湿； 设备投资费用与运行费用高。冷水降温（低温冷水吸收空气中的热量） 降温效果取决于冷水温度，如水温足够低，气温可降低至湿球温度以下； 冷水温度在露点温度以下时，可除湿； 需低温水源，耗水

31、量大。,蒸发降温（水在空气中蒸发，从空气中吸收热量，降低空气温度） 降温效果显著，耗水量小。比较： 冷水降温冷水温度12，吸热后升到22，温升10，消耗每kg冷水所吸收的热量为41.8kJ 蒸发降温每kg水蒸发所能吸收的热量为2442kJ消耗每kg水从空气中吸收的热量，蒸发降温为冷水降温方法的58倍或在吸收相同热量的情况下，蒸发降温的耗水量仅为冷水降温的1/58,设备简单，费用低 （约为机械制冷降温的七分之一）； 运行费用低（约为机械制冷降温的十分之一）；缺点： 降温的同时，会增加空气的湿度； 降温效果受气候条件影响，在湿度较大的天气下不能获得好的降温效果。蒸发降温技术与设备已在农业设施中广为

32、采用,干球 湿球温度 温度,2. 蒸发降温的技术特点二大类蒸发降温的技术与设施： 湿帘降温 水附着在吸水材料表面，与流经材料表面的空气接触而蒸发吸热 雾化降温 雾化水滴喷入空气中，与空气接触蒸发吸热蒸发降温的极限是空气的湿球温度。,评价蒸发降温技术和设备的降温性能优劣的指标：降温效率h式中 ta，tb 降温前、后的空气温度 （干球温度），；tw 空气的湿球温度，。 已知降温技术和设备的降温效率h，根据室外气候条件，可计算空气经降温处理后的气温为：,蒸发降温幅度取决于：降温设施的降温效率； 天气（空气状态）。 天气干燥，干、湿球温差大时，降温效果较好。 在潮湿的天气下， 干、湿球温差较小，即使降

33、温设施降温效率较高，也不会取得较好的降温效果。,我国气候条件下蒸发降温适应性分析黄河流域及以北地区 在需降温的室外气温较高时刻（正午），相对湿度约在40%50%甚至更低，蒸发降温有较好的效果； （to = 35，f = 45%，tw = 25.1） 降温幅度通常可达710； 夏季空调室外计算湿球温度在27以下，在蒸发降温设备一定的降温效率下，室外空气经过蒸发降温处理，气温约可降低至2628； 考虑空气进入温室后的温升，温室内气温一般约可控制在2830以下。,长江流域及以南地区 连阴雨天气相对湿度高达80%，但该时期气温多在30以下，不需降温； 在需降温天气的室外气温较高时刻（正午），相对湿度约

34、为50%60%，蒸发降温可发挥较明显的效果； （to = 35，f = 60%，tw = 28.2） 蒸发降温幅度可达58； 夏季空调室外计算湿球温度约为2728.5，室外空气在经蒸发降温后，气温约可降低至2830； 考虑空气进入温室后的温升，温室内气温一般约可控制在2932以下。,3. 湿帘（湿垫）风机蒸发降温系统湿帘（湿垫）的特性材料：白杨刨花、棕丝、多孔混凝土板、塑料、棉麻或化纤纺织物等多孔疏松的材料，波纹纸质湿垫最为多用。尺寸：波纹纸质湿垫厚80200mm，一般高12m。,湿垫及供水系统,特点： 通风阻力相对较小； 热质交换表面积大、降温效率高，工作稳定可靠； 安装使用简便； 长期使用

35、时空气中尘垢与水中盐类在纸帘上沉积将降低其效率，增大通风阻力； 使用后易收缩与变形，使用寿命还有待提高。,湿帘的技术性能： 降温效率h = 70%90% 通风阻力Dp = 1060Pa h与Dp主要与湿帘厚度及过帘风速vp有关vp 通风量 / 湿帘面积 湿帘越厚、过帘风速越低，则降温效率越高； 湿帘越厚、过帘风速越高，则通风阻力越大。,为使湿帘具有较高的降温效率，同时减小通风阻力，过帘风速不宜过高，但也不能过低，否则使需要的湿帘面积过分增大，设备费用增加，一般取过帘风速为12m/s。,4. 湿帘冷风机型式:下吹式、上吹式、侧吹式 使用灵活，对设施密闭性无要求，方便控制降温后的冷风输送方向和位置

36、； 每台风量20009000m3/h； 设备投资费用比湿垫风机降温系统大。,5. 喷雾降温系统 室内细雾降温 特点 投资较低，安装简便，使用灵活（自然通风与机械通风均可使用）； 可兼用于喷洒消毒、除病虫的药剂； 要求雾滴直径在50mm80mm以下； 全室内平均降温效率20%60%； 喷雾量难于根据使用条件调节，易喷雾过量，造成淋湿动、植物、地面积水和室内过高湿度的情况；,喷雾设备液力雾化 采用高压水泵产生高压水流，通过液力喷嘴喷出雾化。雾化量大，设备简单，设备费和运行费用低；雾滴大小取决于喷嘴和喷雾压力，压力越高雾滴越细，通常喷雾压力0.72MPa，一般雾滴粒径较大（最大粒径 100m）。气力

37、雾化 采用高速空气流进行雾化，需要压缩空气设备，投资较高，实际应用很少。,离心式雾化 水流送到高速旋转的圆盘，从其边缘高速甩出与空气撞击而雾化。雾滴小，不需高压水泵，不堵塞。但需高转速的动力，设备费较高。雾滴四处飞散，方向性差。为此，离心式雾化器多与轴流风机组合成一体 喷雾风机，利用轴流风机排风口的射流输送雾滴和控制雾滴撒布的方向。, 集中雾化降温 屋面喷水降温 在屋面上设置喷水管路和喷嘴，将水喷洒在屋面上吸热降温。其优点是系统简单，且不会增加室内湿度，可有效减少通过屋面传入室内的热量。但降温效果有限。在温室屋面喷水时，还会产生屋面结垢的污染，影响屋面的透光率。, 雾帘降温 喷淋降温 直接向植

38、物喷水，水在叶面蒸发直接带走热量。,6. 温室的遮阳 兼有降温与 调节（降低）光照强度的作用室外遮阳 塑料遮阳网，聚烯烃树脂为主要原料的黑色、银灰色、绿色等颜色网状材料。遮光率20%80%。 室外遮阳网将太阳辐射遮挡在室外，遮阳网自身吸收的热量散发的室外，其降温效果优于室内遮阳。,在冬季可兼作为保温幕使用，适用于冬季保温与夏季降温并重的地区。,室内遮阳 采用可以有效反射日光的铝箔或镀铝薄膜条编织的缀铝膜，可将进入温室的部分太阳辐射反射出去。铝箔或镀铝薄膜条与透明薄膜条按不同比例编织，获得不同遮光率。,温室通风降温的综合例题例题 北京地区某连栋玻璃温室，东西方向共10连栋，跨度为9.6m，温室东

39、西长96m，南北宽40m。根据夏季室内种植的植物需将温室内气温控制在30以下的要求，确定采用室内遮阳幕和湿帘风机降温系统。温室采用室内遮阳幕后的覆盖层透光率为0.35。试选择和配置合适的湿垫风机降温系统。（温室受热面积修正系数1.1，全温室覆盖表面平均传热系数5.5W/(m2)，散热比1.4，温室蒸腾、蒸发潜热与吸收的太阳辐射热之比为0.6）。 解：确定室外气象计算参数 查得北京地区（北纬40，大气透明度等级4级）夏季室外水平面太阳总辐射照度为949W/m2，根据采暖通风与空气调节设计规范GBJ19-87，夏季空调室外计算干球温度to=33.2，室外计算湿球温度tw=26.4。,确定室内环境参

40、数 根据植物要求，室内平均气温要求为：ti=30 降温前的室外空气温度 to = 33.2 设湿帘降温效率80% 则室外空气经湿帘降温后进入温室时的气温t1为： 确定温室排风的温度t2 机械通风时，室内从进风口至排风口形成逐渐升高的温度分布，室内平均气温按ti(t1+t2)/2计算，则排风温度：t2= 2tit1= 23027.8 = 32.2,计算必要通风量必要通风率：必要通风量：,选用风机 选择9FJ12.5风机10台（每跨1台），在静压25Pa时其每台风量为30500m3/h， 9FJ6.0风机10台（每跨1台），在静压25Pa时其每台风量为11150m3/h，总风量1030500101

41、1150=416500m3/h（115.7m3/s）计算湿垫用量 取过垫风速vp1.5m/s，则湿垫面积：Fp=L/vp115.7/ 1.5=77.1 m2确定采用厚度Bp=120mm，高度Hp=1.5m的湿垫，湿垫布置总长度Lp=64m，实际湿垫面积Fp=HpLp1.564=96m2，过垫风速vp1.21m/s。由湿垫生产厂家提供的湿垫性能资料，在vp1.21m/s时，该湿垫降温效率h82%，通风阻力Dp20Pa，与上述计算中的假定相比，均有一定富余，可靠性较高。（如考虑更节省的方案，可修改设备选用方案，再进行核算。）,水循环系统的计算 空气经过湿垫降温前后的气温为to与t1，则蒸发水量为：

42、 取水循环系统供水量为蒸发水量的10倍，即取nw =10，则供水量为：Lw = 3600nwE/106 = 360010287/106 = 10.3 m3/h 据此可选择水泵的型号和数量。循环水池的容积：V=nVLpHpBp0.4641.50.12=4.6 m3,五、二氧化碳施肥,1. 特点与性能 建设费用较低。 （普通连栋温室的1/101/3） 依靠室内墙体和地面蓄热 以及屋面的严密保温，在不加温的情况下，冬季夜间室内最低气温可高于室外最低气温2030。 在我国北方北纬3241甚至43地区，冬季夜间室外最低气温为-15时，室内气温能维持在10左右，可无加温条件下进行喜温蔬菜的越冬生产。 日光

43、温室已成为我国最出色、最实用和广泛应用的主流园艺设施，接近占园艺设施总面积的1/3。,六、节能型日光温室,2. 日光温室优良保温节能性的机理,日光温室的采光屋面为具有较好透光角度、利于日光透过的南向屋面，同时其遮光构件少，因此具有良好的日光透过特性。 其屋面平均透光率一般为60%80%，而一般普通温室的屋面平均透光率仅为45%55%。 这有利于保证温室内良好的光照条件，同时，增加进入室内的太阳辐射热量，提高室内白昼的气温和墙体、地面的蓄积热量。,温室后墙参与截获和吸收太阳辐射热能，与仅能在水平栽培面积上获得太阳直接辐射能的温室或塑料大棚相比，日光温室内获得的太阳直接辐射能大大增加，获得近2倍栽

44、培面积上的太阳辐射热能。,依靠墙体的良好保温性能和在夜间屋面采用严密的保温覆盖，最大限度地减少了夜间温室的热量损失。 后墙总热阻达到约3 m2/W或更高（传热系数 0.33 W/( m2) ） 前屋面总热阻达0.5 m2/W以上（传热系数 2 W/( m2) ） 对比：单层聚乙烯膜传热系数约为8.2 W/( m2) 双层薄膜缀铝保温幕传热系数约为3.8 W/( m2),日光温室厚重的后墙可在白昼有效地蓄积所吸收的太阳热能，夜间缓慢地释放回温室内。 根据理论分析和实验测定，在夜间，北墙单位面积的墙面释放到温室内的热流强度可以达到2050W/m2，累计加温热量可达到2MJ/m2左右。 与普通温室相

45、比，相当于日光温室增加了一个加温的热源。因此北墙实际上在夜间成为日光温室内的加温热源之一。 （日光温室内另一热量来源是温室内的地面，夜间其热流强度可以达到1030W/m2。）,冬季晴天正午日光温室地面与墙面吸收的太阳热量,冬季夜间日光温室地面与墙面释放的热量,3. 日光温室近年来的发展建筑型式更加多样化建筑体型与规格、构造尺寸的发展与变化墙体和屋面骨架材料保温被与卷帘机提高日光温室环境综合调控能力设计与建造的标准、规范制订,辽沈型日光温室,辽沈型日光温室,形式与结构多样化的探索,北京地区 日光温室,二种潮流的日光温室砖墙（或其他建材） 日光温室多为温室工程公司为农业园区或园艺生产企业建设砖墙、

46、钢结构骨架、保温被室内无立柱，空间较大、较为美观设置通风窗、卷帘等设施，配套一定的调控设备占地少，造价较高土墙日光温室 多为农村当地自建 土墙、竹木（部分有少量钢材）骨架、草帘 室内有立柱、不讲求外观 无通风窗、注重密闭保温，部分开始配置卷帘机 后墙占地较多，造价较低,山东地区日光温室,厚土墙大跨下沉式日光温室,山东厚土墙大跨下沉式日光温室,山东厚土墙大跨下沉式日光温室,双连跨日光温室,多连跨日光温室,其他形式日光温室的探索,南北双连跨（阴阳型）日光温室 阳棚的用途与普通日光温室相同 阴棚对于墙体北面有保温的作用 阴棚内光照条件较差，温度低，但高于露地，用于种植不需光照或对光照要求低的作物，如

47、食用菌、喜阴叶菜、花卉等 可显著提高土地利用率,南北双连跨（阴阳型）日光温室,保温被内置型(蓟春型)日光温室可有效防止保温被或草帘被雨雪浸湿和大风掀起内层薄膜可以自由开闭，有效调控室内温湿度环境屋面保温性显著提高,存在问题 日光温室设计建造方法的规范性差，各地的探索、实践经验需要认真总结、交流。较多的日光温室在屋面采光、体型设计、结构参数和一些保温蓄热构造设计等方面仍存在不够合理之处。一些日光温室的采光条件较差、室内温度过低（6）、作物受到冷害等问题仍较为突出，生产存在较大风险。,墙体材料及构造墙体的作用：蓄热与保温理想的墙体材料及构造：内侧蓄热性和外侧保温性良好的异质材料复合墙体,土墙与石砌

48、体墙： 蓄热性良好，保温性差，承载力差，但就地取材、造价低廉，可依靠大厚度解决保温性较差问题，但占地较多，土地利用率低。粘土砖墙： 蓄热性良好，强度和承载能力高，保温性较差，通常与发泡聚苯板（或其他保温材料）共同组成复合墙体。造价高，且耗费土地资源。,粘土砖替代材料的开发研究加气混凝土砌块： 保温性较粘土砖好，但蓄热性较差。炉渣混凝土砌块等： 热工性能接近粘土砖。 保温蓄热性能较好、且强度较高、价格低廉的墙体材料的开发仍是有待研究解决的问题。,增强墙体蓄热作用的其他研究,蜂窝面（凹凸表面）墙体潜热材料蓄热墙体在墙体内侧材料中加入融点在20左右的材料（如硬脂酸正丁酯/石蜡/十水硫酸钠/十水碳酸钠

49、等），白昼潜热材料融化吸热，夜间凝固放热。,复合材料保温被的研究开发,保温主体材料: 再生棉（毛）毡 发泡塑料（PE等） 不织布、晴纶棉 面料：（承受拉力、防水等） 化纤防水布增强保温性的材料层： 薄膜（阻隔空气对流） 铝反射膜（减少红外辐射散热）,保温被的研究开发中存在的问题 具有良好保温性、防风、防水性、机械强度、耐久性等性能且价格低廉的理想材料的筛选。 不同功能材料的优化组合。 保温被材料重量过小，在室外风力作用下掀动，影响其保温性。 加工工艺，防止针孔渗水等问题。 价格问题（目前多数保温被产品价格为1525元/m2） 保温性测定与评价。,关于保温被的保温性的测定与评价 温室覆盖材料保温

50、性测定方法标准已经制订，目前已上报待批。 保温性评价指标： 传热系数K，单位：W/( m2) 传热阻（热阻）R（=1/K），单位 m2/W保温被传热系数K越小，传热阻R越大，保温性越好,温室覆盖材料保温性能测试台中国农业大学农业部设施农业工程重点开放实验室,几种保温被与草帘保温性能测定结果对比,对比：单层玻璃传热系数7.6 W/( m2)8mm中空PC板传热系数4.5 W/( m2),卷帘机的发展,顶部支架卷绳式卷帘机,端部伸缩摆杆卷轴式卷帘机,中部折臂卷轴式卷帘机,中部拱形轨道卷轴式卷帘机,提高日光温室环境综合调控能力 增加机械通风、降温设备 增加遮阳设施 增加开窗机构 CO2施肥（秸秆生物