设施热环境控制.ppt

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1、第一节 设施热环境特征,一、设施温度变化特征,1.温室效应：设施内的主要热量来源为太阳辐射，一般设施覆盖材料对太阳短波辐射的透过率比较高，而对地面长波辐射的透过率低，因此设施内白天能接受大量的太阳辐射进入被地面或作物吸收，而地面和作物发射的长波辐射却很少能向设施外投射出去，因此设施能将太阳能转化为热能并蓄积在室内，使温室内气温升高，这种现象称为温室效应。,设施热环境及其调控,2.设施内温度的空间分布,设施内温度的空间分布是不均匀的，受到太阳辐射的不均匀性、采暖系统和降温系统的设备布置位置和室外气象等多种因素的影响。一般白天温室上部温度高于下部，中部高于四周，中国北方温室夜间北侧高于南侧?保护设

2、施面积越小，低温区比例越大，分布也越不均匀。,设施加热系统的布置会影响温度的空间分布，散热器附近温度高于其他区域。,温室内番茄叶温与周围气温的差异（单位：）,3.设施内温度的变化特征,（1）气温的季节变化：北方地区，保护地设施内气温存在着明显的四季变化。按照气象学以侯平均气温10、旬平均最高气温17、旬平均最低气温4作为冬季指标；以侯平均气温22、旬平均最高气温 28、旬平均最高气温 15作为夏季指标，则日光温室内的冬季天数可比露地缩短3-5个月，夏天延长2-3个月，春秋季也可延长20-30天；而大棚冬季只比露地缩短50天左右，春秋只比露地增加20天左右。,（2）气温的日变化：冬季和春季不加温

3、温室最高与最低气温出现的时间略迟于露地，但室内日温差要显著大于露地。,无加温温室内温度的日变化i:室内气温 0:室外气温,（3）设施内“逆温”现象 通常温室内温度都高于外界，但在无多重覆盖的塑料拱棚或玻璃温室中，日落后的降温速度往往比露地快，如再遇冷空气入侵，特别是有较大北风后的第一个晴朗微风夜晚，温室大棚夜晚通过覆盖物向外辐射放热更加剧烈。室内因覆盖物阻挡得不到热量补充，常常出现温室内气温反而低于室外1-2的逆温现象。逆温现象一般出现在凌晨，10月至翌年3月都有可能出现，其中尤以春季逆温的危害最大。,4.设施内地温的变化特点,设施内白天气温一般高于地温，而夜间地温一般高于气温，地温比较稳定，

4、变化滞后于气温。日最高地温出现在14时左右。随着土层深度的增加，日最高地温出现的时间逐渐延后距地表5cm深处的日最高地温出现在15时左右距地表10cm深处的日最高地温出现在17时左右距地表20cm深处的日最高地温出现在18时左右距地表20cm以下深层土壤温度的日变化很小,作物栽培区，由于有作物的遮荫作用，地温相对较低，在日照不足的地区，冬季和早春季节温室地温一般偏低，这也是一些情况下温室内要设置地下加热系统的原因之一。,二、设施气温变化影响因素,设施是一个半封闭的系统，它的气温变化随时受到室内外诸多因素的影响。室外因素有：室外空气温度、湿度、太阳辐射强度、风速、风向等；室内因素包括：采暖系统、

5、照明及其他设备的散热，作物及土壤散热、散湿等。在多因素的作用下，温室内的空气始终保持着动态平衡，当吸热总量大于散热总量时，温度升高，使得散热总量与吸热总量趋于相同，从而在较高的温度水平上维持热平衡，反之亦然。,1.地表附近温度及其变化,地表附近温度随地理纬度、海拔高度、地形以及时间的不同有很大差异。纬度增加，太阳辐射量降低，因而地表温度降低，一般纬度增加1，平均温度降低0.50.9（1月份为0.7，6月份为0.3）海拔升高，太阳辐射增强，但大气层变薄，大气逆辐射下降，因而温度下降，海拔每升高100m，气温下降0.5 左右。南坡接受太阳辐射量大，温度比北坡高，坡向气温差异随海拔高度的升高而减小。

6、,温度的时间变化非常显著，存在着温度年较差和温度日较差。温度年较差是反应温度季节性变化的指标，指一年中最热月和最冷月平均温度的差值，一般纬度越低，年较差越小，海洋性气候区温度年较差较小。我国大部分地区属于亚热带和温带地区，四季分明，一般春季气温1022，夏季平均气温高于22，冬季平均气温低于10。气温日较差是气温在一天中最高与最低值之差，它表明气温在一天中的变化幅度。气温一般中午最高，日出前降到最低。一般纬度越高，日较差小；夏季日较差大，冬季小；晴天大，阴天小；海拔越高，日较差越小。,温室的热平衡方程,2.温室的热平衡,设施的热量来源有：太阳辐射，温室采暖系统加热，温室灯具、设备散热，作物及土

7、壤微生物呼吸释放热。设施的热量支出包括：辐射放热：通过地面、覆盖物、传热表面的有效辐射散热。受设施内外温差、设施表面积及地面面积等影响。对流放热：通过覆盖材料或围护材料以热传导的方式向外的散热。通风换气放热：包括由设施的自然通风或强制通风、建筑材料裂缝、覆盖物破损、门窗缝隙等渠道进行的热量散失。土壤传导失热：包括土壤的上下层之间及土壤的横向热传递。作物光合、蒸腾和土壤蒸发耗热。,(1)贯流放热：通过覆盖材料或围护材料以热传导的方式向外的散热。这种贯流传热是几种传热方式同时发生的，它的传热过程主要分为三个过程：,3.温室热支出的各种途径,温室的内表面A吸收了从其他方面来的辐射热和空气中来的对流热

8、，在覆盖物内表面A与外表面B之间形成温差，通过传导方式，将上述A面的热量传递至B面，B面又以对流辐射的方式将热量传递至外界空气之中。,热贯流传热模式,贯流传热的表达方程式为：其中 Qw贯流传热量，W；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)。,导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用表示，单位为瓦/米度，w/mk（W/mK,此处的K可用代替）。,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，

9、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,(2)通风换气放热：包括由设施的自然通风或强制通风、建筑材料裂缝、覆盖物破损、门窗缝隙等渠道进行的热量散失。温室内通风换气热量损失量包括显热失热和潜热失热，显热失热的表达式为：式中ti、to 室内与室外气温，；c

10、p 空气定压质量比热容，1030J/(kg)；a 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。,换气失热量与换气次数有关，因此缝隙大小不同，其传热差异很大，下表是设施在密闭不透风时，仅因结构不严引起的每小时的换气次数。,每小时换气次数（密闭时）,换气失热量还与室外风速有关，风速增大时换气量增大，所以因注意防风。由于通风时必有一部分水汽流向室外，所以通风换气有潜热失热。,(3)土壤传导失热：包括土壤的上下层之间及土壤的横向热传递，土壤垂直方向上的传导失热，可用土壤

11、传热方程表示:,式中 ti、to 室内与室外气温，；Asj 温室地面各分区面积，m2；Ksj地面各分区传热系数，W/(m2)。,日光温室内热的收支平衡示意图,一、作物的生理三基点温度,温度是园艺作物设施栽培的首要环境条件，它影响作物体内的一切生理变化，每一种作物的生长发育，对温度都有一定的要求，都有温度“三基点”，即最低温度、最适温度、最高温度。最适温度下，作物生长发育迅速最低和最高温度下，作物停止生长，但能存活最低和最高温度外，作物就会受到危害甚至死亡。,第二节 温度的生物学效应,不同生长发育阶段对温度要求,同一蔬菜在不同生长发育阶段对温度的要求不同，以喜温蔬菜为例：,作物的基点温度与其原产

12、地密切相关，原产热带的作物，开始生长的基点温度为18；原产温带的一般在10 开始生长；原产亚热带的一般1516 开始生长。根据作物对温度的不同要求，可以将作物分为：耐寒性作物；半耐寒性作物；不耐寒性作物。,不同的蔬菜种类对温度要求,二、作物的温周期现象,自然界的温度有昼夜周期变化，作物由于白天制造的养料积累后供给夜间细胞伸长和新细胞的形成，所以作物一般在夜间生长比较快，这种因昼夜变化影响到生长反应的情况即所谓的温周期现象。温度的节律性变化对作物的生长发育是不可缺少的，对作物发芽、生长、开花、结果、产量及品质均起着重要作用。,白天较高温度有利于作物光合作用，而较低夜温可以抑制呼吸作用，减少贮藏物

13、质的消耗，并有利于同化物质的输送。同时低温还可以降低分解酶的活性，有利于同化产物的贮藏。昼夜温差有一定的范围，但夜温不能过低，因作物在夜间仍进行生长，不断的吸收水分和养分，并交流来自叶片的同化产物及其它代谢物质。,番茄幼苗最适生长昼温为25，夜温为1820，在昼夜温度不变的条件下，其生长率反而低。,温周期促进种子萌发 对大多数作物，在周期性的变温作用下种子发芽率提高，主要原因是降温作用能增加氧在细胞中的溶解度，改善萌芽透气性，温度交替变化可提高细胞的透性。温周期影响果菜的花芽分化 花芽分化和结实要求夜温比日温低一些，如果夜温高，则花芽分化延迟，花也容易脱落。不同作物对温周期的要求不一样 通常热

14、带植物昼夜温差应在3-6；温带植 物5-7；而沙漠植物则要相差10以上。,温度的日变化影响作物品质 如新疆、甘肃等地由于昼夜温差较大，西瓜、甜瓜含糖量高，品质优良，是我国著名的西、甜瓜生产基地；而“砀山酥梨”在黄河故道地区可溶性固形物仅10-12，在陕北黄土高原则高达15。温度日较差适宜范围 大多数作物以8为宜，如果温差过大，无论白天温度过高或者晚上温度过低都不利于作物生长。,差温是指温室中白天平均温度与夜间平均温度的差值。差温影响作物的株高及叶面积、花器官性别分化：差温与植株高存在正相关，差温增大作物叶面积增大。正差温环境中雌花多于雄花，负差温环境中相反。,三、作物的“差温”现象,四、地温对

15、作物的影响,大多数作物以根区温度1723时生长旺盛，最适地温范围为1520。地温对作物生长发育的影响表现在影响作物对水分和养分的吸收等上面。地温偏低，增加水的粘滞性和降低作物根系细胞膜的透性，影响根系对水的吸收，从而影响作物叶片的气孔阻力，限制植物的光合作用。地温偏低直接影响作物对多种养分的吸收，同时通过影响微生物的活动，间接影响作物对土壤养分的吸收和利用。地温影响土传病害的繁殖，地温高易发生番茄、茄子的青枯病、凋萎病，低易发生番茄的根腐病。,五、极端温度的危害,高温当植物所处的环境温度超过其正常生长发育所需温度的上限时，引起蒸腾作用加强，水分平衡失调，发生萎蔫或永久萎蔫。植物光合作用下降而呼

16、吸作用增强，同化物积累减少。高温妨碍了花粉的发芽与花粉管的伸长，常导致落花落果。气温过高常导致冬瓜、南瓜、西瓜、番茄、甜椒等果实发生“日伤”现象，也会使苹果、番茄等果实着色不良，果肉松绵，成熟提前，贮藏性能降低；土壤高温首先影响根系生长，进而影响整株的正常生长发育。一般土壤高温造成根系木栓化速度加快，根系有效吸收面积大幅度降低，根系正常代谢活动减缓，甚至停止。,低温低温对园艺植物的影响有低温冷害与低温冻害之分。冷害是指植物在零度以上的低温下受到伤害。起源于热带的喜温植物，如黄瓜、番茄、香石竹、天竺葵类等在10以下温度时，就会受到冷害。近年来，各地相继发展的日光温室在北方冬春连续阴雨或阴雪天气夜

17、间最低温常在68，导致黄瓜、番茄等喜温园艺植物大幅度减产，甚至绝收，成为设施栽培中亟待解决的问题。冻害则是温度下降到零度()以下，植物体内水分结冰产生的伤害。,防止低温和高温伤害的措施,低温利用温床、温室、及塑料薄膜覆盖或施用有机肥以提高温度；在幼苗时期进行抗寒锻炼，增强植物本身抗寒能力。高温搭棚遮荫，与高杆作物间作套种，适当灌水。,上次课程内容回顾,1.与露地相比，设施内气温的季节和日变化有哪些特点？2.设施内“逆温”现象的原因是什么？3.温室的热平衡方程是？4.温室热支出途径有哪些？5.贯流放热？6.传热系数？7.温周期？,与露地相比，设施光、温、水、气等环境因子中控制手段最完善的是温度环

18、境的控制，园艺设施内的温度调节与控制内容包括：设施温度管理 设施保温；设施加温；设施降温,第三节 设施热环境的调节技术与设备,设施通风工程,设施降温工程,一、温度管理,各种作物以及同一种作物在不同的生长发育阶段对温度的要求不同，因此应该根据作物的实际需要制定温度管理制度，目前比较经济有效，推广应用较为成熟的是变温管理方法。作物生理活动中心随光照的变化而转移，根据作物生理活动中心将1天划分为若干时段，分段控制温度以促进同化产物的制造、分配和积累的温度管理方法叫变温管理。,二、设施保温,采用保温措施可以有效的减少设施内热损失，提高温室温度，节约能源。主要的手段有：1.采用多层覆盖，减少贯流放热,不

19、加温温室多层覆盖室内外温差,2.增大温室透光率 正确选择温室建造方位，屋面进 行经常性清洁，尽量争取获得最大透光率，使室内土壤积累更多热能。3.增大保温比 设施土地面积与覆盖物及围护材料表面积之比为保温比，保护设施越大，保温比越小，保温效果越差；反之保温比越大，保温效果越好。4.设置防寒沟 通常防寒沟宽30cm，深50cm，沟内填充稻壳、蒿草等导热率低的材料，以切断室内土壤与外界的联系，减少地中土壤热量横向散出，可使室内5cm地温提高4左右。,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（PVC）膜 玻璃 聚酯（PET）膜（片材）氟素（ETFE）膜（片材

20、）中空聚碳酸酯（PC）板材（比单层覆盖节能30%以上）,聚乙烯膜可以透过大量714 m红外线,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,三、设施加温,在寒冷的季节，受外界环境的影响，设施内温度降低到作物的最低温度甚至生物学零度以下，此时就要采取加温措施维持作物正常生长所需的温度。设施温度加热包括：1.空气加温 2.土壤加温 空气加温主要有热水供暖系统和热风供暖系统，热水供暖系统热稳定性好；此外，设施空气加热还有室内直接燃烧方式。温室土壤加热多为热水加热或电加热，一些简易的设施中采用酿热加温。,常见的加温方式有热水采暖、热风采暖、电热采暖、辐射采暖等多种方式，其加温

21、效果、设备费用、运行费用具有很大差异。热水采暖的效果最稳定，但一次性投资大，适用于大型温室的供暖；热风采暖的一次性投资大约只有热水采暖的1/5，但运行费用较高，适用于各种类型的塑料棚；电热采暖的热效率较高，但耗电多，主要适用于苗床的育苗；辐射采暖是利用液化石油气燃烧取暖的方式，耗气较多，仅适用于临时辅助采暖。,1、常见的加温方式及特点,热水式采暖系统 以热水为热媒的采暖系统，由提供热源的锅炉、热水输送管道、循环水泵、散热器以及各种控制和调节阀门等组成。热水采暖系统运行稳定可靠，是目前最常用的采暖方式。其优点是温室内温度稳定、均匀、系统热惰性大，节能；温室采暖系统发生紧急故障，临时停止供暖时，2

22、h不会对作物造成大的影响。其缺点是系统复杂，设备多，造价高，设备一次性投资较大。,热水采暖系统的工作过程为：用锅炉将锅炉内水加热，通过循环泵将锅炉加热的热水通过供热管道送到温室或大棚中，并均匀地分配给室内设置的每组散热器，通过散热器来加热室内的空气，提高温室的温度，冷却了的热水回到锅炉再重新被加热。布置该种系统管路时，可根据温室、大棚的实际情况来布置管路。例如在日光温室中，拱角部分散热量较大，可将系统回水管道布置在拱角部位，以弥补热量散失，提高温室内空气温度的均匀性。,热风式采暖系统 有热风机和热风炉之分。热风机通过热交换将加热空气送入温室提高室温的加热方式，该系统由热源、空气换热器、风机和送

23、风管道组成。热风炉是直接燃烧加热空气，没有空气换热器。热风机采暖系统：优点是：温度分布比较均匀，热惰性小，易于实现温度调节，设备投资少。缺点是：运行费用和耗能量要高于热水采暖系统。当温室较长时，风机一侧送风压力不够，可能送不到另一端，造成温度分布不均匀。,热风机采暖系统的工作过程为：由热源提供的热水通入空气换热器，室内空气用风机强迫流过空气换热器，吸收热水放出热量，被加热后进入温室，如此不断循环就加热了整个温室的空气。为了保证室内空气温度的均匀性，通常将风机压出的热空气送入通风管，通风管由开孔的聚乙烯薄膜制成，沿温室长度布置，此种风管重量轻，布置灵活，易于安装并且不会产生太强的遮荫。,电热采暖

24、系统 利用电流通过电阻大的导体将电能转变为热能进行空气或者土壤加温的加温方式。主要为电加热线，有空气加热线和地加热线两种，加热线的长度是采暖设计的主要参数，一般电热温床的经验值是100W/m2。优点：不受季节、地区限制，可根据种植作物的要求和天气条件控制加温的强度和加温时间，升温快、温度分布均匀、稳定、操作灵便等。缺点：耗电量大、运行费用高。,2.采暖设计与计算,采暖的目的与设计要求采暖设备的容量应保持设施内的设定温度（地温及气温）。设施内空间温度分布应均匀，时间变化应平稳，因此要求采暖设备配置合理，调节能力高。遮荫少、占地少，便于栽培作业操作。设备投资少，加温费用低。,采暖设计的基本程序首先

25、要根据设施的结构、地理位置等因素进行最大采暖负荷的计算；其次，依据设施所在地及用途等具体条件确定采暖所用热媒；最后根据最大采暖负荷及采暖方式进行散热设 备、管道及锅炉容量计算等。,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/Ag)，0.50.8，As越大时b越大。,最大采暖负荷的计算,在温室内采用不织布、塑料薄膜、镀铝膜作保温幕帘时，其热节省率相应为a=0.25、0.4、0.6。,a.冬季室内温度ti确定在影响作物生长、发育的环

26、境条件中，温度是一个重要因素。由于作物生长发育本身是一个相当复杂的过程，而且存在许多不可避免的随机因素或未知因子。这些将会导致生理过程发生波动，使作物生长发育的适宜温度具有一定变化范围，即适宜温度范围。作物各自都有最低温度、最适温度和最高温度“三基点温度”，在最适温度条件下，当其它环境条件得到满足时，作物干物质积累速度最快，作物生长发育迅速而良好，冬季室内计算温度即由此而定。,蔬菜的温度指标,花卉的温度指标,b.冬季室外温度t0计算冬季室外计算温度t0如何确定，对采暖系统设计有很关键性的影响。如采用过低的t0值，使采暖系统造价增加；如采用值过高，则不能保证采暖效果。由于温室、大棚结构的特殊性，

27、t0值亦不能简单地套用工业与民用建筑中供暖室外计算温度。,设施室外设计温度,c 贯流热量计算d 换气传热量的计算e 地中传热的计算,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

28、室内容积 温室内地面面积 As=长宽=(108)(94)=2880 m2 山墙面积 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：,Cp:干空气定压比热,采暖热负荷 Qh=Qw+Qv+Qf=371460+126492+15552=513504 W 单位面积的采暖负荷为：513504/28

29、80=178.3 W/m2各种传热途径所占比例 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，热稳定性好，室内温

30、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,热水采暖系统的设备,3.采暖装置,散热器的类型及选择计算散热器是热水采暖系统中重要的散热设备。种类很多有光管散热器、铸铁柱型散热器、铸铁圆翼散热器，热浸镀锌钢制圆翼散热器温室中多为光管散热器和铸铁散热器。,光管散热器及计算光管散热器是由钢管制作而成，一般沿温室四周布置，中柱亦布置钢管散热器。该种散热器一般按偶数布置，以便使供、回水管在同一位置，同时散热亦较均匀。沿四周布置可有效降低冷辐射，改善温室内部环境。光管散热器的缺点是：遮荫较大，布置不合理时易影响管理。,光管散热器散热量Q（即为温

31、室最大设计负荷）可按下式计算 Q=AKtL 式中，Q：最大设计热负荷，W；A：每米长光管的表面积，m2；K：管道的传热系数，W/m2;t：管道内热媒平均温度与室内温度之差，；L：所需光管长度，m。,每米长管道表面积,表中所列为温室常用管径的外表面积，其它规格管外表面积，可查有关设计手册。,不保温管道的传热系数k(w/m2)每米长管道表面积,2铸铁柱型散热器柱型散热器是呈柱状的单片散热器，每片各有几个中空的立柱相互连通。根据散热面积的需要，可把每个单片组装在一起形成一组散热器。柱型散热器根据立柱的多少主要可分为一柱、二柱和四柱三种型式。根据落地或挂墙安装方式，分为带脚和不带脚的两种式型。选择该种

32、散热器时，可根据最大设计热负荷所选择的某种型号散热器单片散热量，计算出所需的片数。各型散热器在不同室温情况下单片散热量见下表5。,铸铁散热器每片（每根）的散热量（W）,铸铁圆翼型散热器是一根内径75mm的管子，外面带有许多圆形肋片的铸件。管子两端配置法兰，可将数根组成平行叠置的散热器组。管子长度为750mm和1000mm两种。热浸镀锌钢制圆翼型散热器该类散热器是在钢管外绕环状镀锌翼片，经过胀管后，减小翼片和钢管外壁的热阻。此类散热器质轻、传热系数高。但其使用寿命较铸铁散热器短。在选择温室内散热设备时，由于温室内相对湿度较大，最好选择铸铁型散热器，其使用寿命较长。,热水采暖设备机器容量计算和辅助

33、管配置,a.热水锅炉容量和台数计算在确定锅炉容量和台数时，应掌握下列几个原则：锅炉的容量和台数，对用户负荷变化适应性强。应使锅炉经常处于经济负荷下运行，锅炉的经常负荷不应低于锅炉额定负荷的50%-60%。锅炉容量和台数的确定，应有利于节省人力、物力和基建投资。锅炉容量和台数，应保证供暖的安全可靠性。台数的本身应体现出有较高的备用率，一般不宜一台炉，至少有两台炉。尽量选用同容量、同型号的锅炉设备，以利管理，提高管理人员操作水平和备件互换容易。,b.期间采暖负荷与燃料消耗量计算,例：长春市有表面积12500m2的连栋玻璃温室，内部有聚乙烯薄膜保温帘，室内平均温度设定为12时，求1月份1个月的燃料消

34、耗量。采暖方式为热水采暖，热利用率为0.6，燃料为中等煤。长春市1月份的气象资料见下表：,K为平均采暖负荷系数；DHh 为采暖时（h）。,期间采暖负荷计算公式：,采暖时是采暖时间与内外气温的积算值，考虑屋外气温和日照条件时用下列式子计算采暖时，当 i h时：,当 i h时：,i：设定屋内的平均温度；m：屋外的月平均气温；h：屋外最高气温的月平均值；l：屋外最低气温的月平均值；S：一天的日照时间的平均值；,解：因为QiQh,则采暖时为,=24(12+10.7)-6.312+0.5(10.7+16.9)=382.26(h),则期间采暖负荷为：,=644643264 W h=2.321012J,燃料

35、消耗量（Y）：,Y=Qn/Eq=2.32109/(0.6X20935)=185t,热水采暖管道管径估算表,c.热水管路管径的确定通常温室采暖系统，其支管的管径常取DN20。干管的管径可根据其所负担的负荷大小进行简单确定。表16是管径估算表（按供水水温95、回水水温70）。,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 m

36、3/h,对于热风采暖系统，为了使温室内温度分布均匀，要求送机将热风均匀地分布在室内空间，即要求均匀送风，才能够保证其送风效果。保证均匀送风的条件：首先要保证各侧孔流出风量相等，同时使出口气流尽量垂直于管道的侧壁。目前温室内均匀送风管道均采用等截面的塑料风管；风管侧壁开孔。通过开孔间距的变化来实现均匀送风。关于均匀送风的计算可参见有关设计手册。,土壤加温设备电加热线及地中热水管道加温,北纬40度地区：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%,4.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

37、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,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,增强墙体蓄热作用,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/十水碳酸钠等），白昼潜热材料融化吸热，夜间凝固放热。,研究开发复合材料保温被,保温主体材料:再生棉（毛）毡 发泡塑料

38、（PE等）无纺布、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）,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

39、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%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

40、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%其他：10%,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

41、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100 L/L以下，不能满足植物光合作用需要。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

42、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

43、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

44、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

45、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；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，0.5

46、0.7；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

47、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；As 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

48、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；室内日照反射率，0.1；屋面日光透过率，无遮阳时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

49、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

50、=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。,四、温室降温工程 仅依靠通风、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