設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境工程學(xué)

設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境工程學(xué)陳青云中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院chenqingyun一章緒言第二章設(shè)施光環(huán)境及其調(diào)控8第三章設(shè)施熱環(huán)境及其調(diào)控10第四章設(shè)施氣體環(huán)境及其調(diào)控6第五章設(shè)施水環(huán)境及其調(diào)控10第六章設(shè)施土壤環(huán)境及其調(diào)控12第七章設(shè)施環(huán)境自動調(diào)控系統(tǒng)8第八章設(shè)施能源工程

溫室環(huán)境因素環(huán)境調(diào)控技術(shù)

土壤溫度溫度加溫、保溫、可再生能源利用空氣溫度空氣濕度通風(fēng)、降溫CO2環(huán)境---------------CO2施肥光照---------------光照調(diào)控根圈環(huán)境(水份、養(yǎng)分)---------灌溉與施肥一、溫室采暖工程二、溫室內(nèi)的光照環(huán)境及調(diào)控三、溫室通風(fēng)工程四、溫室降溫工程五、二氧化碳施肥六、節(jié)能型日光溫室七、荷蘭與中國番茄栽培特點一、溫室采暖工程1.采暖系統(tǒng)的類型⑴采暖的能源燃煤

燃油天然氣電能太陽能地?zé)崮堍撇膳绞?/p>

根據(jù)采暖范圍分類全面采暖局部采暖根據(jù)采暖設(shè)備分類 ①熱水采暖 ②蒸汽采暖 ③熱風(fēng)采暖 ④電熱采暖 ⑤輻射采暖 ⑥火爐采暖2.溫室的熱平衡分析⑴采暖熱負(fù)荷及其確定方法原理

采暖熱負(fù)荷

在室外氣溫to下，為維持要求的設(shè)施內(nèi)氣溫ti，采暖系統(tǒng)在單位時間內(nèi)應(yīng)向溫室內(nèi)提供的熱量。

確定采暖熱負(fù)荷的方法

統(tǒng)計溫室的所有熱量收支（得熱、失熱），根據(jù)能量平衡的原理，由熱平衡方程式計算。熱負(fù)荷=∑失熱－∑得熱⑵溫室的熱平衡分析溫室內(nèi)的熱量來源白晝：室內(nèi)外水平面太陽輻射熱量（北緯30°～45°地區(qū)、晴好天氣、正午時刻）太陽輻射室內(nèi)水平面冬季150～400W/m2夏季300～600W/m2室外水平面冬季350～650W/m2夏季900～1000W/m2夜間：采暖系統(tǒng)加溫?zé)崃?00～300W/m2日光溫室加溫溫室不加溫溫室墻面放熱量30～50W/m2地面放熱量20～30W/m2地面放熱量20～30W/m2溫室的熱量收支地中傳熱Qf通風(fēng)Qvs長波輻射3～80mm對流太陽輻射0.2～3mm吸收反射室內(nèi)反射蒸騰蒸發(fā)Qvl加溫?zé)崃縌h覆蓋層傳熱Qw太陽熱Qs設(shè)備發(fā)熱Qm光合Qp呼吸Qr溫室的熱平衡方程(Qs+Qm+Qh+Qr)－(Qw+Qf+Qvs+Qvl+Qp)=0≈0≈0≈0溫室的熱平衡方程

(Qs+Qh)－(Qw+Qf+Qvs+Qvl)=0采暖熱負(fù)荷

Qh=(Qw+Qf+Qvs+Qvl)－

Qs冬季夜間采暖熱負(fù)荷

Qh=Qw+Qf+Qvs冬季夜間加溫溫室中的熱量平衡

對流30

地中傳熱Qf10

冷風(fēng)滲透Qvs10長波輻射35

對流45

長波輻射50

加溫?zé)崃縌h100覆蓋層傳熱Qw3.溫室采暖熱負(fù)荷的計算⑴通過溫室圍護(hù)覆蓋材料的傳熱量式中 ti——室內(nèi)氣溫，℃； to——室外氣溫，℃； Agj——溫室覆蓋層各部分面積，m2；

Kj

——各覆蓋層的傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)。主要參照《溫室加熱系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》JB/T10297-2001非透明平壁的傳熱透明平壁的傳熱輻射輻射對流對流導(dǎo)熱輻射對流導(dǎo)熱輻射輻射對流關(guān)于傳熱系數(shù)K非透明平壁的傳熱系數(shù)：式中ai—內(nèi)表面換熱系數(shù)，一般8.7W/(m2·℃)；

ao—外表面換熱系數(shù)，一般23.0W/(m2·℃)；

dj

—

材料的厚度，m；

lj—

材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)

。非透明平壁的傳熱阻：覆蓋材料傳熱系數(shù)W/(m2?℃)覆蓋材料傳熱系數(shù)W/(m2?℃)單層玻璃6.4單層聚乙烯(PE)薄膜6.8雙層玻璃4.0單層聚乙烯(PE)保溫膜6.6單層聚碳酸酯(PC)板6.3雙層聚乙烯(PE)薄膜4.46mm聚碳酸酯(PC)雙層中空板4.2單層聚氯乙烯(PVC)薄膜6.68mm聚碳酸酯(PC)雙層中空板4.0單層聚氯乙烯(PVC)保溫膜6.510mm聚碳酸酯(PC)雙層中空板3.6雙層聚氯乙烯(PVC)薄膜4.216mm聚碳酸酯(PC)雙層中空板3.3單層乙烯-醋酸乙烯(EVA)復(fù)合膜6.710mm聚碳酸酯(PC)三層中空板3.3雙層乙烯-醋酸乙烯(EVA)復(fù)合膜4.316mm聚碳酸酯(PC)三層中空板2.9單層乙烯-醋酸乙烯(PO)復(fù)合膜6.6單層玻璃纖維增強(qiáng)聚酯(FRP)板6.3雙層乙烯-醋酸乙烯(PO)復(fù)合膜4.2單層玻璃纖維增強(qiáng)丙烯(FRA)板6.3雙層充氣聚乙烯(PE)膜4.3單層丙烯樹脂(有機(jī)玻璃MMA)板6.3雙層充氣聚氯乙烯(PVC)膜4.1單層聚酯(PET)片材6.3雙層充氣乙烯-醋酸乙烯(EVA)復(fù)合膜4.2單層乙烯-四氟乙烯(ETFE)片材6.3雙層充氣乙烯-醋酸乙烯(PO)復(fù)合膜4.1透明材料主圍護(hù)覆蓋層單獨(dú)使用時的傳熱系數(shù)

保溫覆蓋材料熱節(jié)省率a/（%）保溫覆蓋材料熱節(jié)省率a/（%）聚乙烯(PE)薄膜32綴鋁膜（25%鋁膜，75%透明膜）34聚氯乙烯(PVC)薄膜35綴鋁膜（33%鋁膜，67%透明膜）36乙烯-醋酸乙烯(EVA)復(fù)合膜34綴鋁膜（50%鋁膜，50%透明膜）39乙烯-醋酸乙烯(PO)復(fù)合膜35綴鋁膜（67%鋁膜，33%透明膜）42無紡布25綴鋁膜（75%鋁膜，25%透明膜）44混鋁薄膜40綴鋁膜（100%鋁膜）47鍍鋁薄膜50綴鋁膜（50%鋁膜，50%無膜）15草簾70綴鋁膜（67%鋁膜，33%無膜）20復(fù)合材料保溫被65綴鋁膜（75%鋁膜，25%無膜）22附加保溫覆蓋的熱節(jié)省率

K’—主圍護(hù)覆蓋層單獨(dú)使用時的傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)；—采用附加保溫覆蓋時的熱節(jié)省率，無附加保溫覆蓋時為0。采用二層附加保溫覆蓋時，熱節(jié)省率=0.85(1+2)-0.712

10m

10m

Ksj=0.24

Ksj=0.12

Ksj=0.06

⑵地中傳熱量式中

ti、to——室內(nèi)與室外氣溫，℃；Asj—溫室地面各分區(qū)面積，m2；

Ksj—地面各分區(qū)傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)。⑶溫室通風(fēng)或冷風(fēng)滲透耗熱量式中

ti、to——室內(nèi)與室外氣溫，℃；cp——空氣定壓質(zhì)量比熱容，1030J/(kg·℃)；

ra——空氣密度，1.2kg/m3，

或353/(ti+273)；L——通風(fēng)量或冷風(fēng)滲透量，m3/s。冬季夜間密閉管理時：式中n——溫室的換氣次數(shù)，0.5～4次/h；

V——溫室的內(nèi)部容積，m3。冬季夜間溫室采暖熱負(fù)荷的簡化計算式式中 Ag——溫室全覆蓋表面積，m2；

As——溫室地面面積，m2；

U——經(jīng)驗熱負(fù)荷系數(shù)，W/(m2·℃)，玻璃覆蓋為6.4，聚乙烯薄膜覆蓋為7.3；

a——保溫覆蓋熱節(jié)省率；

b——保溫比(=As/Ag)，0.5～0.8，

As越大時b越大。例題：北京地區(qū)某10連棟拱形屋面塑料溫室，單跨跨度8m，南北方向共9個開間，柱距為4m，天溝高度3.5m，屋脊高度5.2m。屋面及四周全部采用雙層充氣膜覆蓋，夜間室內(nèi)上部覆蓋綴鋁膜保溫幕（50%鋁膜，50%透明膜）

。室內(nèi)種植喜溫蔬菜，冬季夜間室外計算氣溫為-12℃，要求夜間室內(nèi)氣溫不低于15℃，試計算溫室的冬季采暖熱負(fù)荷及單位面積的采暖熱負(fù)荷，其中經(jīng)過覆蓋材料的傳熱、地中傳熱及冷風(fēng)滲透損失的熱量各占多少比例。采用熱水采暖，計算所需圓翼型散熱器配置數(shù)量。解：①溫室面積及室內(nèi)容積溫室內(nèi)地面面積As=長×寬=(10×8)×(9×4)=2880m2山墻面積2×10×8×（5.2×2/3+3.5/3）=741.3m2側(cè)墻面積

2×9×4×3.5=252m2屋面面積室內(nèi)容積

②覆蓋材料的傳熱量雙層充氣膜(雙層聚乙烯)K’=4.3W/(m2·℃)雙層充氣膜+綴鋁幕

K=K’(1-a)=

4.3×(1-0.39)=

2..623W/(m2·℃)③地中傳熱量

10m

Ksj=0.24

Ksj=0.12

10m

10m

10m

60m

16m

④冷風(fēng)滲透耗熱量Qv冷風(fēng)滲透量(換氣次數(shù)為1次/h)空氣密度冷風(fēng)滲透耗熱量：⑤采暖熱負(fù)荷

Qh=Qw+Qv+Qf=371460+126492+15552=513504W單位面積的采暖負(fù)荷為：513504/2880=178.3W/m2⑥各種傳熱途徑所占比例覆蓋材料的傳熱371460/513504=72.3%地中傳熱15552/513504=3.0%冷風(fēng)滲透損失126492/513504=24.6%⑦所需圓翼型散熱器配置數(shù)量按每m散熱量600W計算，所需圓翼型散熱器總長度為：513504/600=856m設(shè)脊高為，檐高為，溫室地面面積為，跨數(shù)為n，跨度為(對于文洛型溫室，為一個屋頂?shù)目缍?。①對稱雙坡屋面一面山墻的面積為：屋面的面積為：溫室的容積為：②拱形屋面一面山墻的面積為：屋面的面積為：溫室的容積為：系統(tǒng)組成：熱水鍋爐→輸送管道→散熱設(shè)備及附屬設(shè)備特點：水熱容量大，熱穩(wěn)定性好，室內(nèi)溫度波動小，停機(jī)后保溫性強(qiáng)；配置復(fù)雜、設(shè)備費(fèi)用高；預(yù)熱時間長適用范圍：大型溫室、有較長期和大量供熱需求的溫室圓翼型散熱器（鑄鐵、鋼）散熱量一般300～700W/m4.熱水采暖系統(tǒng)的設(shè)備5.熱風(fēng)采暖設(shè)備（熱風(fēng)爐或暖風(fēng)機(jī)）熱源：燃煤、燃油、燃?xì)?、電能、熱水、蒸汽特點：供熱系統(tǒng)簡單，配置安裝靈活、簡便，設(shè)備費(fèi)用較低；系統(tǒng)預(yù)熱時間短，升溫快；溫度穩(wěn)定性差，停機(jī)后溫度降低快。適用范圍：小型溫室或供熱需求較小的溫室，或用于大型溫室輔助加溫，尤其適用于短期臨時加溫?zé)犸L(fēng)溫度：30℃～60℃送風(fēng)量：每m2溫室面積送風(fēng)量27～36m3/h6.土壤加溫設(shè)備電加熱線及地中熱水管道加溫各氣候區(qū)連棟溫室加溫期及年耗煤量北ⅠA北ⅠB北ⅠB北ⅡA北ⅡC北ⅡB北ⅢA北ⅢB北ⅣA北ⅣB南ⅠA南ⅠB南ⅡB南Ⅲ區(qū)南ⅣA南ⅣB南ⅤA南ⅤB南ⅡA南ⅤA174～228天99～168t/畝174～228天99～168t/畝220～262天171～254t/畝210～240天134～180t/畝141～174天59～81t/畝170～197天73～116t/畝151～167天73～93t/畝184～202天97～120t/畝287～365天185～233t/畝97～141天29～51t/畝0～70天0～20t/畝104～124天34～42t/畝135～151天48～63t/畝79～116天21～38t/畝0050～128天13～39t/畝190～365天70～184t/畝北緯40度地區(qū)：溫室加溫能耗100～250W/m2燃煤消耗60～150kg/(m2·年)=40～100t/(畝·年)采暖煤、水電費(fèi)用占生產(chǎn)成本的50%～70%7.溫室采暖的節(jié)能溫室采暖節(jié)能的一些可行的途徑減少地中傳熱量（溫室周邊設(shè)置防寒溝）減少通風(fēng)或冷風(fēng)滲透的熱量損失（加強(qiáng)密閉性）加強(qiáng)溫室圍護(hù)覆蓋的保溫性（保溫覆蓋材料、設(shè)置保溫幕）提高加溫設(shè)備的熱轉(zhuǎn)換和利用效率有效利用新能源（可再生能源：太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能等）有效利用工農(nóng)業(yè)廢棄物能源（垃圾、作物秸稈、沼氣）工業(yè)（熱力發(fā)電廠）廢熱利用溫室運(yùn)行中的優(yōu)化管理⑴關(guān)于覆蓋材料保溫性

聚乙烯(PE)膜乙烯-醋酸乙烯（EVA、PO）復(fù)合膜聚氯乙烯（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（比單層覆蓋節(jié)能30%以上）保溫性提高方向⑵保溫幕（多層覆蓋）的采用

節(jié)能率20%～45%紅外反射材料——綴鋁膜保溫幕

⑶太陽能的充分利用

采用地中熱交換系統(tǒng)蓄熱增溫的溫室20～30℃14℃↗8～12℃18℃↘白晝蓄熱夜間放熱⑷地能利用

地源熱泵溫室加溫與降溫系統(tǒng)用于冬季溫室加溫，比燃煤熱水采暖系統(tǒng)節(jié)能40%≈15℃恒溫冬季-10℃熱泵工質(zhì)溫度>40℃≈15℃恒溫夏季30℃空調(diào)(熱泵)工質(zhì)溫度<10℃熱泵工作原理放熱壓縮機(jī)蒸發(fā)器冷凝器膨脹閥高壓高溫高壓低溫低壓低溫低壓低溫吸熱溫室地源熱泵加溫系統(tǒng)冬季地源熱泵系統(tǒng)供熱的運(yùn)行方式1/4熱量來自設(shè)備消耗電能換熱器放熱壓縮機(jī)蒸發(fā)器冷凝器膨脹閥高壓高溫高壓低溫低壓低溫低壓低溫吸熱3/4熱量來自地層換向閥換向閥供暖室內(nèi)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)夏季地源熱泵系統(tǒng)空調(diào)的運(yùn)行方式換熱器放熱壓縮機(jī)蒸發(fā)器冷凝器膨脹閥高壓高溫高壓低溫低壓低溫低壓低溫吸熱換向閥換向閥空調(diào)室內(nèi)中國農(nóng)大上莊實驗站采用地源熱泵供暖的溫室地源熱泵機(jī)房地源熱泵在溫室中的應(yīng)用溫室中的冷、暖供風(fēng)設(shè)備地源熱泵節(jié)能的分析地源熱泵系統(tǒng)供熱的能效比：一般地源熱泵系統(tǒng)COP≈4空氣源熱泵系統(tǒng)COP≈2地源熱泵系統(tǒng)空調(diào)的能效比：一般地源熱泵系統(tǒng)COP≈4空氣源熱泵系統(tǒng)COP≈2.5直接燃燒（效率100%）獲29.3MJ熱量鍋爐集中供暖（效率70%）獲20.5MJ熱量電供暖（COP=1）獲8.91MJ熱量空氣源熱泵（COP=2）獲17.83MJ熱量地源(埋管)熱泵（COP=4）獲35.65MJ熱量1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒熱量=29.3MJ2.475度電=8.91MJ以不同方式燃燒1kg標(biāo)準(zhǔn)煤獲取的熱量：發(fā)電即，提供熱量Q所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤：鍋爐集中供暖（效率70%）為：Q/20.5kg地源熱泵供暖（COP=4）為：Q/35.65kg地源熱泵供暖與鍋爐集中供暖相比，節(jié)能率為：半導(dǎo)體制冷獲2.64MJ冷量直燃式溴化鋰制冷機(jī)獲29.3MJ冷量蒸汽式溴化鋰制冷機(jī)獲16.1MJ冷量空氣源熱泵（COP=2.8）獲24.96MJ冷量水冷冷水機(jī)組（COP=3.5）獲31.2MJ冷量地源(埋管)熱泵（COP=4）獲35.65MJ冷量1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒熱量=29.3MJ2.475度電=8.91MJ以不同方式燃燒1kg標(biāo)準(zhǔn)煤獲取的冷量：發(fā)電①節(jié)能減排（實際一般可達(dá)40%以上）②加溫運(yùn)行效果穩(wěn)定，調(diào)控容易③不會污染農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)地區(qū)（對大城市城郊有特別意義）④同一套系統(tǒng)可兼用于加溫和降溫（但溫室夏季降溫冷負(fù)荷大，用于夏季降溫不經(jīng)濟(jì)）⑤地源熱泵用于農(nóng)業(yè)設(shè)施冬季采暖的費(fèi)用略高于燃煤采暖，而低于燃?xì)獠膳纾员本┑貐^(qū)為例，采暖的單位溫室面積費(fèi)用：燃煤約為70元/m2，燃?xì)鉃?00元/m2，地源熱泵為85元/m2地源熱泵用于農(nóng)業(yè)設(shè)施采暖的優(yōu)點與問題⑥建設(shè)費(fèi)用較高單位溫室面積所需供熱系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用：燃煤熱水采暖系統(tǒng)約為450～500元/m2地源熱泵供熱系統(tǒng)約為600元/m2其中： 室外工程（打井等）： 33% 熱泵機(jī)組： 25% 機(jī)房設(shè)備： 16% 溫室內(nèi)末端設(shè)備（風(fēng)機(jī)盤管等）：16% 其他： 10%二、溫室內(nèi)的光照環(huán)境及調(diào)控1.光照環(huán)境的要素

光質(zhì)（光色）—各波長光的能量分布（考慮不同波長光對植物的不同作用）

光照強(qiáng)度與光照量—光照的強(qiáng)弱及累積量（滿足植物光合作用的需要）

光照周期—明期、暗期的長短和交替周期規(guī)律（考慮植物的光周期作用）太陽輻射光譜波長（nm）05001500100020003000250025002000150010005000輻射能（W/m2.mm）地面大氣層外緣6000K黑體輻射可見光紅外線紫外線38076048.38.7%43.0%植物光合有效輻射(生理輻射)300～780nm——對植物生理產(chǎn)生作用的光輻射波長范圍400～720nm——產(chǎn)生植物光合作用的光輻射波長范圍，一般在400～700nm的范圍計量⑴光質(zhì)（光色）波長范圍不同波長的光熱輻射對植物及環(huán)境的作用300nm以下①對于多數(shù)植物，具有殺傷作用，可能導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉，影響光合作用，增加病菌感染。②加速塑料覆蓋材料老化300～400nm有利植物的成形與花、果著色、維生素C形成400～720nm①植物光合作用400～510nm藍(lán)紫光植物吸收率高，光合作用強(qiáng)，有利植物成形。510～610nm綠光植物吸收率及光合作用效率較低。610～720nm紅橙光植物吸收率高，光合作用強(qiáng)，一些條件下具有較強(qiáng)的光周期作用。②提供輻射熱量720～1000nm影響植物伸長，700～800nm輻射稱為遠(yuǎn)紅光，對光周期及種子形成有重要作用，并控制開花及果實顏色。1000～3000nm提供太陽輻射熱量。3000～80000nm常溫物體的熱輻射，散失溫室內(nèi)熱量?？梢姽饧t外光長波紅外輻射太陽輻射(短波輻射）紫外光⑵光照的強(qiáng)度及度量①光照度根據(jù)人的視覺光譜光效應(yīng)確定的單位面積光通量。（555nm黃綠光感覺量為1。）單位：lx（勒克斯）②光合有效輻射照度（PAR）單位時間、單位面積上照射的光合有效輻射能量。單位：W/m2③光合有效光量子流密度（PPFD或PPF）單位時間、單位面積上照射的光合有效輻射光量子數(shù)。單位：mmol/m2.s④太陽總輻射照度單位：W/m2說明：光合成有效輻射——400～700nm波長范圍內(nèi)的光輻射

mol（摩爾）——物質(zhì)的數(shù)量單位，1mol=6.02257×10231mol=1000000mmol光照度光合有效輻射照度光合有效光量子流密度各種光照度量單位的相互關(guān)系

光照度、輻射照度、光量子流密度等與光譜能量分布密切相關(guān)，幾者之間無固定的比例關(guān)系。

只有在確定的光譜能量分布情況下，才有明確的相關(guān)關(guān)系。一般天氣自然（太陽）光照情況下幾種光照度量單位的近似換算關(guān)系

光合有效輻射照度W/m2光合有效光量子流密度mmol/m2.s對應(yīng)的太陽總輻射照度W/m2光照度1klx≈4.2(4)16.8(18)10

klx數(shù)×4≈W/m2W/m2×4≈mmol/m2.s

室外日光溫室內(nèi)連棟溫室內(nèi)多數(shù)陽性植物最低要求光照度(lx)30000～5000015000～3500012000～2500020000PAR(W/m2)120～21060～14050～10080PPFD(mmol/m2·s)500～840250～580200～400300北京地區(qū)冬季晴天正午時刻的溫室內(nèi)外光照強(qiáng)度

光源PAR/照度W·m-2/klxPPFD/照度mmol·m-2·s-1/klxPPFD/PARmmol·m-2·s-1/W·m-2熒光燈2.7312.54.59金屬鹵化燈3.1314.44.59高壓鈉燈2.8145白熾燈3.9619.95.02藍(lán)色LED38.51453.76紅色LED24.01325.52日光（對照）4.216.84幾種光源的光照強(qiáng)度單位近似換算關(guān)系

⑶植物的光周期現(xiàn)象

在植物的光周期反應(yīng)中，光作為植物生長發(fā)育的控制信息發(fā)揮作用，連續(xù)光照時間與光質(zhì)是決定其作用的重要因素，能量大小是次要因素，照度僅數(shù)十lx即可發(fā)揮作用。長日照植物每天12小時以上光照促進(jìn)生長發(fā)育（大多數(shù)葉菜、豌豆、蔥、蒜、荷花、唐菖蒲等）短日照植物每天光照少于12～14小時才能正常生長發(fā)育（茼蒿、扁豆、豇豆、秋菊、一品紅、牽?；ǖ龋┲泄庑灾参飳庹諘r數(shù)無嚴(yán)格要求，一般每天8～16h均可（黃瓜、番茄、辣椒、四季豆、月季、香石竹、天竺葵等）

2.滿足溫室光照環(huán)境要求的調(diào)控工程手段

開發(fā)和選用合適的溫室覆蓋材料溫室建設(shè)方面，采用合理的方位與溫室結(jié)構(gòu)人工調(diào)控光強(qiáng)與光量調(diào)控——遮光調(diào)節(jié)（適當(dāng)減弱光強(qiáng)）光合補(bǔ)光（強(qiáng)光補(bǔ)充）光周期調(diào)控——遮光調(diào)節(jié)（嚴(yán)密遮光）延長暗期（低于10Lx）補(bǔ)光調(diào)節(jié)（50Lx以上弱光即可）延長光照時間（整夜連續(xù)補(bǔ)光、早晚延長補(bǔ)光和夜間間斷補(bǔ)光）光質(zhì)調(diào)控——采用滿足要求的具有特定光譜分布的人工光源補(bǔ)光采用滿足要求的具有特定光譜透過率的覆蓋材料3.人工光源⑴對人工光源主要的要求光譜性能：富含400～500nm藍(lán)紫光和600～700nm橙紅光并有適當(dāng)?shù)慕M成比例，以及滿足其他特定的光譜要求效率：發(fā)出的光合有效輻射量與消耗功率之比其他：使用壽命、價格等⑵人工光源的種類熱輻射光源：白熾燈、鹵鎢燈鎢絲中通過電流產(chǎn)生高溫（2400～3000℃）發(fā)光氣體放電光源：熒光燈、高壓水銀熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈物質(zhì)原子受電子激發(fā)產(chǎn)生光輻射。半導(dǎo)體光源：LED（發(fā)光二極管）鹵鎢燈壽命、發(fā)光的功率提高，光色有所改善，發(fā)光效率也有所提高。⑶幾種人工光源熱輻射光源：白熾燈結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，光照強(qiáng)度易于調(diào)節(jié)；

輻射光譜主要在紅外范圍，可見光所占比例很小，發(fā)光效率低，且紅光偏多，藍(lán)光偏少；

壽命短（1000小時）。

不宜用作光合補(bǔ)光的光源

但可作光周期補(bǔ)光的光源氣體放電光源：熒光燈

光譜性能好，發(fā)光效率較高，壽命長。

功率小，滿足一定光照強(qiáng)度所需燈具多，對自然光遮光大。目前在園藝設(shè)施補(bǔ)光中使用較多，尤其是用于無遮擋自然光問題產(chǎn)生的組培室中的人工光照。高壓水銀熒光燈易達(dá)到較高功率，壽命較長，但光色較差，發(fā)光效率略低于熒光燈，使用較少。金屬鹵化物燈

發(fā)光效率較高，功率大；

光色好（可改變金屬鹵化物組成滿足不同需要）；

壽命較高（數(shù)千小時）。使用較多高壓鈉燈

發(fā)光效率高，功率大；

光譜分布范圍較窄，黃橙光為主；

壽命高（12000～20000小時）。目前在園藝設(shè)施補(bǔ)光中使用較多。

低壓鈉燈

發(fā)光效率很高，功率大；

光色為單一的589nm黃色光；

壽命高（平均壽命18000小時）。光色單一，很少單獨(dú)使用，但可與其他光源配合使用。發(fā)光二極管（LED）單色性，波譜域?qū)拑H±20nm左右；沒有中、長波紅外輻射（對光合作用無效）的能量浪費(fèi)，發(fā)熱少，可實現(xiàn)近距離補(bǔ)光（提高光利用效率）；輻射效率和光量子效率極高；具有多種光色器件，可按需要組合不同單色（如紅＋藍(lán)）的LED滿足植物光合作用對光譜的需要；單體尺寸小，便于組合和使設(shè)備小型化；使用壽命長（5萬小時以上）；價格高，尤其是藍(lán)色LED目前價格較貴。LED人工光源幾種人工光源的發(fā)光效率及光照強(qiáng)度換算人工光源的應(yīng)用例三、溫室通風(fēng)工程1.溫室通風(fēng)換氣的目的①排除多余熱量，抑制高溫

春、夏、秋季，白晝太陽輻射（每平方米數(shù)百W）強(qiáng)烈，室外氣溫較高，溫室在封閉管理時室內(nèi)氣溫可高于室外20℃以上，甚至可超過50℃。②補(bǔ)充CO2

溫室內(nèi)白晝植物光合作用吸收CO2，室內(nèi)CO2濃度降低至100L/L以下，不能滿足植物光合作用需要。通風(fēng)可引入室外較高CO2濃度（350L/L）空氣。③排除室內(nèi)水汽，降低室內(nèi)空氣濕度

溫室密閉時相對濕度可達(dá)80%甚至95%以上。2.通風(fēng)的基本原理與形式作用范圍：全面通風(fēng)局部通風(fēng)工作動力：自然通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)⑴自然通風(fēng)

借助溫室內(nèi)外的溫度差產(chǎn)生的“熱壓”或室外自然風(fēng)力產(chǎn)生的“風(fēng)壓”促使空氣流動。通風(fēng)系統(tǒng)投資省、不消耗動力，使用經(jīng)濟(jì)，應(yīng)優(yōu)先采用。通風(fēng)能力有限，通風(fēng)效果易受周圍地勢和室外氣候條件（風(fēng)向、風(fēng)速、室內(nèi)外溫差）等因素影響。⑵機(jī)械通風(fēng)（強(qiáng)制通風(fēng)、風(fēng)機(jī)通風(fēng)）依靠風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓強(qiáng)制空氣流動。通風(fēng)能力強(qiáng)，效果穩(wěn)定?？稍诳諝膺M(jìn)入室內(nèi)前進(jìn)行加溫或降溫處理，便于組織室內(nèi)氣流和風(fēng)量調(diào)控。設(shè)備和維修費(fèi)用相對較大，運(yùn)行需要消耗電能。設(shè)備遮光，運(yùn)行中產(chǎn)生噪音。機(jī)械通風(fēng)的基本形式①進(jìn)氣式通風(fēng)系統(tǒng)（正壓通風(fēng)系統(tǒng)）對溫室密閉性要求低。進(jìn)風(fēng)口集中，便于對進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加溫、過濾等。溫室內(nèi)的空氣正壓可阻止塵埃和微生物隨空氣從縫隙進(jìn)入污染溫室內(nèi)環(huán)境，溫室內(nèi)衛(wèi)生條件較好。風(fēng)口風(fēng)速較高且吹向植物，室內(nèi)氣流分布不均，不便采用大通風(fēng)量。②排氣式通風(fēng)系統(tǒng)（負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)）

易于實現(xiàn)大風(fēng)量通風(fēng)。室內(nèi)氣流分布均勻。便于在進(jìn)風(fēng)口安裝濕墊等降溫設(shè)備。要求溫室有較好的密閉性。與外界的衛(wèi)生隔離較差。3.風(fēng)機(jī)的類型與性能①離心式風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)方向和氣流流向不具逆轉(zhuǎn)性；比轉(zhuǎn)數(shù)較小，風(fēng)壓大而空氣流量相對較??；工作靜壓1000Pa～3000Pa，或更高；適用于較長管路送風(fēng)，或氣流需經(jīng)過加熱或冷卻設(shè)備等通風(fēng)阻力較高的情況。②軸流式風(fēng)機(jī)

葉輪旋轉(zhuǎn)方向和氣流流向具可逆轉(zhuǎn)性；比轉(zhuǎn)數(shù)較高，流量大，風(fēng)壓低（適合大部分溫室使用要求）；

風(fēng)壓一般在數(shù)百Pa以下，（農(nóng)用低壓大流量風(fēng)機(jī)一般50Pa以下）；耗能少、效率較高，安裝和維護(hù)簡單；最佳工作范圍較窄，風(fēng)量不便調(diào)節(jié)。（一般不采用設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)節(jié)阻力大小的方法調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機(jī)的流量，需調(diào)節(jié)時，可采用改變轉(zhuǎn)速的方法，或采用數(shù)臺風(fēng)機(jī)，通過改變運(yùn)行風(fēng)機(jī)數(shù)量的方法改變總的通風(fēng)量。）適用于不采用空氣處理設(shè)備和不經(jīng)過管道輸送、風(fēng)機(jī)直接連通設(shè)施內(nèi)外空間的大多數(shù)進(jìn)氣通風(fēng)與排氣通風(fēng)系統(tǒng)。

農(nóng)用低壓大流量軸流風(fēng)機(jī)系列產(chǎn)品規(guī)格與性能

流量和風(fēng)壓大小與葉輪直徑、葉片傾斜角度等結(jié)構(gòu)參數(shù)以及葉輪轉(zhuǎn)速有關(guān)葉輪直徑范圍為560～1400mm；適用工作靜壓：約10～50Pa；風(fēng)量約達(dá)8000～55000m3/h（單位功率通風(fēng)量35～60(m3/h)/W）；噪聲約在70dB以下。農(nóng)用低壓大流量軸流風(fēng)機(jī)系列產(chǎn)品性能風(fēng)機(jī)型號葉輪直徑/mm葉輪轉(zhuǎn)速/r·min-1靜壓/Pa電機(jī)功率/kW0122532384555風(fēng)量/m3·h-19FJ5.65609301050010200970093009000870081000.259FJ6.060093012000114901115010810104701013096400.379FJ7.1710635138001330013000127801260012400118000.379FJ9.0900440201001900018000173001670016000151000.559FJ10.01000475260002480023270224202157020720192000.559FJ12.51250320330003150030500285002700025000210000.759FJ14.01400340570005547053770527505140050040455001.54.通風(fēng)量的概念與通風(fēng)設(shè)計的原則①《溫室通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》NY/T1451-2007（主要依據(jù)的規(guī)范）②《溫室通風(fēng)降溫設(shè)計》GB/T18621-2002（次要參考）必要通風(fēng)量

——根據(jù)控制溫室內(nèi)氣溫、濕度和調(diào)控溫室內(nèi)的空氣成份等方面的需要確定的通風(fēng)量。設(shè)計通風(fēng)量

——溫室的通風(fēng)系統(tǒng)在單位時間內(nèi)交換的室內(nèi)外空氣體積（溫室的設(shè)計通風(fēng)能力）。通風(fēng)設(shè)計的原則設(shè)計通風(fēng)量≥必要通風(fēng)量5.溫室的必要通風(fēng)量L式中As——溫室地面面積，m2；L0——必要通風(fēng)率，m3/(m2·s)⑴排除多余熱量，控制室溫的必要通風(fēng)率

式中S—室外水平面太陽輻射照度，W/m2；a—溫室受熱面積修正系數(shù)，1.0～1.3；r—室內(nèi)日照反射率，0.1；—屋面日光透過率，無遮陽0.6～0.7，有遮陽網(wǎng)0.2～0.4；a—空氣密度，1.2kg/m3；e—水分蒸發(fā)蒸騰消耗熱量的比例，0.5~0.7；cp—空氣比熱容，1030J/(kg·℃)；t1，t2—進(jìn)入與排出溫室的空氣溫度，℃；ti，to—室內(nèi)與室外氣溫，℃；W—溫室散熱比，1.2～1.5（連棟溫室）或1.7～2.0（單棟溫室）；K—溫室覆蓋層平均傳熱系數(shù)，W/(m2·

℃)。夏季高溫時節(jié)，通風(fēng)率L0達(dá)到0.08m3/(m2·s)以上時，再繼續(xù)增大通風(fēng)量，降溫的效果幾乎不再增加。室內(nèi)氣溫將維持在比室外高1～2℃的水平。如希望獲得更低的室內(nèi)氣溫，再增大通風(fēng)量是不能達(dá)到目的的，反而使通風(fēng)能耗不必要地增加。這時應(yīng)考慮采取其他降溫措施。因此，通風(fēng)率L0應(yīng)控制在0.08m3/(m2·s)以下為宜。⑵補(bǔ)充CO2的必要通風(fēng)率（一般為0.01～0.05m3/(m2·s)）式中Co —室外空氣CO2濃度，一般約0.6g/m3；Ci—設(shè)定的室內(nèi)空氣CO2濃度，一般0.5g/m3；fc—植物葉面積指數(shù)，一般為2～5；As

—溫室面積，m2；Ap

—作物栽培面積，m2；P—單位植物葉面積對CO2的平均吸收強(qiáng)度，一般約為0.58×10-3g/(m2·s)；Ps—單位溫室面積的土壤CO2呼出強(qiáng)度，g/(m2·s)，Ps=

Ps03t/10g/(m2·s)；Ps0—土壤0℃時的CO2釋放量，一般肥沃土壤約為0.01×10-3g/(m2·s)；t—土壤溫度，℃。⑶排除水汽，降低室內(nèi)空氣濕度的必要通風(fēng)率一般為0.01～0.05m3/(m2·s)白晝：夜間：式中S—室外水平面太陽總輻射照度，W/m2；a—溫室受熱面積修正系數(shù)，1.0～1.3；e—水分蒸發(fā)蒸騰消耗熱量的比例，0.5～0.7；r—室內(nèi)日照反射率，0.1；—屋面日光透過率，無遮陽時0.6～0.7，有遮陽網(wǎng)時0.2～0.4；r—水的蒸發(fā)潛熱，2442kJ/kg；Wi，Wo—室內(nèi)、室外空氣的含濕量，g/kg(a)；ra—室內(nèi)空氣的密度，kg/m3；Kd—蒸騰蒸發(fā)系數(shù)，夜間時為(10～15)×10-6g/(m2·s·Pa)；pws—室內(nèi)氣溫下的飽和水蒸汽壓力，Pa；pw—室內(nèi)空氣的水蒸汽分壓力，Pa。6.溫室的設(shè)計通風(fēng)量⑴熱壓作用時的自然通風(fēng)量常見簡單情況的計算方法（全部通風(fēng)窗口布置在二個高度上，且進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口的流量系數(shù)分別相同）式中Aa，Ab—下部與上部通風(fēng)窗面積，m2ma，mb—下部與上部通風(fēng)窗流量系數(shù)，0.2~0.65h—二通風(fēng)窗中心相距高度，mTi，To—室內(nèi)、外空氣溫度，Kg—重力加速度，9.81m/s2TiToAbmb

Aamah式中vo—室外風(fēng)速，m/s；C—風(fēng)壓系數(shù)，與建筑物外形及具體部位、風(fēng)向有關(guān)，一般迎風(fēng)面0.8，背風(fēng)面-0.5。Abmb

Aama

vo

Ca

Cb⑵風(fēng)壓作用時的自然通風(fēng)量常見簡單情況的計算方法所有進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)壓系數(shù)和流量系數(shù)均相同，分別為Ca,ma，所有排風(fēng)口的風(fēng)壓系數(shù)和流量系數(shù)均相同，分別為Cb,mb，風(fēng)壓作用自然通風(fēng)量的簡化算法式中：vo—室外風(fēng)速，m/s

A—迎風(fēng)面或背風(fēng)面通風(fēng)口面積總和，m2E—風(fēng)壓通風(fēng)有效系數(shù)，風(fēng)向垂直于墻面時，E=0.5～0.6風(fēng)向傾斜時，E=0.25～0.35⑶機(jī)械通風(fēng)時的設(shè)計通風(fēng)量

根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)阻力、風(fēng)機(jī)性能與數(shù)量確定。（略）四、溫室降溫工程

僅依靠通風(fēng)、空氣無降溫處理時溫室控溫能力控溫最大限度:室外氣溫＋1～2℃

我國絕大部分地區(qū)，夏季室外氣溫較長時期高于30℃，且太陽輻射強(qiáng)烈，單純依靠通風(fēng)，要將溫室內(nèi)氣溫控制在大多數(shù)作物適宜的氣溫上限（30℃）以下是不可能的。必須采取通風(fēng)以外的降溫措施。二個方面的降溫措施：①對進(jìn)入溫室的空氣進(jìn)行降溫處理②遮陽1.人工降溫的方式①機(jī)械制冷（利用壓縮制冷設(shè)備制冷）制冷量大，降溫能力強(qiáng)，不受外界條件限制；制冷的同時可除濕；設(shè)備投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用高。②冷水降溫（低溫冷水吸收空氣中的熱量）降溫效果取決于冷水溫度，如水溫足夠低，氣溫可降低至濕球溫度以下；冷水溫度在露點溫度以下時，可除濕；需低溫水源，耗水量大。③蒸發(fā)降溫（水在空氣中蒸發(fā)，從空氣中吸收熱量，降低空氣溫度）降溫效果顯著，耗水量小。比較：冷水降溫——冷水溫度12℃，吸熱后升到22℃，溫升10℃，消耗每kg冷水所吸收的熱量為41.8kJ蒸發(fā)降溫——每kg水蒸發(fā)所能吸收的熱量為2442kJ消耗每kg水從空氣中吸收的熱量，蒸發(fā)降溫為冷水降溫方法的58倍或在吸收相同熱量的情況下，蒸發(fā)降溫的耗水量僅為冷水降溫的1/58

設(shè)備簡單，費(fèi)用低（約為機(jī)械制冷降溫的七分之一）；運(yùn)行費(fèi)用低（約為機(jī)械制冷降溫的十分之一）；缺點：降溫的同時，會增加空氣的濕度；降溫效果受氣候條件影響，在濕度較大的天氣下不能獲得好的降溫效果。蒸發(fā)降溫技術(shù)與設(shè)備已在農(nóng)業(yè)設(shè)施中廣為采用干球濕球溫度溫度2.蒸發(fā)降溫的技術(shù)特點二大類蒸發(fā)降溫的技術(shù)與設(shè)施：

濕簾降溫水附著在吸水材料表面，與流經(jīng)材料表面的空氣接觸而蒸發(fā)吸熱

霧化降溫霧化水滴噴入空氣中，與空氣接觸蒸發(fā)吸熱蒸發(fā)降溫的極限是空氣的濕球溫度。

評價蒸發(fā)降溫技術(shù)和設(shè)備的降溫性能優(yōu)劣的指標(biāo)：降溫效率h式中ta，tb——降溫前、后的空氣溫度（干球溫度），℃；

tw——空氣的濕球溫度，℃。已知降溫技術(shù)和設(shè)備的降溫效率h，根據(jù)室外氣候條件，可計算空氣經(jīng)降溫處理后的氣溫為：ta=35℃tw=24℃f=40%tb=26.2℃tw=24℃f=83%h=80%h(ta－tw)=0.8×(35-24)=8.8℃

蒸發(fā)降溫幅度取決于：①降溫設(shè)施的降溫效率；②天氣（空氣狀態(tài)）。天氣干燥，干、濕球溫差大時，降溫效果較好。在潮濕的天氣下，干、濕球溫差較小，即使降溫設(shè)施降溫效率較高，也不會取得較好的降溫效果。我國氣候條件下蒸發(fā)降溫適應(yīng)性分析黃河流域及以北地區(qū)在需降溫的室外氣溫較高時刻（正午），相對濕度約在40%～50%甚至更低，蒸發(fā)降溫有較好的效果；（to=35℃，f=45%，tw=25.1℃）

降溫幅度通常可達(dá)7～10℃；夏季空調(diào)室外計算濕球溫度在27℃以下，在蒸發(fā)降溫設(shè)備一定的降溫效率下，室外空氣經(jīng)過蒸發(fā)降溫處理，氣溫約可降低至26～28℃；考慮空氣進(jìn)入溫室后的溫升，溫室內(nèi)氣溫一般約可控制在28～30℃以下。長江流域及以南地區(qū)

連陰雨天氣相對濕度高達(dá)80%，但該時期氣溫多在30℃以下，不需降溫；在需降溫天氣的室外氣溫較高時刻（正午），相對濕度約為50%～60%，蒸發(fā)降溫可發(fā)揮較明顯的效果；（to=35℃，f=60%，tw=28.2℃）

蒸發(fā)降溫幅度可達(dá)5～8℃；夏季空調(diào)室外計算濕球溫度約為27～28.5℃，室外空氣在經(jīng)蒸發(fā)降溫后，氣溫約可降低至28～30℃；考慮空氣進(jìn)入溫室后的溫升，溫室內(nèi)氣溫一般約可控制在29～32℃以下。3.濕簾（濕墊）—風(fēng)機(jī)蒸發(fā)降溫系統(tǒng)⑴濕簾（濕墊）的特性材料：白楊刨花、棕絲、多孔混凝土板、塑料、棉麻或化纖紡織物等多孔疏松的材料，波紋紙質(zhì)濕墊最為多用。尺寸：波紋紙質(zhì)濕墊厚80～200mm，一般高1～2m。濕墊及供水系統(tǒng)特點：

通風(fēng)阻力相對較??；熱質(zhì)交換表面積大、降溫效率高，工作穩(wěn)定可靠；安裝使用簡便；長期使用時空氣中塵垢與水中鹽類在紙簾上沉積將降低其效率，增大通風(fēng)阻力；使用后易收縮與變形，使用壽命還有待提高。濕簾的技術(shù)性能：降溫效率h=70%～90%通風(fēng)阻力Dp=10~60Pah與Dp主要與濕簾厚度及過簾風(fēng)速vp有關(guān)vp

＝通風(fēng)量/濕簾面積濕簾越厚、過簾風(fēng)速越低，則降溫效率越高；濕簾越厚、過簾風(fēng)速越高，則通風(fēng)阻力越大。濕墊厚度200mm165mm125mm140mm100mm濕墊厚度200mm165mm140mm125mm100mm

為使?jié)窈熅哂休^高的降溫效率，同時減小通風(fēng)阻力，過簾風(fēng)速不宜過高，但也不能過低，否則使需要的濕簾面積過分增大，設(shè)備費(fèi)用增加，一般取過簾風(fēng)速為1～2m/s。濕墊冷風(fēng)機(jī)（下吹式）4.濕簾冷風(fēng)機(jī)型式:下吹式、上吹式、側(cè)吹式使用靈活，對設(shè)施密閉性無要求，方便控制降溫后的冷風(fēng)輸送方向和位置；每臺風(fēng)量2000～9000m3/h；設(shè)備投資費(fèi)用比濕墊風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)大。5.噴霧降溫系統(tǒng)⑴室內(nèi)細(xì)霧降溫

①特點

投資較低，安裝簡便，使用靈活（自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)均可使用）；可兼用于噴灑消毒、除病蟲的藥劑；要求霧滴直徑在50mm～80mm以下；全室內(nèi)平均降溫效率20%～60%；噴霧量難于根據(jù)使用條件調(diào)節(jié)，易噴霧過量，造成淋濕動、植物、地面積水和室內(nèi)過高濕度的情況；

②噴霧設(shè)備液力霧化采用高壓水泵產(chǎn)生高壓水流，通過液力噴嘴噴出霧化。霧化量大，設(shè)備簡單，設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用低；霧滴大小取決于噴嘴和噴霧壓力，壓力越高霧滴越細(xì)，通常噴霧壓力0.7～2MPa，一般霧滴粒徑較大（最大粒徑>100m）。氣力霧化采用高速空氣流進(jìn)行霧化，需要壓縮空氣設(shè)備，投資較高，實際應(yīng)用很少。離心式霧化水流送到高速旋轉(zhuǎn)的圓盤，從其邊緣高速甩出與空氣撞擊而霧化。霧滴小，不需高壓水泵，不堵塞。但需高轉(zhuǎn)速的動力，設(shè)備費(fèi)較高。霧滴四處飛散，方向性差。為此，離心式霧化器多與軸流風(fēng)機(jī)組合成一體——噴霧風(fēng)機(jī)，利用軸流風(fēng)機(jī)排風(fēng)口的射流輸送霧滴和控制霧滴撒布的方向。⑶集中霧化降溫⑷屋面噴水降溫

在屋面上設(shè)置噴水管路和噴嘴，將水噴灑在屋面上吸熱降溫。其優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，且不會增加室內(nèi)濕度，可有效減少通過屋面?zhèn)魅胧覂?nèi)的熱量。但降溫效果有限。在溫室屋面噴水時，還會產(chǎn)生屋面結(jié)垢的污染，影響屋面的透光率。⑸霧簾降溫⑹噴淋降溫

直接向植物噴水，水在葉面蒸發(fā)直接帶走熱量。6.溫室的遮陽

兼有降溫與調(diào)節(jié)（降低）光照強(qiáng)度的作用⑴室外遮陽

塑料遮陽網(wǎng)，聚烯烴樹脂為主要原料的黑色、銀灰色、綠色等顏色網(wǎng)狀材料。遮光率20%～80%。室外遮陽網(wǎng)將太陽輻射遮擋在室外，遮陽網(wǎng)自身吸收的熱量散發(fā)的室外，其降溫效果優(yōu)于室內(nèi)遮陽。

在冬季可兼作為保溫幕使用，適用于冬季保溫與夏季降溫并重的地區(qū)。⑵室內(nèi)遮陽

采用可以有效反射日光的鋁箔或鍍鋁薄膜條編織的綴鋁膜，可將進(jìn)入溫室的部分太陽輻射反射出去。鋁箔或鍍鋁薄膜條與透明薄膜條按不同比例編織，獲得不同遮光率。溫室通風(fēng)降溫的綜合例題例題北京地區(qū)某連棟玻璃溫室，東西方向共10連棟，跨度為9.6m，溫室東西長96m，南北寬40m。根據(jù)夏季室內(nèi)種植的植物需將溫室內(nèi)氣溫控制在30℃以下的要求，確定采用室內(nèi)遮陽幕和濕簾—風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)。溫室采用室內(nèi)遮陽幕后的覆蓋層透光率為0.35。試選擇和配置合適的濕墊—風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)。（溫室受熱面積修正系數(shù)1.1，全溫室覆蓋表面平均傳熱系數(shù)5.5W/(m2·℃)，散熱比1.4，溫室蒸騰、蒸發(fā)潛熱與吸收的太陽輻射熱之比為0.6）。

解：①確定室外氣象計算參數(shù)查得北京地區(qū)（北緯40o，大氣透明度等級4級）夏季室外水平面太陽總輻射照度為949W/m2，根據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范GBJ19-87》，夏季空調(diào)室外計算干球溫度to=33.2℃，室外計算濕球溫度tw=26.4℃。②確定室內(nèi)環(huán)境參數(shù)根據(jù)植物要求，室內(nèi)平均氣溫要求為：ti=30℃降溫前的室外空氣溫度to=33.2℃設(shè)濕簾降溫效率＝80%則室外空氣經(jīng)濕簾降溫后進(jìn)入溫室時的氣溫t1為：℃確定溫室排風(fēng)的溫度t2機(jī)械通風(fēng)時，室內(nèi)從進(jìn)風(fēng)口至排風(fēng)口形成逐漸升高的溫度分布，室內(nèi)平均氣溫按ti＝(t1+t2)/2計算，則排風(fēng)溫度：t2=2ti－t1=2×30－27.8=32.2℃③計算必要通風(fēng)量必要通風(fēng)率：必要通風(fēng)量：④選用風(fēng)機(jī)選擇9FJ12.5風(fēng)機(jī)10臺（每跨1臺），在靜壓25Pa時其每臺風(fēng)量為30500m3/h，9FJ6.0風(fēng)機(jī)10臺（每跨1臺），在靜壓25Pa時其每臺風(fēng)量為11150m3/h，總風(fēng)量＝10×30500＋10×11150=416500m3/h（115.7m3/s）⑤計算濕墊用量取過墊風(fēng)速vp＝1.5m/s，則濕墊面積：Fp=L/vp＝115.7/1.5=77.1m2確定采用厚度Bp=120mm，高度Hp=1.5m的濕墊，濕墊布置總長度Lp=64m，實際濕墊面積Fp=Hp×Lp＝1.5×64=96m2，過墊風(fēng)速vp＝1.21m/s。由濕墊生產(chǎn)廠家提供的濕墊性能資料，在vp＝1.21m/s時，該濕墊降溫效率h＝82%，通風(fēng)阻力Dp＝20Pa，與上述計算中的假定相比，均有一定富余，可靠性較高。（如考慮更節(jié)省的方案，可修改設(shè)備選用方案，再進(jìn)行核算。）⑥水循環(huán)系統(tǒng)的計算空氣經(jīng)過濕墊降溫前后的氣溫為to與t1，則蒸發(fā)水量為：取水循環(huán)系統(tǒng)供水量為蒸發(fā)水量的10倍，即取nw=10，則供水量為：Lw=3600nwE/106=3600×10×287/106=10.3m3/h據(jù)此可選擇水泵的型號和數(shù)量。循環(huán)水池的容積：V=nVLpHpBp＝0.4×64×1.5×0.12=4.6m3五、二氧化碳施肥1.特點與性能

①建設(shè)費(fèi)用較低。

（普通連棟溫室的1/10～1/3）②依靠室內(nèi)墻體和地面蓄熱以及屋面的嚴(yán)密保溫，在不加溫的情況下，冬季夜間室內(nèi)最低氣溫可高于室外最低氣溫20～30℃。③在我國北方北緯32°～41°甚至43°地區(qū)，冬季夜間室外最低氣溫為-15℃時，室內(nèi)氣溫能維持在10℃左右，可無加溫條件下進(jìn)行喜溫蔬菜的越冬生產(chǎn)。④日光溫室已成為我國最出色、最實用和廣泛應(yīng)用的主流園藝設(shè)施，接近占園藝設(shè)施總面積的1/3。六、節(jié)能型日光溫室2.日光溫室優(yōu)良保溫節(jié)能性的機(jī)理

①日光溫室的采光屋面為具有較好透光角度、利于日光透過的南向屋面，同時其遮光構(gòu)件少，因此具有良好的日光透過特性。其屋面平均透光率一般為60%～80%，而一般普通溫室的屋面平均透光率僅為45%～55%。這有利于保證溫室內(nèi)良好的光照條件，同時，增加進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱量，提高室內(nèi)白晝的氣溫和墻體、地面的蓄積熱量。②溫室后墻參與截獲和吸收太陽輻射熱能，與僅能在水平栽培面積上獲得太陽直接輻射能的溫室或塑料大棚相比，日光溫室內(nèi)獲得的太陽直接輻射能大大增加，獲得近2倍栽培面積上的太陽輻射熱能。后墻③依靠墻體的良好保溫性能和在夜間屋面采用嚴(yán)密的保溫覆蓋，最大限度地減少了夜間溫室的熱量損失。

后墻總熱阻達(dá)到約3m2?℃/W或更高（傳熱系數(shù)<0.33W/(m2?℃)）前屋面總熱阻達(dá)0.5m2?℃/W以上（傳熱系數(shù)<2W/(m2?℃)）對比：單層聚乙烯膜傳熱系數(shù)約為8.2W/(m2?℃)雙層薄膜＋綴鋁保溫幕傳熱系數(shù)約為3.8W/(m2?℃)④日光溫室厚重的后墻可在白晝有效地蓄積所吸收的太陽熱能，夜間緩慢地釋放回溫室內(nèi)。

根據(jù)理論分析和實驗測定，在夜間，北墻單位面積的墻面釋放到溫室內(nèi)的熱流強(qiáng)度可以達(dá)到20～50W/m2，累計加溫?zé)崃靠蛇_(dá)到2MJ/m2左右。與普通溫室相比，相當(dāng)于日光溫室增加了一個加溫的熱源。因此北墻實際上在夜間成為日光溫室內(nèi)的加溫?zé)嵩粗?。（日光溫室?nèi)另一熱量來源是溫室內(nèi)的地面，夜間其熱流強(qiáng)度可以達(dá)到10～30W/m2。）

冬季晴天正午日光溫室地面與墻面吸收的太陽熱量100~200W/m2

150~300W/m2

冬季夜間日光溫室地面與墻面釋放的熱量20~50W/m2

10~30W/m2

3.日光溫室近年來的發(fā)展建筑型式更加多樣化建筑體型與規(guī)格、構(gòu)造尺寸的發(fā)展與變化墻體和屋面骨架材料保溫被與卷簾機(jī)提高日光溫室環(huán)境綜合調(diào)控能力設(shè)計與建造的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范制訂遼沈Ⅰ型日光溫室遼沈Ⅲ型日光溫室⑴形式與結(jié)構(gòu)多樣化的探索

北京地區(qū)

日光溫室二種潮流的日光溫室①磚墻（或其他建材）日光溫室多為溫室工程公司為農(nóng)業(yè)園區(qū)或園藝生產(chǎn)企業(yè)建設(shè)磚墻、鋼結(jié)構(gòu)骨架、保溫被室內(nèi)無立柱，空間較大、較為美觀設(shè)置通風(fēng)窗、卷簾等設(shè)施，配套一定的調(diào)控設(shè)備占地少，造價較高②土墻日光溫室

多為農(nóng)村當(dāng)?shù)刈越ㄍ翂?、竹木（部分有少量鋼材）骨架、草簾室?nèi)有立柱、不講求外觀無通風(fēng)窗、注重密閉保溫，部分開始配置卷簾機(jī)后墻占地較多，造價較低5~8m10~14m0.5~1.5m1.5~3m4~5m走道山東地區(qū)日光溫室

厚土墻大跨下沉式日光溫室山東厚土墻大跨下沉式日光溫室山東厚土墻大跨下沉式日光溫室雙連跨日光溫室

多連跨日光溫室

其他形式日光溫室的探索

南北雙連跨（陰陽型）日光溫室

陽棚的用途與普通日光溫室相同陰棚對于墻體北面有保溫的作用陰棚內(nèi)光照條件較差，溫度低，但高于露地，用于種植不需光照或?qū)庹找蟮偷淖魑?，如食用菌、喜陰葉菜、花卉等可顯著提高土地利用率陽棚陰棚

南北雙連跨（陰陽型）日光溫室

保溫被內(nèi)置型(薊春型)日光溫室可有效防止保溫被或草簾被雨雪浸濕和大風(fēng)掀起內(nèi)層薄膜可以自由開閉，有效調(diào)控室內(nèi)溫濕度環(huán)境屋面保溫性顯著提高存在問題

日光溫室設(shè)計建造方法的規(guī)范性差，各地的探索、實踐經(jīng)驗需要認(rèn)真總結(jié)、交流。較多的日光溫室在屋面采光、體型設(shè)計、結(jié)構(gòu)參數(shù)和一些保溫蓄熱構(gòu)造設(shè)計等方面仍存在不夠合理之處。一些日光溫室的采光條件較差、室內(nèi)溫度過低（<6℃）、作物受到冷害等問題仍較為突出，生產(chǎn)存在較大風(fēng)險。⑵墻體材料及構(gòu)造墻體的作用：蓄熱與保溫理想的墻體材料及構(gòu)造：內(nèi)側(cè)蓄熱性和外側(cè)保溫性良好的異質(zhì)材料復(fù)合墻體墻體內(nèi)側(cè)要求采用蓄熱性良好的材料墻體外側(cè)要求采用保溫性良好的材料土墻與石砌體墻：蓄熱性良好，保溫性差，承載力差，但就地取材、造價低廉，可依靠大厚度解決保溫性較差問題，但占地較多，土地利用率低。粘土磚墻：蓄熱性良好，強(qiáng)度和承載能力高，保溫性較差，通常與發(fā)泡聚苯板（或其他保溫材料）共同組成復(fù)合墻體。造價高，且耗費(fèi)土地資源。粘土磚替代材料的開發(fā)研究加氣混凝土砌塊：保溫性較粘土磚好，但蓄熱性較差。爐渣混凝土砌塊等：熱工性能接近粘土磚。

保溫蓄熱性能較好、且強(qiáng)度較高、價格低廉的墻體材料的開發(fā)仍是有待研究解決的問題。增強(qiáng)墻體蓄熱作用的其他研究蜂窩面（凹凸表面）墻體潛熱材料蓄熱墻體在墻體內(nèi)側(cè)材料中加入融點在20℃左右的材料（如硬脂酸正丁酯/石蠟/十水硫酸鈉/十水碳酸鈉等），白晝潛熱材料融化吸熱，夜間凝固放熱。⑶復(fù)合材料保溫被的研究開發(fā)保溫主體材料:再生棉（毛）氈發(fā)泡塑料（PE等）不織布、晴綸棉

面料：（承受拉力、防水等）化纖防水布增強(qiáng)保溫性的材料層：薄膜（阻隔空氣對流）鋁反射膜（減少紅外輻射散熱）保溫被的研究開發(fā)中存在的問題具有良好保溫性、防風(fēng)、防水性、機(jī)械強(qiáng)度、耐久性等性能且價格低廉的理想材料的篩選。不同功能材料的優(yōu)化組合。保溫被材料重量過小，在室外風(fēng)力作用下掀動，影響其保溫性。加工工藝，防止針孔滲水等問題。價格問題（目前多數(shù)保溫被產(chǎn)品價格為15~25元/m2）保溫性測定與評價。關(guān)于保溫被的保溫性的測定與評價《溫室覆蓋材料保溫性測定方法》標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制訂，目前已上報待批。保溫性評價指標(biāo)：①傳熱系數(shù)K，單位：W/(m2?℃)②傳熱阻（熱阻）R（=1/K），單位m2?℃/W保溫被傳熱系數(shù)K越小，傳熱阻R越大，保溫性越好溫室覆蓋材料保溫性能測試臺中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點開放實驗室?guī)追N保溫被與草簾保溫性能測定結(jié)果對比保溫覆蓋物傳熱系數(shù)W/(m2?℃)傳熱阻m2?℃/W防水布+不織布+1kg/m2毛氈+不織布+防水布1.550.65防水布+12mm發(fā)泡聚乙烯+鋁反射膜1.70.59草簾（單層4kg/m2）1.4~1.70.71~0.59草簾（雙層8kg/m2）0.8~1.21.25~0.83對比：單層玻璃傳熱系數(shù)7.6W/(m2?℃)8mm中空PC板傳熱系數(shù)4.5W/(m2?℃)⑷卷簾機(jī)的發(fā)展頂部支架卷繩式卷簾機(jī)卷繩簾卷電動機(jī)減速機(jī)機(jī)架端部伸縮擺桿卷軸式卷簾機(jī)中部折臂卷軸式卷簾機(jī)

中部拱形軌道卷軸式卷簾機(jī)

⑸提高日光溫室環(huán)境綜合調(diào)控能力增加機(jī)械通風(fēng)、降溫設(shè)備增加遮陽設(shè)施增加開窗機(jī)構(gòu)CO2施肥（秸稈生物反應(yīng)堆等）技術(shù)的采用無土栽培技術(shù)的采用環(huán)境自動監(jiān)測與控制系統(tǒng)的采用植物聲頻技術(shù)實驗與應(yīng)用增加機(jī)械通風(fēng)、降溫與遮陽設(shè)施，抑制室內(nèi)高溫，解決日光溫室夏季使用的環(huán)境調(diào)控問題電動開窗機(jī)構(gòu)，提高環(huán)境調(diào)控效果和工作效率循環(huán)式海綿基質(zhì)栽培日光溫室中的無土栽培試驗有機(jī)型基質(zhì)無土栽培⑹日光溫室相關(guān)的設(shè)計、建造標(biāo)準(zhǔn)制定與實施全國性的標(biāo)準(zhǔn):《日光溫室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》NYJ/T07-2005《寒地節(jié)能日光溫室建造規(guī)范》GB/T19561-2004《日光溫室和塑料大棚結(jié)構(gòu)與性能要求》GB/T19165-2003《日光溫室結(jié)構(gòu)》JB10286-2001《日光溫室技術(shù)條件》NY/T610-2002有關(guān)日光溫室設(shè)計與建造標(biāo)準(zhǔn)存在的問題大部分標(biāo)準(zhǔn)沒有得到很好的貫徹實施，原因：宣傳不夠。日光溫室多為農(nóng)戶自建，隨意性較大。標(biāo)準(zhǔn)本身還不夠完善。各地條件（地理、氣候、技術(shù)和生產(chǎn)等方面）差異較大，難以統(tǒng)一做法。生產(chǎn)實際中，生產(chǎn)要求和日光溫室工程技術(shù)等方面發(fā)展較快，原規(guī)范不能反映新的發(fā)展情況。⑺日光溫室熱環(huán)境模擬評價和優(yōu)化軟件研究工作的介紹日光溫室的設(shè)計、建造與新材料開發(fā)應(yīng)用等方面，目前還多是依據(jù)有限的經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)和科學(xué)的方法，其性能潛力還未得到充分發(fā)揮。日光溫室內(nèi)環(huán)境影響因素眾多，其形成機(jī)理是涉及多專業(yè)領(lǐng)域理論知識的復(fù)雜問題，難以用簡單的計算和分析準(zhǔn)確定量地加以解決。研究日光溫室科學(xué)的分析和設(shè)計方法，是設(shè)施農(nóng)業(yè)工程工程界的一項很有意義的工作。日光溫室熱環(huán)境模擬評價和優(yōu)化軟件，是采用科學(xué)的理論，創(chuàng)造的日光溫室輔助設(shè)計的工具，其作用為：預(yù)測在一定的溫室建造方案和室外氣象條件下，日光溫室內(nèi)熱、濕環(huán)境狀況。為日光溫室設(shè)計與建設(shè)方案合理性提供較為準(zhǔn)確量化的分析評價方法和工具。為日光溫室墻體和保溫覆蓋材料開發(fā)、構(gòu)造設(shè)計提供準(zhǔn)確量化的分析評價方法和工具。

日光溫室熱環(huán)境模擬評價和優(yōu)化軟件的主要方法和技術(shù)路線①構(gòu)建日光溫室熱環(huán)境理論模型②選擇模型求解方法、編制日光溫室熱環(huán)境動態(tài)的數(shù)值模擬計算機(jī)程序③建立日光溫室熱環(huán)境評價指標(biāo)和評價方法④開發(fā)日光溫室熱環(huán)境模擬評價和優(yōu)化的計算機(jī)軟件日光溫室熱環(huán)境理論模型總體方案——采用模塊化結(jié)構(gòu)墻體傳熱模塊

Qw覆蓋層傳熱模塊

Qg地中傳熱模塊

Qs蒸騰蒸發(fā)模塊

Qe熱、質(zhì)平衡濕空氣狀態(tài)太陽輻射模塊

通風(fēng)模塊

Qv室外氣象條件

評價系統(tǒng)(指標(biāo)與方法)日光溫室總能量微分方程日光溫室室內(nèi)氣溫ti隨時間變化的推移式（ti0——初始?xì)鉁卅——時間步長）墻體傳熱的模擬①（拉普拉斯積分）變換法：諧波反應(yīng)法、反應(yīng)系數(shù)法……②有限差分法③有限元法……利用CFD商業(yè)軟件（Fluent等）日光溫室熱環(huán)境模擬輸出參數(shù)與評價指標(biāo)：①墻體內(nèi)沿墻體厚度方向的溫度分布；②地下土壤不同部位的溫度分布；③墻體吸熱、放熱或傳出室外的熱量；④地中土壤吸熱或放熱量；⑤通過前屋面覆蓋層傳出的熱量；⑥室內(nèi)（任意時刻、最高、最低）空氣溫度；⑦室內(nèi)（任意時刻、最高、最低）空氣濕度。

日光溫室熱環(huán)境模擬預(yù)測與蓄熱保溫性評價程序軟件初級版幾種材料墻體內(nèi)表面放熱強(qiáng)度的晝夜變化（晴天+陰天）

幾種材料墻體的日光溫室室內(nèi)氣溫晝夜變化（晴天+陰天）

4.日光溫室設(shè)計建造方法的要點⑴保證盡量多的太陽輻射進(jìn)入溫室屋面形狀要有利于日光透射進(jìn)入溫室一般要求：屋面角b

≥

緯度f-10°qab日光溫室前屋面形狀的設(shè)計b底≈60°bb頂>

10°b后>

a+5°或b后>

72°-緯度f0.5mh1>0.8maLwHjHj

/Lw>0.5⑵提高墻體蓄熱能力①盡可能保證后墻具有足夠的高度Hw②墻體蓄熱層采用蓄熱性能良好的材料③墻體蓄熱層應(yīng)有足夠的厚度d1④提高后墻表面對太陽輻射熱的吸收率Hwd1⑶加強(qiáng)各部分的保溫性①前屋面，采用保溫性良好的草簾或保溫被推薦： 當(dāng)?shù)匾归g最低溫度 草簾或保溫被傳熱系數(shù)

-5℃ <2.0W/(m2?℃) -10℃ <1.6W/(m2?℃) -15℃ <1.3W/(m2?℃) -20℃ <1.1W/(m2?℃)②夜間消除任何產(chǎn)生漏風(fēng)的縫隙，嚴(yán)格防止冷風(fēng)滲透③地面的保溫地面適當(dāng)下沉在不適合采用下沉地面的地區(qū)，可考慮設(shè)置防寒溝5~8m10~14m0.5~1.5m1.5~3m4~5m走道北京地區(qū)逐月室外平均地溫⑷日光溫室的規(guī)模與合理建造參數(shù)①溫室的建造方位（朝向）東西延長（東西棟），（屋面）南朝向。一般多采用正南朝向。上午氣溫較高，揭簾時間較早地區(qū)，可采用南偏東朝向，上午氣溫較低，揭簾時間較晚地區(qū)，可采用南偏西朝向。但偏角均不應(yīng)超過10°。②長度，從方便管理考慮以及受卷簾機(jī)能力的限制。一般60~100m③跨度（室內(nèi)凈跨度）跨度增大可減小溫室周邊傳熱，且溫室室內(nèi)容積增大，有利于提高室內(nèi)空氣熱容量和熱穩(wěn)定性。大跨度室內(nèi)空間大，方便室內(nèi)管理作業(yè)。但受屋面骨架承載能力的限制，跨度較大和骨架材料承載力低時，需設(shè)置立柱?？缍仍龃笫刮菝婀羌芡度朐龃螅瑫r為使屋面具有合理采光角度，溫室高度需相應(yīng)增大，增加造價。一般6~10m，有增大的趨勢。（在山東等地，部分已增大到12m以上。）④后墻高度較高的后墻高度有利于增加蓄熱面積，且可保證屋面合理的采光角度，增加溫室內(nèi)容量和熱穩(wěn)定性。后墻過高，對強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求提高，使造價增大。一般在2.2m以上（~4m），溫室跨度越大，后墻高應(yīng)相應(yīng)增大。⑤后坡的寬度（水平投影寬度）和仰角

仰角，應(yīng)使太陽光線可以照射到其表面（不遮擋后墻面），按冬至的正午時刻太陽高度角a計算。后坡的寬度增大，可減少前屋面面積，有利保溫，但對室內(nèi)采光略有影響。后坡的寬度增大，可將屋脊點向前推移，可增大前屋面角度，有利前屋面采光。后坡的寬度增大，構(gòu)件懸挑長度增加，造價增大。一般0.5~1.5m。Lp