温室设施环境调节与控制资料.ppt
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1、第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制第四章 温室设施环境调节与控制第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制第五节 温室通风换气 一、通风换气的基本要求与必要换气量(一)基本要求(一)基本要求 温温室室通通风风换换气气设设计计的的基基本本要要求求是是通通风风系系统统应应能能够够提提供供足足够够的的通通风风量量,具具有有有有效效调调控控室室内内气气温温、湿湿度度和和CO2浓浓度度的的足足够够能能力力,以以满满足足室室内内栽栽培培植植物物正正常常生生长长的的要要求求,同同时时要要求求随随着着栽栽培培植植物物的的生生长长发发育育阶阶段段和和栽栽培培季季节节的的不不同同,以以
2、及及一一日日内内不不同同时时间间、不不同同室室外外气气候候条条件件时时的的不不同同需需要要,能能在在一一定定范范围围内进行有效的调节。内进行有效的调节。第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制 合理确定设计通风量是温室通风设计的一项重要工作合理确定设计通风量是温室通风设计的一项重要工作合理确定设计通风量是温室通风设计的一项重要工作合理确定设计通风量是温室通风设计的一项重要工作内容,其确定的依据是内容,其确定的依据是内容,其确定的依据是内容,其确定的依据是温室的必要换气量,温室的必要换气量,温室的必要换气量,温室的必要换气量,需根据温室所需根据温室所需根据温室所需根据温室所在地区的气
3、候条件、温室的使用季节和栽培植物的要求等在地区的气候条件、温室的使用季节和栽培植物的要求等在地区的气候条件、温室的使用季节和栽培植物的要求等在地区的气候条件、温室的使用季节和栽培植物的要求等方面条件进行计算确定。方面条件进行计算确定。方面条件进行计算确定。方面条件进行计算确定。温度条件常是温室环境调控中首要的调控目标,同时温度条件常是温室环境调控中首要的调控目标,同时温度条件常是温室环境调控中首要的调控目标,同时温度条件常是温室环境调控中首要的调控目标,同时抑制高温的必要通风量最大,抑制高温的必要通风量最大,抑制高温的必要通风量最大,抑制高温的必要通风量最大,通风量满足抑制高温方面要通风量满足
4、抑制高温方面要通风量满足抑制高温方面要通风量满足抑制高温方面要求时,也能够相应地满足排湿与补充求时,也能够相应地满足排湿与补充求时,也能够相应地满足排湿与补充求时,也能够相应地满足排湿与补充COCO2 2方面的要求。方面的要求。方面的要求。方面的要求。因此对于通风系统因此对于通风系统因此对于通风系统因此对于通风系统以抑制高温为目的以抑制高温为目的以抑制高温为目的以抑制高温为目的运行时的情况,运行时的情况,运行时的情况,运行时的情况,通风量的确定可不考虑排湿与补充通风量的确定可不考虑排湿与补充通风量的确定可不考虑排湿与补充通风量的确定可不考虑排湿与补充COCO2 2方面要求。而在寒方面要求。而在
5、寒方面要求。而在寒方面要求。而在寒冷的时期,温室内将没有通风抑制高温的要求,这时应根冷的时期,温室内将没有通风抑制高温的要求,这时应根冷的时期,温室内将没有通风抑制高温的要求,这时应根冷的时期,温室内将没有通风抑制高温的要求,这时应根据排湿与补充据排湿与补充据排湿与补充据排湿与补充COCO2 2方面要求确定合适的通风量。方面要求确定合适的通风量。方面要求确定合适的通风量。方面要求确定合适的通风量。第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制1.控制室温的必要通风量控制室温的必要通风量 控制室温的最大必要通风量,是考虑在夏季炎热时期,正午控制室温的最大必要通风量,是考虑在夏季炎热时期,正
6、午日照最强,气温接近最高的时刻,为了使温室内维持一定的温度,日照最强,气温接近最高的时刻,为了使温室内维持一定的温度,排除室内多余热量所需要的通风量。排除室内多余热量所需要的通风量。根据第三章式(根据第三章式(3-10),必要通风量应为:),必要通风量应为:m3/s式中式中 Q 温室内需排除的多余热量(显热),温室内需排除的多余热量(显热),W Cp 空气的定压质量比热,可取空气的定压质量比热,可取Cp1030J/(kg);a 室内空气的密度,室内空气的密度,kg/m3,近似有,近似有a353/(ti+273);t1 进入温室的空气温度,当未对进风进行降温处理时,进入温室的空气温度,当未对进风
7、进行降温处理时,t1to ;t2 温室排风温度,当通风量不大,室内气温分布较均匀温室排风温度,当通风量不大,室内气温分布较均匀时可近似取时可近似取t2ti;ti,to 分别为室内与室外气温,分别为室内与室外气温,。第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制 定义单位温室面积的通风量为温室通风率定义单位温室面积的通风量为温室通风率L0,即有:,即有:m3/(m2s)式中式中 As 温室的地面面积,温室的地面面积,m2。温室内白昼吸收的显热量来自太阳的短波辐射,而部分显热量温室内白昼吸收的显热量来自太阳的短波辐射,而部分显热量将通过覆盖层传出室外,部分被室内地面和植物等的水份蒸发蒸腾将通
8、过覆盖层传出室外,部分被室内地面和植物等的水份蒸发蒸腾作用消耗转化为潜热,并随通风气流排出室外。因此室内需排除的作用消耗转化为潜热,并随通风气流排出室外。因此室内需排除的多余显热量为上述部分的差值。多余显热量为上述部分的差值。即根据式(即根据式(4-24),考虑加温热量),考虑加温热量Qh=0,地中传热量相对较小,地中传热量相对较小,取取Qf0,则温室通过通风排出的热量为:,则温室通过通风排出的热量为:Q=QvoQvi=Qs(Qw+Qe)W (4-32)式中式中Qs 温室内吸收的太阳辐射热量,温室内吸收的太阳辐射热量,W;Qw 经过覆盖材料的传热量(对流、辐射),经过覆盖材料的传热量(对流、辐
9、射),W;Qe 温室内水份蒸发吸收的潜热,由通风排出室外,温室内水份蒸发吸收的潜热,由通风排出室外,W;第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制 下面逐项计算上式中各项热量。通过温室覆盖层传出的热下面逐项计算上式中各项热量。通过温室覆盖层传出的热量为:量为:W (4-33)式中式中 Kj 温室各部分覆盖层的传热系数,近似计算时可取温室各部分覆盖层的传热系数,近似计算时可取全温室覆盖层平均传热系数全温室覆盖层平均传热系数K=46W/(m2);Agj 温室覆盖层各部分面积,温室覆盖层各部分面积,m2;W 温室散热比,温室散热比,连栋温室取为,连栋温室取为1.21.5,单栋温室取为单栋温
10、室取为1.72.0。通风换气排出的潜热量由下式计算:通风换气排出的潜热量由下式计算:W (4-34)式中式中e 蒸腾蒸发潜热与温室吸收的太阳辐射热之比,其值蒸腾蒸发潜热与温室吸收的太阳辐射热之比,其值大小与室内地面土壤潮湿状况、植物繁茂程度、室内外空气湿大小与室内地面土壤潮湿状况、植物繁茂程度、室内外空气湿度等因素有关,一般取度等因素有关,一般取e0.50.7,温室内地面土壤潮湿、植,温室内地面土壤潮湿、植物繁茂、室内外空气湿度较低时取较大值。物繁茂、室内外空气湿度较低时取较大值。第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制温室吸收的太阳辐射热为:温室吸收的太阳辐射热为:W/m2 (4
11、-35)式中式中 I0 室外水平面太阳总辐射照度,室外水平面太阳总辐射照度,W/m2,对于夏季其取,对于夏季其取值见表值见表4-15;a 温室受热面积修正系数,一般取温室受热面积修正系数,一般取a1.01.3,温室面,温室面积小时取较大值;积小时取较大值;室内日照反射率,一般取为室内日照反射率,一般取为0.1;温室覆盖层的太阳辐射透过率,在无室外遮阳网和室内温室覆盖层的太阳辐射透过率,在无室外遮阳网和室内遮阳幕时一般为遮阳幕时一般为0.60.7,有室外遮阳网时可取,有室外遮阳网时可取t0.20.3,有室,有室内反射型材料遮阳幕时,可取内反射型材料遮阳幕时,可取t0.30.4;表表4-15 夏季
12、室外水平面太阳总辐射照度(夏季室外水平面太阳总辐射照度(W/m2)注:资料来源于注:资料来源于GBJ19-87 采暖通风与空气调节设计规范采暖通风与空气调节设计规范(2001年版年版)大气透明度等级大气透明度等级北纬北纬30北纬北纬35北纬北纬40北纬北纬45310371021986949410009869499095962902872840第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制 以上关系代入式(以上关系代入式(4-31),可得温室必要通风率为:),可得温室必要通风率为:m3/(m2s)(4-36)或近似地有:或近似地有:m3/(m2s)(4-37)则温室必要通风量为:则温室必要
13、通风量为:m3/s (4-38)由式(由式(4-36)与()与(4-37)可知,温室的必要通风量与温室本)可知,温室的必要通风量与温室本身传热特性及室外气象条件有关,还与室内外温差身传热特性及室外气象条件有关,还与室内外温差tito有关,有关,即还取决于室内设定的热环境条件。即还取决于室内设定的热环境条件。当当t1to,t2ti时有:时有:m3/(m2s)(4-39)第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制由上式可知,温室的通风率由上式可知,温室的通风率L0与室内外温差与室内外温差tito为双曲函数关系为双曲函数关系(见图(见图4-40)。)。即室内外温差即室内外温差tito随通风
14、率随通风率L0增大而减小,通风率较小时,通风增大而减小,通风率较小时,通风率的较少增加即可显著减少室内外温差(降低室内气温)。随着率的较少增加即可显著减少室内外温差(降低室内气温)。随着通风率逐渐增大,室内气温降低速率逐渐减缓。通风率逐渐增大,室内气温降低速率逐渐减缓。图4-40 温室的通风率与室内外温差第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制 当当通通风风率率达达到到0.10m3/(m2s)(温温室室室室内内空空间间平平均均高高度度为为3m左左右右时时,相相当当于于换换气气次次数数约约为为2次次/min或或120次次/h)左左右右时时,温温室室内内外外气气温温差差已已减减少少至至
15、12左左右右,则则继继续续增增加加通通风风率率时时室室内内气气温温降降低低很很小小,却却使使风风机机的的运运行行耗耗能能与与运运行行费费用用不不必必要要地地增增加加。因因此此,从从经经济济性性的的角角度度考考虑虑,一一般般通通风风率率应应在在0.08m3/(m2s)以以下下,或或换换气气次次数数低低于于1.5次次/min(90次次/h)。)。从从图图4-40可可看看出出,遮遮阳阳的的措措施施对对抑抑制制室室内内高高温温有有着着非非常常显显著著的的作作用用,有有遮遮阳阳与与无无遮遮阳阳的的情情况况相相比比,控控制制同同样样室室内内外外温温差差所所需需通通风风率率大大为为减减少少。但但是是,仅仅靠
16、靠遮遮阳阳和和单单纯纯通通风风对对室室内内气气温温的的降降低低也也是是有有一一定定限限度度的的,即即不不可可能能将将室室内内气气温温降降到到低低于于室室外外气气温温的的水水平平。在在炎炎热热夏夏季季,室室外外气气温温原原本本已已较较高高,即即便便采采用用大大通通风风率率并并辅辅以以遮遮阳阳措措施施,室室内内气气温温仍仍略略高高于于室室外外,将将不不满满足足一一些些植植物物要要求求的的温温度度条条件件,这这时时应应考考虑虑采采用用对空气进行降温处理的措施。对空气进行降温处理的措施。第四章 温温室室设设施施环环境境调调节节与与控控制制2.维持维持CO2浓度的必要通风量浓度的必要通风量 在日出后,植
17、物进行光合作用将从温室内空气中大在日出后,植物进行光合作用将从温室内空气中大在日出后,植物进行光合作用将从温室内空气中大在日出后,植物进行光合作用将从温室内空气中大量吸收量吸收量吸收量吸收COCO2 2,使其浓度急剧降低。虽然室内土壤中微生物,使其浓度急剧降低。虽然室内土壤中微生物,使其浓度急剧降低。虽然室内土壤中微生物,使其浓度急剧降低。虽然室内土壤中微生物的呼吸和有机物质分解将放出的呼吸和有机物质分解将放出的呼吸和有机物质分解将放出的呼吸和有机物质分解将放出COCO2 2,使室内得到,使室内得到,使室内得到,使室内得到COCO2 2少量少量少量少量补充,但远远满足不了需要。为维持植物继续进
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