农业生物环境工程习题

1作业（1）-2013091、山东济南某文洛型连栋玻璃温室，东西方向96m(共10跨，跨度为9.6m，每跨3个屋顶)，南北方向40m，天沟高度3.6m，屋脊高4.4m，室内上部覆盖缀铝膜保温幕。原计划种植喜温的果菜类蔬菜，设计配置的采暖系统供暖量为500kW，试计算在冬季夜间室外计算气温-9℃的情况下，室内能够维持多高的气温。现如果改种植花卉，要求夜间室内气温不低于18℃，试计算其冬季采暖热负荷应为多少？（冷风渗透产生的换气次数为1.5次/h，屋面传热系数为3.4W/(m2·℃)，侧墙和山墙传热系数为6.2W/(m2·℃)。）解：1、温室面积及室内容积地面面积:As=长×宽=96×40=3840m2山墙面积:2×96×[3.6+0.5×(4.4-3.6)]=768m2侧墙面积:2×40×3.6=288m2屋面面积:室内容积:768×40=30720m32、覆盖材料传热:joigjjjwttAKQ)(=[6.2×(768+288)+3.4×4293.3]×(18+9+3)=634332.6W3、地中传热:joisjsjfttAKQ)(=[0.24×(96×40-76×20)+0.12×76×20]×(18+9+3)=22176W4、冷风渗透耗热量Qv冷风渗透量(换气次数为1次/h)smnVL/8.123600307205.1360013空气密度3/22.1)27318(353)273(353mkgti冷风渗透耗热量：W126492)1512(1030226.171.3)(oipavttcLQ=12.8×1.22×1030×（18+9+3）=482534.4W⑤采暖热负荷Qh=Qw+Qv+Qf=(634332.6+482534.4+22176=1140043W单位面积的采暖负荷为：1140043/3840=296.9W/m2222m3.4293)2/3/6.9()6.34.4(40231022、武汉地区某有窗式仔猪舍，采用砖混结构，平屋顶。跨度为7.5m，长度50.4m，檐口高度4m。四面墙体（原为南北侧墙）为240mm厚砖墙，内层为3.5cm厚水泥膨胀珍珠岩，外面20mm厚水泥砂浆抹灰，每侧墙上开设有1500×1500mm单层木框窗14个，二面端墙上分别有1500×2700mm单层木门各一扇。屋面为200厚加气混凝土板，板上为二毡三油防水层。舍内饲养仔猪250头（9kg/头），冬季采用1500m3/h的通风量。试计算在无采暖情况下，舍内能维持的温度，如需维持20℃的舍内气温，需提供的供热量为多少？（武汉地区采暖室外计算温度为-2℃。）解：猪舍猪散失的热量：Qs=250×9×1=2250W墙面传热系数：0.78+0.18+0.8=1.76W/（㎡•℃）窗传热系数：3.00门传热系数：2.8w/(k.m2)北面修正0~10%东西修正-5%南面修正-15~-30%北墙传热：1×110%×｛[(50.4×4-14×1.52)×1.76+14×1.52×3.00]×(20+2)｝=9532.4W南墙传热：1×77%×｛[(50.4×4-14×1.52)×1.76+14×1.5214×1.52×3.00]×(20+2)｝=6672.7W东西墙传热：1×95%×2×｛[(7.5×4-1.5×2.7)×1.76+1.5×2.7×2.8]×(20+2)｝=2383.1W屋顶传热：1×50.4×7.5×1.37×(20+2)=11392.9W围护结构散热:Qw=11392.9+2383.1+6672.7+9532.4=29981.1W地中传热：joisjsjfttAKQ)(=[0.47×2×2×(7.5+50.4)+0.23×3.5×46.4]×(20+2)=3216.5W冷风渗透量(换气次数为1次/h)smlL/42.036001500360013空气密度3/20.1)27320(353)273(353mkgti冷风渗透耗热量：W126492)1512(1030226.171.3)(oipavttcLQ=0.42×1.20×1030×（20+2）=11420.64W采暖热负荷：svwhQQQQ=29981.1+11420.64-2250=39151.7W单位面积的采暖负荷为：39151.7/378=103.6W/m23作业二.图示三连栋温室，二侧窗为上卷式卷帘窗，窗洞口全长为30m，窗口下边沿离地高度为0.6m，卷帘全开启时上边沿离地高度为1.8m。在温室每个脊部设有天窗，在图示风向下，天窗仅开启背风面一侧，每个天窗口形成有效通风面积为30m×0.6m的通风口，其中心离地高度为5.4m。试计算在下列三种情况下的温室自然通风量：①室外风速=0，气温为5℃，室内气温为28℃；②室外风速vo=3.5m，温室内外气温均为20℃；③室外风速vo=3.5m，室外气温为5℃，室内气温为28℃。（各通风口的流量系数均取为0.65。）解：卷帘窗口面积Aa=30×（1.8-0.6）=36m2天窗面积Ab=3×30×0.6=54m2窗口高差h=5.4-（1.8+0.6）/2=4.2m（1）/sm8.84)5465.013665.01()27328(4.29.85)-(28211g)(21g)(2322222b2b2a2aioi2b2b2a2aioiaaaaaaAAThTTAAThTTAvAL（2）/sm7.77450.651360.651(-0.5)-0.85.311322222b2b2a2abaobaAACCvLLLf（3）smLLLfa/7.917.778.4832222作业3：习题31.华北某地区某密闭式鸡舍跨度为12m，长80m，舍内净高2.5m。考虑夏季通风降温的要求，拟采用湿帘——纵向通风系统，在鸡舍一端安装风机，另一端安装湿帘。为促进鸡只体热散发，按舍内达到1.8m/s的平均气流速度确定通风量。试选择和配置合适的湿帘—风机降温系统，选配风机、湿帘和供水量。如按舍内气温从进风口至排风口有3℃左右的温升，试计算在夏季（空调室外计算干球温度为34.8℃，室外计算湿球温度tw=26.7℃）4舍内的平均气温（进风口与排风口气温平均值）为多少。解：空气流量：hmAVL/400,19436005.2128.13室外空气密度3/16.18.304353)273(353mkgtaa假设选择型号为9FJ14.0的风机四台。风机处的压差PaALpaf6.6)6.2465.054(216.1)(222假设选择湿帘厚度为125mm，高度为2.2m，宽度为12m通过湿帘的风速smFLpp/08.24.26/54/湿帘处的压差Papp45降温效率%77室内温度93.25)7.268.34(77.08.34)(waabtttt℃室内平均温度43.272/3bbtt℃验算：压差PaPPPpf6.516.645通风量hmL/6.985.1934.4849643室内平均空气流速smAL/796.136001通过湿帘的风速smFLpp/04.2/降温效率%77用水量791kg/hg/s84.21988.53)93.258.34(46.0)0.46(baLttE供水量hkgEEs/2.9497912.12.1假设基本合理所以选择四台型号为9FJ14.0的风机，厚度为125mm，高度为2.2m，宽度为12m的湿帘，每小时供应949.2kg/h时，室内平均温度为27.42℃作业4：习题17、某植物育苗工厂采用完全人工光源提供光照，其每层育苗架平面尺寸为0.7×1.3m。试根据利用系数法计算采用荧光灯和LED光源二种方案时，在育苗架平面上可以达到的光照强度（包括光照度，光合有效辐射照度PAR、光合有效光量子流密度PPFD）。方案1，每层采用6支40W荧光灯，厂家提供的每支荧光灯的光通量为3000lm。方案2，每层采用400个LED，其中红色LED为300个，蓝色LED为100个，厂家提供5的每个LED的光通量，红色LED为20lm/个，蓝色LED为15lm/个。（取维护系数k=0.75，利用系数U=0.8。）（思考题：2种方案按光照度来评价时，哪种方案光照强度高？按光合有效光量子流密度（PPFD）或光合有效辐射照度（PAR）来评价时，又是哪种方案光照强度高？按不同度量单位评价的结果是否一致？为什么？）解：方案1光照度：lx1186.83.17.0300068.00.75AkUnΦE光有效辐射照度：27472.48.118644mWEPAR光合有效光量子流密度123624.211868.11818smumolEPPED方案2光照度lx0.95633.17.0203008.00.75AkUnΦERlx0.9893.17.0151008.00.75AkUnΦEBlx.049550.9890.3956BREEE光有效辐射照度：2944.94956.32424mWEPARR20756.38989.05.3824mWEPARB21331.389.94mWPARPARPARBR光合有效量子流密度：12192.522956.3132132smumolEPPEDR12405.143989.0145132smumolEPPEDB126.6674.1432.522smumolPPEDPPEDPPEDBR通过光照度、光有效辐射照度、光合有效量子流密度不同角度评价两方案，都是第二方案好一些。作业5、北京地区某采用8mm聚碳酸酯（PC）双层中空板的连栋温室，东西方向5跨，每跨6.4m，南北方向共6个开间，柱距4m。温室檐口高度4m，屋脊高度4.8m。室内上部覆盖缀铝膜保温幕（67%铝膜，33%透明膜）。要求夜间室内气温不低于15℃，试计算6夜间温室密闭管理情况下的冬季采暖热负荷。如果采用某燃油暖风机供暖（室内环流方式），该暖风机额定热风量为3500m2/h，热风出口温度为75℃。试计算需配置多少台暖风机。（冬季夜间室外计算气温为-12℃，冷风渗透产生的换气次数为1.0次/h。）补充习题试确定玻璃温室采用以下保温幕时的传热系数。①采用缀铝膜保温幕（75%铝膜,25%透明膜），②采用缀铝膜（25%铝膜,75%透明膜）与PE薄膜双层保温幕。解：1、温室面积及室内容积地面面积:As=长×宽=5×6.4×6×4=768m2山墙面积:2×6×4×[4+0.5×(4.8-4)]=211.2m2侧墙面积:2×5×6.4×4=256m2屋面面积:温室体积：32.3379)8.05.04(464.65mV2、覆盖材料传热:joigjjjwttAKQ)(=4.0×(211.2+256+827.2×（1-0.42）)×(15+12+3)=155328-41690.9=113637.1W3、地中传热:joisjsjfttAKQ)(=[0.24×(32×24-12×4)+0.12×12×4]×(15+12+3)=5356.8W4、冷风渗透耗热量Qv冷风渗透量(换气次数为1次/h)smnVL/939.036003379.21360013空气密度3/24.1)27315(353)273(353mkgti冷风渗透耗热量：W126492)1512(1030226.171.3)(oipavttcLQ=0.939×1.24×1030×（15+12+3）=35978.7W5、采暖热负荷Qh=Qw+Qv+Qf=15532+5356.8+35978.7=196