第二章农业设施中的通风与降温

第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制1第2章农业设施中的通风与降温华中农业大学工学院第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制2第一节农业设施通风的基本形式与要求一、农业设施通风的目的与要求1、通风换气的目的①排除多余热量，抑制高温温室：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。如完全不通风，温室内气温甚至可超过50℃。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制3畜禽舍：多余热量主要来自于室外热作用和畜禽产生的代谢热。在20℃左右气温时，畜禽每小时、每kg体重产生的显热，猪、牛等约为4～10kJ，鸡约为15～20kJ。夏季这些热量在室内聚积，加上室外向室内传入的热量，室内将产生较高的气温。在现代集约化高密度养殖条件下，问题更为突出。通风可引入室外相对较低温度空气，排除室内多余热量，防止出现过高气温。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制4②引入室外新鲜空气，调控设施内的空气成份温室：白昼植物光合作用吸收CO2，室内CO2浓度降低至100μL/L以下，不能满足植物光合作用需要。通风可从引入的室外空气中（CO2浓度350μL/L）获得CO2补充。在严寒冬季为保温的需要尽量减少通风时，应考虑进行CO2施肥的措施。除此以外的情况，通风从室外空气中补充CO2是经济可行的方法。畜禽舍：畜禽的呼吸、排泄物等有机物的分解以及管理作业和设备的运行，将产生氨、硫化氢、二氧化碳、甲烷、粪臭素、一氧化碳等有害气体以及粉尘。为保持室内空气卫生，必须通风引进室外新鲜空气。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制5③排除室内水汽，降低室内空气湿度温室：在封闭管理的情况下，土壤潮湿表面的蒸发和植物蒸腾作用的水汽在室内聚集，往往产生较高的室内空气湿度，夜间室内相对湿度甚至可达95%以上。高湿度环境影响植物的蒸腾，妨碍水份与养份的吸收，不利生长发育，并引发病害。畜禽舍：畜禽的呼吸和体表蒸发、舍内潮湿地面、饮水设备、饲料和排泄物等产生的水份蒸发，将大量增加室内空气中水汽含量。通风可有效排除室内水汽，引入室外干燥空气，降低室内空气湿度。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制62.通风换气设计的基本要求满足有效调控室内气温、湿度和气体成份环境要求的足够通风量通风量能够根据不同需要在一定范围内有效方便地进行调节室内要求具有适宜的气流速度，分布均匀通风换气设备运行可靠，操作控制简便，不妨碍生产管理作业设备耐用、投资费用低、运行效率高，运行管理费用低第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制7二、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1.自然通风借助设施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，通风效果易受设施周围地势和室外气候条件（风向、风速、室内外温差大小）等因素影响。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制82.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，运行需消耗电能。设备遮光，运行中产生噪音。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制9三、确定全面通风换气量的一般性方法必要通风量——根据控制设施内气温、湿度和调控设施内的空气成份等方面的需要确定的通风量。设计通风量（设计换气量）——设施的通风系统在单位时间内交换的室内外空气体积（设施的设计通风能力）。一般应有：设计通风量≥必要通风量第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制10在生产应用中，有时也采用“换气次数”来表示通风量的大小，换气次数与通风量的关系为：式中n——换气次数，次/h或次/min；L——通风量，m3/h或m3/min；V——设施内部空间体积，m3。n＝L/V第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制11为了确定设施的全面通风换气量，需分析设施内有害物浓度与通风量间的关系。这里有害物是广义的，包括多余热量、水汽以及有害气体等。忽略设施内外空气密度差异(进风量与排风量相等)，并假定进入设施内的设施外空气以及设施内散发的有害物与设施内空气的混合是在瞬间完成的，则设施内有害物浓度与全面通风量之间的关系为：第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制12上式称为全面通风的基本微分方程式。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制13即可认为y基本趋于稳定，所需全面通风量为：第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制14将体积流量L换作质量流量G(kg/s)，单位空气体积的有害物浓度y换作单位空气质量表达的有害物浓度z(J/kg，g/kg或m1/kg)，经过相同的分析，可得稳定状态下更普通适用的全面通风量计算式为：该式即可用于不同通风目的时的全面通风量计算。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制15第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制16第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制17通风相关的标准⑴《温室通风降温设计规范》（国家标准）GB/T18621-2002⑵《温室通风设计规范》（农业行业标准）NY/T1451-2007第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制18第二节农业设施的自然通风一、热压作用下的自然通风1.热压通风的原理Aa，Ab——下部与上部通风窗面积，m2；h——二通风窗中心相距高度，m；pia，poa——下部通风窗内、外空气压力，Pa；pib，pob——上部通风窗内、外空气压力，Pa；rai，rao——室内、外空气密度，kg/m3；ti，to——室内、外空气温度，℃。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制19当tito时，rairaopia=pib+raighpoa=pob+raogh而pia=poa，即：pib+raigh=pob+raoghpib－pob=(rao－rai)ghtiraitoraoAbpibAapiapoapobh上部通风窗关闭、下部通风窗开启。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制20室内某点的空气压力与室外同一高度上未受扰动的空气压力之差称为该点的余压。余压为零的平面称为中和面。余压的计算：Δpx=(rao－rai)ghxPa式中hx——窗口与中和面间高差，窗口在中和面以上为正，以下为负，m；tiraitoraoAbpibAapiapoapobhvbvahahb中和面上部、下部通风窗同时开启。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制212.热压通风的计算①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的情况由流体力学，通风窗口内外空气压差Δp与通过窗口的空气流速v间关系：空气流量为：式中A——通风窗口面积，m2；m——通风窗口流量系数。m/s/2Pa21a2arrpvvp/sm/23armmpAAvL第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制22通过进风口与排风口的空气流速va和vb与其内外压力差具有如下关系：有：即：而：poa-pob=raoghpia-pib=raigh2aaoiaoa21vppr2baiobib21vppr)(21)()(2aao2baiobibiaoavvpppprr)(21)()(2aao2baiibiaoboavvpppprr第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制23由以上关系可得：由流动的连续性，进入和流出设施的空气质量流量应相等，有：raomaAava=raimbAbvb即：式中Aa，Ab——进风口与排风口面积，m2；ma，mb——进风口与排风口流量系数。)(21g)(2aao2baiaiaovvhrrrrabbaiaaaobvAAvmrmr第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制24将vb代入前式，可解出：用rao/rai≈Ti/To的关系（r≈353/T）代入，有：式中Ti，To——室内、外空气的热力学温度，K。m/sg12aiao2bbaa2aiaoaiaoarrmmrrrrAAhvm/s1g)(21g)(2g122b2b2a2aioi2b2b2a2aoiioioi2b2b2a2a2o2ioiaAAThTTAATTThTTTTAATThTTvmmmmmm第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制25进风口风量为：记：则进风口风量的计算式：/sm11g)(21g)(232b2b2a2aioi2b2b2a2aioiaaaaaaAAThTTAAThTTAvALmmmmmm2b2b2a2a111AAkmm/smg2g)(23iioiaTThkThTTkL第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制26同理可得到排风口风量为：o2b2b2a2aooibbbbg211g)(2TThkAAThTTvALmmm第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制27关于流量系数：进风与排风口的流量系数与进、排风口形式、形状以及窗扇的位置、开启角度、洞口范围内的设施构件阻挡情况等因素有关，可按表查取。当湿垫作为进风口时，流量系数可取为0.2～0.25。在窗洞口安装有阻碍通风的窗纱、防虫网等时，流量系数应进行折减。式中μ0——无防虫网时的流量系数；F、Fn——通风洞口与防虫网面积，m2；ζn——防虫网通风阻力系数，根据网孔密度和积灰的情况，一般取1.8~4.02nn0)/(1FFmm第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制28/smg2g)(23iioiaTThkThTTkL/smg2g)(23oooibTThkThTTkL2b2b2a2a111AAkmm以上即为热压自然通风的通风量计算式，进风口风量与排风口风量因空气密度的差异而略有不同，工程计算中可忽略其差异，只计算其中之一即可。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制29②一般情况下的热压通风量计算先假定中和面的位置，计算各窗口的余压：Δpj=(rao－rai)ghjPa（j=1，2，······）式中hj—各通风窗口至中和面的距离，窗口位于中和面以上为正，以下为负，m。逐一计算各通风窗口的空气质量流量，余压为正时取+，为排风量，余压为负时取－，为进风量。（j=1，2，······）计算结果应满足：否则调整中和面高度，反复计算直至满足条件。kg/s2/2aaaarmrmrrjjjjjjjjpApALG0jjG第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制30例3-1北京地区某连栋塑料温室，东西方向共8连栋，单栋跨度为8m，东西长64m，南北宽33m，面积2112m2。温室设有侧窗和谷间天窗自然通风系统(图3—2)，东西两侧的侧窗长30m，高度1.6m，中心离地面高度1.4m，共5个天窗，通长33m，开启到最大时天窗实际过风断面宽度为0.8m，窗口中心离地高度3.6m。试计算在春季室外气温24℃、室内气温30℃时的自然通风量能否满足排除室内150W/m2热量的要求。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制31第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制32第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制33建筑周围的气流与静压分布二、风压作用下的自然通风1.风压通风的原理室外自然风气流遇建筑物发生绕流，建筑物周围出现变化的气流压力分布。建筑物迎风面静压升高，侧面和背风面静压降低。由于风的作用，在建筑表面形成比远处未受扰动处升高和降低的空气静压称为风压。第二章农业设施中的通风与降温农业设施环境控制34风压以气流静压升高为正压，降低为负压，其大小与气流动压成正比。风压在建筑物各表面的分布与建筑物体型、部位、室外风向等因素有关，在风向一定