设施温度环境及其调控

第三节温度环境及其调控第三节温度环境及其调控•一、温室作物对环境的基本要求•二、温室的热平衡原理•三、保温技术•四、加温技术•五、降温技术表1几种果菜类蔬菜生育的适宜气温、地温及界限温度1、温度三基点一、温室作物对温度的基本要求蔬菜种类昼气温夜气温地温最高界限最适温最适温最低界限最高界限最适温最低界限番茄3525～2013～852518～1513茄子3528～2318～13102520～1813甜椒3530～2520～15122520～1813黄瓜3528～2315～1082520～1813西瓜3528～2318～13102520～1813温室甜瓜3530～2523～18152520～1813普通甜瓜3525～2015～1082518～1513南瓜3525～2015～1082518～1513草莓3023～1815～1032518～1513一、温室作物对温度的基本要求表2几种果菜类蔬菜生育的适宜气温、地温及界限温度（单位：℃）蔬菜种类气温最高气温最适温最低界限菠菜2520～158萝卜2520～158大白菜2318～135芹菜2318～135茼蒿2520～158莴苣2520～158甘蓝2017～72花椰菜2220～102韭菜3024～122温室韭黄3027～1710一、温室作物对温度的基本要求2、变温管理：依据随光照昼夜变化的作物生理活动的中心，将一日的时间划分为促进光合作用时间带、促进光合产物转运的时间带和抑制呼吸消耗时间带等若干时段。二、温室的温度环境特点与热平衡1、温室温度变化特征(1)、气温的季节变化温室内的温度状况随太阳辐射和室外气温的变化而变化。有昼高夜低、大温差的特点。日光温室内的冬季天数可比露地缩短3～5个月，夏天可延长2～3个月，春秋季也可延长20～30d。（2）、气温的日变化春季不加温温室气温日变化规律，其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。上午日出后，每小时可升温5-8℃，正午时可以高于室外15-20℃。下午每小时可降3-6℃，至凌晨最低。中国北方的节能型日光温室，由于采光、保温性好，冬季日温差高达15～30℃，在北纬40°左右地区不加温或基本不加温下能生产出黄瓜等喜温果菜。图1无加温温室内温度的日变化θi:室内气温θo：室外气温二、温室的温度环境特点与热平衡1、温室温度变化特征(3)、温室内气温的空间分布空间分布具有一定的不均匀性。(4)、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，日落后降温速度往往比露地快，常常出现室内气温反而低于室外气温1～2℃的逆温现象。此外室内气温的分布存在不均匀状况，一般室温上部高于下部，中部高于四周。。二、温室的温度环境特点与热平衡2、温室的热平衡原理svcifgrqqqqqqq根据能量守恒原理，蓄积于温室内的热量ΔQ=进入温室内的热量（Qi）—散失的热量（Qo）。温室内的热量来自两方面：一是太阳幅射能，另一部分早班人工加热量。热量的支出则包括如下几个方面：地面、覆盖物、作物表面有效辐射失热；以对流方式，温室内土壤表面与空气之间、空气与覆盖物之间热量交换，并通过覆盖物表面失热；温室内土壤覆盖表面蒸发、作物蒸腾、覆盖物表面蒸发，以潜热形式失热；通过排气将显热和潜热排出；土壤传导失热。（5.1）下面讨论温室热支出的各种途径。综上所述，可写出温室的热量平衡议程式如下：svcifgrqqqqqqq（5.1）二、温室的温度环境特点与热平衡2、温室热支出的各种途径(1)、贯流放热把透过覆盖材料或围护结构的热量叫做温室表面的贯流传热量。贯流传热量的表达式如下：)(orttAvhtQt（5.2）式中：Qt——贯流传热量，kJ·h-1;Aw—温室表面积，m2；ht—热贯流率，kJ·m-2·h-1℃-1；tr—温室内气温；to—温室外气温。热贯流率的表达式为：rororrhdhaht111式中αr,αro,hr,hro分别为温室内外的对流传热率和辐射传热率，λ为导热率，d为材料厚度。二、温室的温度环境特点与热平衡2、温室热支出的各种途径(1)、贯流放热由式（5.2）可知，热贯流Qt就是由室内外温差引起的，由室内流到室外的全部热量。表3列出若干物质的热贯流率。表3各种物质的热贯流率（单位J：k·m-2·h-1℃-1）种类规格（mm）热贯流率种类规格（cm）热贯流率玻璃2.520.92木条厚83.77玻璃3~3.520.08砖墙（面抹灰）厚385.77聚氯乙烯单层23.01钢管47.84~53.97聚氯乙烯双层12.55土墙厚504.18聚乙烯单层24.29草苫12.55合成树脂板FRP，FRA，MMA20.92钢筋混凝土518.41同上双层14.64钢筋混凝土1015.90(2)、通风换气放热温室内自然通风或强制通风，建筑材料的裂缝，覆盖物的破损，门、窗缝隙等，都会导致室内的热量流失。温室内通风换气失热量包括显热失热和潜热失热两部分，显热失热量的表达式如下：Qv=R·V·F(tr-to)式中：Qv—整个设施单位时间的换气失热量；R—每小时换气次数（表4）;F—空气比热，F=1.3kJ·m-2·h-1℃-1;V—设施的体积，m3。2、温室热支出的各种途径二、温室的温度环境特点与热平衡二、温室的温度环境特点与热平衡2、温室热支出的各种途径(2)、通风换气放热表4每小时换气次数（温室密闭时）保护地类型覆盖形式R（次·h-1）玻璃温室单层1.5玻璃温室双层1.0塑料大棚单层2.0塑料大棚双层1.1二、温室的温度环境特点与热平衡2、温室热支出的各种途径(3)、土壤传导失ztqs土壤传导失热包括土壤上下层之间的传热和土壤横向传热，垂直方向上的传导失热，可以用土壤传热方程表示。式中zt表示某一时刻土壤温度的垂直变化。其中t表示土壤温质地、万分等有关外，还与土壤湿度有关，随土壤湿度增大而增大。度，z表示土壤深度，为微分符号。λ是土壤的导热率，除与土壤二、温室的温度环境特点与热平衡2、温室热支出的各种途径(3)、土壤传导失综上所述，不加温的目光温室内热收支平衡可用上页图5-18加以概括，夜间室内空气的热量来源是地中供热，热量失散主要是贯流放热和换气放热，据测定不加温温室通过贯流放热占总耗热75%-80%，缝隙散热也叫通换气放热，北方的日光温室由于密封性好，占总耗热量的5%-6%，土壤横向热传导约占总耗热量13%-15%。二、温室的温度环境特点与热平衡2、温室热支出的各种途径(3)、土壤传导失三、温室保温技术1、温室保温措施根据上述热收支状况分析，保温措施要考虑减少贯流放热、换气放热和地中热传导，在白天尽量加大室内土壤对太阳辐射的吸收率。(1)、采用多层覆盖，减少贯流放热量多层覆盖是最有效、实用、经济的方法。表5-1不加温温室多层覆盖室内外温差层数温差单层覆盖双层覆盖三层覆盖四层覆盖无小棚一重为小棚平均（℃）+2.3+4.8+6.3+9.0+9.0标准差±1.1±1.4±1.4±0.7±0.7最小（℃）-1.7+1.7+4.1+8.0最大（℃）+4.5+7.0+7.6+9.0备注大部分一层为小棚膜三、温室保温技术1、温室保温措施(1)、采用多层覆盖，减少贯流放热量固定双重覆盖保温覆盖双重中空板充气膜塑料棚固定式双重覆盖（俗称双大棚）保温帘一层保温帘二层保温帘保温帘草帘泡沫塑料保温被其它小拱棚浮面覆盖三、温室保温技术1、温室保温措施(1)、采用多层覆盖，减少贯流放热量三、温室保温技术1、温室保温措施(2)、增大温室透光率(3)、增大增大保温比(4)、设置防寒沟，防止地中热量横向流出(5)、农业设施的保温（建筑保温）总热阻：ioioRtnttR)(minti------冬季室内计算温度to-----冬季室外计算温度n------温度修正系数Ri----内表面换热阻t------室内气温与外壁内表面之间的容许温差。保温层厚度：)(minxooxxRR三、温室保温技术2、常用农业生产温室的保温设计要求表6通常畜舍内要求的适宜温度种类畜禽要求的环境温度（℃）畜舍控制的温度（℃）成年乳牛最佳产奶温度10-20℃，但6-25℃对产量影响不大5-16肉牛最佳温度℃牛犊出生时为10-15℃，此后逐渐下降，在小肉牛生产中，需要较高的温度，为15-22℃成年猪适宜环境温度为4-30℃，高温时应防护太阳辐射2-24育肥猪在断奶时为25℃，长到90-110kg时降低到15℃产仔母猪母猪为15-20℃，仔猪出生时为30℃，其后逐渐降到21℃，断奶时为25℃产蛋鸡最佳温度20-25℃5-29肉鸡在舍内饲养为16-25℃13-24孵化器刚出生的小鸡为35℃，然后每天大约下降0.5℃，四周以后降至18-20℃25-30三、温室保温技术2、常用农业生产温室的保温设计要求表9农场建筑需要的总热阻值气候地区总热阻值[（m2·℃）/W]墙天花板温暖地区（0℃）1.592.12适中地区（0-10℃）1.592.82寒冷地区（-10℃）2.473.59三、温室保温技术2、常用农业生产温室的保温设计要求表10日光温室围护结构低限热阻值室外设计温度℃低限热阻值[（m2·℃）/W]后墙、山墙后屋面—41.11.4—121.41.4—211.42.1—262.12.8—322.83.5三、温室保温技术2、常用农业生产温室的保温设计要求表12畜舍的最低总热阻冬季总度日推荐的最低总热阻值[（m2·℃）/W]前开敞式畜舍半开敞畜舍环境控制畜舍墙屋顶墙屋顶墙屋顶2500—1.061.062.472.473.832501-6000—1.061.062.472.474.406001—1.062.124.403.535.81三、温室保温技术2、常用农业生产温室的保温设计要求表11北方主要城市日光温室墙体设计参考值城市室外设计温度℃墙体低限热阻值土墙厚度（m）[（m2·℃）/W]最大值最小值郑州—71.211.040.86西安—81.251.080.96济南—101.331.150.98北京—121.401.211.04银川—181.401.211.11沈阳—211.401.211.11乌鲁木齐—242.101.811.21哈尔滨—292.502.161.81四、加温技术1、常用的加温方式及特点表13采暖方式的种类与特点（吴毅明等依据冈田修正，1990）采暖方式方式要点采暖效果控制性能维修管理设备费用适用对象其他热风采暖直接加热空气停机后缺少保温性，温度不稳定预热时间短，升温快因不用水，容易操作比热水采暖各种温室不用配管和散热器，作业性好，燃气由室内补充时，必须通风换气热水采暖用60～80℃热水循环，或由热水变换成热气吹入室内因水暖加热温度低，加热缓和，余热多，停机后保温性好预热时间长，可根据负荷的变动改变热水温度对锅炉要求比蒸汽的低，水质处理较容易要用配管和散热器，成本较高大型温室在寒冷地方管道怕冻，需充分集护蒸气采暖用100～110℃蒸汽采暖，可转换成热水和热风采暖余热少，停机后缺少保温性预热时间短，自动控制稍难对锅炉要求高，水质处理不严格时，输水管易被腐蚀比热水采暖成本高大型温室群，在高差大的地形上建造的温室可做土壤消毒，散热管较难配置适当，容易产生局部高温四、加温技术1、常用的加温方式及特点表13采暖方式的种类与特点（吴毅明等依据冈田修正，1990）采暖方式方式要点采暖效果控制性能维修管理设备费用适用对象其他电热采暖用电热温床线和电暖风加热采暖器停机后缺少保温性预热时间短，控制性最好操作最容易设备费用低小型育苗温室，土壤加温辅助采暖耗电多，生产用不经济辐射采暖用液化石油气红外燃烧取暖炉停机后缺少保温性，可升高植物体温预热时间短，控制容易使用方便容易设备费用低临时辅助采暖耗气多，大量用不经济，有二氧化碳施用效果火炉采暖用地炉或铁炉、烧煤，用烟囱散热取暖封火后仍有一定保温性，有辐射加温效果预热时间长，烧火费劳力，不易控制较容易维护，但操作费工设备费用低土温室必须注意通风，防止煤气中毒四、加温技术1、常用的加温方式及特