《農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程》第4章 溫室設(shè)施環(huán)境調(diào)節(jié)與控制(6)(課堂PPT)

1、第四章 溫室設(shè)施 環(huán)境調(diào)節(jié)與控制,溫度是影響植物生長發(fā)育的最重要環(huán)境因素，植物在整個(gè)生命周期中的一切生物、化學(xué)過程，都必須在一定的溫度條件下進(jìn)行。其它環(huán)境因子大多直接或間接通過與溫度條件相結(jié)合從而影響植物生長。 而溫室最首要的基本功能則是可以突破自然條件的限制，可靠地提供滿足植物生長的、優(yōu)于自然界溫度環(huán)境的條件。,第二節(jié) 溫室溫度環(huán)境的調(diào)節(jié)與控制,一、作物對溫度的要求 （一）溫度對作物生育的影響 溫室內(nèi)的氣溫、地溫對作物的光合作用、呼吸作用、光合產(chǎn)物的輸送、根系的生長和水分、養(yǎng)分的吸收均有著顯著的影響，為了使這些生長和生理作用過程能夠正常進(jìn)行，必須為其提供必要的溫度條件。 這樣的溫度條件可采用

2、最低溫度、最適溫度和最高溫度三個(gè)指標(biāo)來表述，稱為“溫度三基點(diǎn)”。溫度三基點(diǎn)根據(jù)作物種類、品種、生育階段和生理活動(dòng)的晝夜變化以及光照等條件而有不同。,圖1 溫度對植物光合強(qiáng)度及呼吸強(qiáng)度的影響,蔬菜的溫度指標(biāo),（二）溫室的溫度調(diào)控指標(biāo)與變溫管理 研究結(jié)果表明，作物在一日內(nèi)對溫度的要求是變化的。晝夜不變的溫度管理方式，作物生長率比晝高夜低的管理方式低。進(jìn)一步的研究表明，作物的物質(zhì)生產(chǎn)總量，是由每天生產(chǎn)的物質(zhì)生產(chǎn)量累積起來的，而溫度對物質(zhì)生產(chǎn)的影響，是溫度對一日間光合作用、產(chǎn)物輸送與呼吸消耗的綜合影響。一日間溫度管理的目標(biāo)，是要增加光合作用產(chǎn)物及促進(jìn)產(chǎn)物的輸送、貯藏和有效分配，抑制不必要的呼吸消耗。因

3、此，應(yīng)根據(jù)作物在一日內(nèi)不同時(shí)間的主要生育活動(dòng)，采取不同的溫度水平，這樣的溫度管理方式稱為變溫管理。 變溫管理依賴于良好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)才能達(dá)到效果。,二、溫室內(nèi)的能量傳遞與溫度特性,（一）溫室內(nèi)的熱量來源與溫室效應(yīng) 溫室內(nèi)的熱量來源主要是太陽輻射與加溫?zé)嵩?。一般采暖系統(tǒng)的加溫?zé)崃考s為100300W/m2。,溫室內(nèi)白晝在太陽輻射的作用下，可以達(dá)到遠(yuǎn)高于室外的氣溫條件。首先，玻璃、塑料薄膜或板材等溫室透明覆蓋材料具有對不同波長光熱輻射的選擇透過的特性，可以較好地透過大部分太陽輻射（波長3003000nm），使太陽輻射熱量大量進(jìn)入溫室內(nèi)，而同時(shí)在不同程度上阻止室內(nèi)地面和植物等發(fā)出的長波輻射（波長30

4、0080000nm）透過傳出室外，部分阻止了溫室內(nèi)向室外長波輻射形式的熱量損失。 另一方面原因是因?yàn)闇厥覍諝夥忾]的作用，室內(nèi)地面、植物等吸收太陽輻射熱量后，溫度升高，通過對流等方式將熱量傳遞給室內(nèi)空氣，使室內(nèi)氣溫升高，而由于溫室的相對封閉性，內(nèi)外空氣交換量很小，使溫度升高了的空氣得以聚集室內(nèi)，不會(huì)因空氣流動(dòng)將熱量散失到室外。上述作用即是所謂“溫室效應(yīng)”。,溫室是一個(gè)半封閉的系統(tǒng)，它在不停地與外界進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換。在獲得太陽輻射熱和加溫?zé)崃康耐瑫r(shí)，通過覆蓋材料的傳熱、通風(fēng)和地面?zhèn)鳠岬韧緩剑蛲饨绮粩鄠鞒鰺崃俊?（二）溫室的傳熱與能量平衡,根據(jù)能量守恒的原理，溫室內(nèi)的能量平衡關(guān)系可表達(dá)為下

5、式所示。 Qm+Qs+Qh+Qr+Qvi = Qvo+Qw+Qf+Qe+Qp W 式中Qm設(shè)備發(fā)熱量（電機(jī)、照明），W； Qs溫室內(nèi)吸收的太陽輻射熱量，W； Qh加溫?zé)崃浚琖； Qr作物、土壤等呼吸放熱量，W； Qvi通風(fēng)氣流帶入的顯熱量，W； Qvo通風(fēng)氣流帶出的顯熱量，W； Qw經(jīng)過覆蓋材料的傳熱量（對流、輻射），W； Qf地中傳熱量，W； Qe溫室內(nèi)水份蒸發(fā)吸收的潛熱，由通風(fēng)排出室外，W； Qp溫室內(nèi)植物光合作用耗熱量，W。 在一般溫室中，設(shè)備發(fā)熱量Qm、作物、土壤等呼吸放熱量Qr、植物光合作用耗熱量Qp與其他能量收支項(xiàng)相比很小，可忽略不計(jì)。故溫室的能量平衡關(guān)系可簡化為： Qs+Qh=

6、(QvoQvi)+Qw+Qf+Qe W,（三）溫室的溫度特性 溫室內(nèi)的氣溫隨時(shí)間變化的特性 溫室內(nèi)的溫度狀況隨太陽輻射和室外氣溫的變化而呈現(xiàn)晝夜和季節(jié)的變化。室內(nèi)氣溫變化與室外氣溫變化趨勢大體一致，最高、最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)刻與露地大體相同，但不加溫溫室中氣溫的變化幅度比露地大得多，日溫差約可達(dá)2030，主要是白晝氣溫比室外高得多。晝高夜低、大溫差是室內(nèi)氣溫的突出特點(diǎn)，白晝室內(nèi)氣溫高，可基本滿足或甚至高于植物生長的要求，但夜間氣溫又易出現(xiàn)低于植物生長要求的情況。 對于加溫溫室，原則上可以按作物要求控制室內(nèi)氣溫的變化，夜間加溫使室內(nèi)最低氣溫大幅度提高，日氣溫差減小。,三、溫室采暖 溫室采暖是冬季溫室

7、內(nèi)溫度環(huán)境調(diào)控的最有效手段，但其代價(jià)是燃料能源的消耗和生產(chǎn)成本的增加。因此，必須適當(dāng)選擇采暖方式、合理配置加溫設(shè)備，在滿足植物生長需要的同時(shí)，應(yīng)注意盡可能節(jié)省能源，避免生產(chǎn)成本的過多增加。 （一）溫室采暖方式室外太陽輻射 溫室的采暖方式有熱風(fēng)、熱水、蒸汽采暖，采用蒸汽加溫?zé)崴臒崴膳?，蒸汽或熱水加熱空氣的熱風(fēng)采暖，電熱采暖、輻射采暖、太陽能蓄熱采暖等多種，在我國農(nóng)村還廣泛采用爐灶煤火簡易采暖設(shè)施。,（二）溫室熱風(fēng)采暖系統(tǒng) 熱風(fēng)采暖的熱媒是空氣，其優(yōu)點(diǎn)是使用靈活性大，熱風(fēng)直接加熱溫室空氣，熱風(fēng)溫度一般比室溫高2040，加溫迅速，升溫快。熱風(fēng)采暖系統(tǒng)的設(shè)備較簡單，費(fèi)用低，按設(shè)備折舊計(jì)算的每年費(fèi)用

8、，大約只有熱水采暖系統(tǒng)的1/5。熱風(fēng)采暖設(shè)備還具有安裝方便，方便移動(dòng)使用等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是因空氣熱容量小，室溫隨采暖系統(tǒng)運(yùn)行與否波幅較大。因此熱風(fēng)采暖尤其適用于只進(jìn)行短期臨時(shí)加溫的溫室。,熱風(fēng)采暖系統(tǒng)還有用熱水或蒸汽通過熱交換設(shè)備（暖風(fēng)機(jī)）加熱空氣的方式，適用于已配有熱水或蒸汽集中供暖系統(tǒng)的情況。 為提高系統(tǒng)熱效率，燃油暖風(fēng)機(jī)或燃煤熱風(fēng)爐通常直接設(shè)置在溫室內(nèi)，其熱利用效率可達(dá)70%90%。 熱風(fēng)采暖系統(tǒng)送出的熱風(fēng)必要流量Lh可采用下式計(jì)算： m3/s 式中Qh溫室設(shè)計(jì)采暖負(fù)荷，W； ra空氣密度，kg/m3； cp空氣的定壓質(zhì)量比熱，cp1030J/(kg)； ti室內(nèi)氣溫，； th熱風(fēng)爐出

9、口熱風(fēng)溫度，。,四、溫室的保溫節(jié)能 （一） 溫室的保溫 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)覆蓋層的熱量散失是溫室熱損失的主要部分，一般占總熱損失的60%以上，多數(shù)情況占75%以上，因此，減少該部分熱量損失是溫室保溫技術(shù)的重點(diǎn)。其技術(shù)措施有采用保溫性好的覆蓋材料和采用多層覆蓋等。 溫室的覆蓋材料及其保溫性,幾種塑料薄膜的長波輻射分光透射率,覆蓋材料的紅外輻射特性,多層覆蓋保溫 多層覆蓋可有效減少溫室通過覆蓋層的對流與輻射傳熱損失，是最常用的保溫措施，保溫效果顯著。有固定覆蓋、內(nèi)外活動(dòng)保溫幕簾和室內(nèi)地面棚、膜覆蓋等多種形式。 溫室覆蓋層保溫性能可用傳熱系數(shù)或覆蓋層熱阻進(jìn)行評價(jià)，采用節(jié)能措施后的效果則用節(jié)能率或稱熱節(jié)省率

10、a進(jìn)行評價(jià)，其定義為： a = (Q1Q2)/Q1 式中Q采用節(jié)能措施前的傳熱量； Q2采用節(jié)能措施后的傳熱量。 針對保溫覆蓋，則有 a = (K1K2)/K1 式中K1采用保溫覆蓋前的覆蓋層傳熱系數(shù)，W/(m2s)； K2采用保溫覆蓋后的覆蓋層傳熱系數(shù)，W/(m2s)。,雙層充氣膜保溫覆蓋 近年在溫室覆蓋材料中，中空塑料板材，尤其是中空聚碳酸酯板（PC板）得到較多應(yīng)用，其保溫機(jī)理與雙層充氣膜相似，有雙層(一層空氣)與三層(二層空氣)二種,圖中空聚碳酸酯板（PC板）,綴鋁膜保溫幕 由于鋁箔和鍍鋁膜對長波輻射具有很高反射率，用于溫室活動(dòng)保溫幕具有很好保溫效果。但其透氣、透濕性差，直接用作保溫簾時(shí)

11、易導(dǎo)致室內(nèi)濕度過大。因此，采用將其裁割成數(shù)毫米寬的窄條，并用纖維線將其并排編織起來的方法生產(chǎn)的織物，稱為綴鋁膜，這種覆蓋材料在具有較高長波輻射反射率和優(yōu)良保溫性能的同時(shí)，又有一定的透氣、透濕性，有利于降低室內(nèi)濕度，近年逐步得到廣泛采用，多用作溫室的內(nèi)保溫幕。,圖 綴鋁膜保溫幕,（二）合理設(shè)計(jì)與管理采暖設(shè)施 溫室采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與使用中的調(diào)控管理也將對能耗與運(yùn)行成本產(chǎn)生較大影響。 準(zhǔn)確計(jì)算采暖負(fù)荷與配置采暖系統(tǒng)，可避免過量配置產(chǎn)生的浪費(fèi)現(xiàn)象。散熱器應(yīng)合理布置，以達(dá)到室內(nèi)溫度的均勻合理分布。應(yīng)根據(jù)溫室內(nèi)栽培植物的要求選用合理的供暖方式與進(jìn)行供暖系統(tǒng)的合理布置。,供暖與補(bǔ)光,（三）新能源（可再生能源）

12、的有效利用 溫室的加溫能源，在國外多為石油和天然氣，我國主要使用煤炭。減少這些燃料在溫室生產(chǎn)中的消耗，不僅能降低溫室生產(chǎn)成本，而且是節(jié)約地球上有限的資源、保護(hù)環(huán)境的需要。因此，世界各國都開展了利用可再生能源如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能等作為溫室加溫能源的研究，其中最有普遍應(yīng)用前景的是太陽能和生物質(zhì)能（沼氣等）。,（三）新能源（可再生能源）的有效利用 太陽能貯存利用技術(shù)與設(shè)施 太陽能是地球上最廉價(jià)、最普遍存在的清潔能源，但由于其時(shí)間性和能量密度較低的特點(diǎn)，有效收集和存貯是其利用技術(shù)上的難點(diǎn)所在。 沼氣的利用與種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)溫室 將人畜糞便和作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行發(fā)酵獲得的沼氣是一種高品位的氣

13、體燃料，可作為生活用能和動(dòng)力燃料，也可用于溫室加溫。在獲得能源的同時(shí)，使有機(jī)廢棄物得到處理，獲得優(yōu)質(zhì)的肥料并保護(hù)了環(huán)境。,五、溫室降溫技術(shù)與設(shè)備 溫室的降溫是溫室溫度環(huán)境調(diào)控的另一方面重要內(nèi)容。 降低溫室內(nèi)溫度的環(huán)境調(diào)控主要采用通風(fēng)（自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)）、蒸發(fā)降溫（濕墊與噴霧降溫等）和遮陽等三方面的技術(shù)和設(shè)備。其中通風(fēng)與蒸發(fā)降溫的內(nèi)容詳見本教材的其他章節(jié)，以下僅對溫室的遮陽技術(shù)與設(shè)備進(jìn)行闡述。 1、自然通風(fēng)（側(cè)窗、頂窗開窗系統(tǒng)） 2、機(jī)械通風(fēng) 3、蒸發(fā)降溫（濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)） 4、噴霧降溫 5、內(nèi)部攪動(dòng)風(fēng)扇 6、外遮陽系統(tǒng) 7、內(nèi)遮陽系統(tǒng) 8、覆蓋材料上噴涂遮陽材料,風(fēng)機(jī)濕簾降溫系統(tǒng),強(qiáng)烈的太

14、陽輻射熱通過透明覆蓋材料大量進(jìn)入溫室內(nèi)，這是夏季溫室內(nèi)產(chǎn)生高溫狀況的重要原因。因此，采用遮陽的辦法，大幅度減少進(jìn)入溫室的太陽輻射熱能，對于抑制室內(nèi)高溫具有顯著的作用。作為抑制室內(nèi)高溫的技術(shù)措施，遮陽的優(yōu)點(diǎn)在于，在使用中基本不消耗能源，運(yùn)行管理方便，費(fèi)用低。 遮陽按設(shè)置部位的不同分為室外遮陽與室內(nèi)遮陽二種類型。 室外遮陽是在溫室外覆蓋材料的上方，覆蓋塑料遮陽網(wǎng)，這是用聚烯烴樹脂為主要原料，通過拉絲后編織成的網(wǎng)狀材料，有黑色、銀灰色、綠色等多種產(chǎn)品。按編織的稀密程度不同有多種型號(hào)，其遮光率從20%到80%不等。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)到室外，因此其降溫效果優(yōu)于室內(nèi)遮陽。,遮陽,室內(nèi)遮陽幕及拉幕機(jī)構(gòu) 室外遮陽網(wǎng),雙層充氣溫室,日光溫室,習(xí)題： 1、如何理解溫度調(diào)節(jié)對于植物生長的重要性？ 2、用公式表述溫室的傳熱與能量平衡過程，可適當(dāng)分析，也可圖示。 3、溫室降溫方式一般有哪幾種？并表述其基本內(nèi)涵和特點(diǎn)。 4、維持溫室內(nèi)一定溫度的熱量來源有哪些？ 5、溫室內(nèi)熱量向外界散失的途徑主要有哪些？其中各種熱量損失的相對