設(shè)施環(huán)境調(diào)控資料實(shí)用教案

1、 四、設(shè)施光環(huán)境特點(diǎn)第三節(jié) 進(jìn)入設(shè)施內(nèi)的太陽(yáng)輻射計(jì)算 一、室外地面上太陽(yáng)輻射照度的計(jì)算 二、 進(jìn)入設(shè)施內(nèi)的太陽(yáng)輻射計(jì)算第四節(jié) 設(shè)施光環(huán)境的調(diào)節(jié) 一、溫室內(nèi)的人工(rngng)補(bǔ)光 二、人工(rngng)光照的配置計(jì)算 三、光質(zhì)調(diào)節(jié) 四、日長(zhǎng)調(diào)節(jié)第1頁(yè)/共45頁(yè)第一頁(yè)，共45頁(yè)。第二章 設(shè)施熱環(huán)境及其調(diào)節(jié) 第一節(jié) 熱量傳遞(chund)(chund)的基本方式 第二節(jié) 輻射換熱 第三節(jié) 導(dǎo)熱 第四節(jié) 對(duì)流換熱 第五節(jié) 溫室熱環(huán)境 一、溫室傳熱與能量平衡 二、溫室采暖熱負(fù)荷 三、溫室的節(jié)能保溫 四、溫室的降溫調(diào)節(jié)第2頁(yè)/共45頁(yè)第二頁(yè)，共45頁(yè)。第三章 溫室(wnsh)(wnsh)的氣體環(huán)境與通風(fēng)

2、調(diào)節(jié) 第一節(jié) 溫室(wnsh)(wnsh)通風(fēng)概述 一、 溫室(wnsh)(wnsh)通風(fēng)換氣的目的 二、 溫室(wnsh)(wnsh)通風(fēng)的設(shè)計(jì)要求 三、 通風(fēng)的基本形式與特點(diǎn) 第二節(jié) 溫室(wnsh)(wnsh)的必要通風(fēng)量 一、 控制室溫的必要通風(fēng)量 二、 維持CO2CO2濃度的必要通風(fēng)量 三、 控制溫室(wnsh)(wnsh)內(nèi)濕度的必要通風(fēng)量 第三節(jié) 溫室(wnsh)(wnsh)通風(fēng) 一、熱壓作用下的自然通風(fēng) 二、風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng) 三、自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置 四、溫室(wnsh)(wnsh)的機(jī)械通風(fēng)第3頁(yè)/共45頁(yè)第三頁(yè)，共45頁(yè)。第四章 溫室環(huán)境自動(dòng)控制 第一節(jié) 自動(dòng)控制基本原理

3、第二節(jié) 設(shè)施(shsh)(shsh)環(huán)境常用控制器 第三節(jié) 設(shè)施(shsh)(shsh)環(huán)境自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)第4頁(yè)/共45頁(yè)第四頁(yè)，共45頁(yè)。緒緒 論論 一、農(nóng)業(yè)設(shè)施與設(shè)施環(huán)境1 1、農(nóng)業(yè)設(shè)施 農(nóng)業(yè)設(shè)施是能夠提供適宜的生產(chǎn)環(huán)境等條件，具有特定生產(chǎn)功能的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性建筑、配套設(shè)備的工程系統(tǒng)。2 2、農(nóng)業(yè)設(shè)施的特點(diǎn) （1 1）可以為各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)象提供比自然環(huán)境更加適宜的生產(chǎn)環(huán)境條件，且可以調(diào)控環(huán)境。為此設(shè)施一般應(yīng)具備建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)或具有圍護(hù)作用的構(gòu)造物，以形成與外界相對(duì)(xingdu)(xingdu)隔離的空間條件。 （2 2）依靠各種生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。第5頁(yè)/共45頁(yè)第五頁(yè)，共45頁(yè)。3 3、設(shè)施

4、環(huán)境（農(nóng)業(yè)生物環(huán)境） 農(nóng)業(yè)生物環(huán)境一般分為： 物理環(huán)境：包括生物周圍的溫度(wnd)(wnd)、光照和熱輻射、空氣和水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等，其中由空氣溫度(wnd)(wnd)、濕度、熱輻射、空氣和水的流動(dòng)等因素所構(gòu)成的環(huán)境稱為熱環(huán)境。 化學(xué)環(huán)境：指生物周圍空氣、土壤和水中的化學(xué)物質(zhì)成分組成。 生物環(huán)境：除農(nóng)業(yè)生物個(gè)體以外的其他所有生物。包括空氣、土壤、或水中的微生物，生物體內(nèi)外的寄生物，以及周圍的其他同類生物群體等。 第6頁(yè)/共45頁(yè)第六頁(yè)，共45頁(yè)。光照水和肥料溫度CO2濕度溫室的環(huán)境調(diào)控溫室的環(huán)境調(diào)控(dio kn)(dio kn)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以光照為主導(dǎo)因子的綜合環(huán)境管理。應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以光照為主導(dǎo)因子的

5、綜合環(huán)境管理。第7頁(yè)/共45頁(yè)第七頁(yè)，共45頁(yè)。 4 4、設(shè)施結(jié)構(gòu)環(huán)境生物之間的相互(xingh)(xingh)關(guān)系 設(shè)施環(huán)境外界環(huán)境設(shè)施結(jié)構(gòu)生物活動(dòng)狀態(tài)和代謝過程 設(shè)施(shsh)結(jié)構(gòu)決定了其環(huán)境性能，所以在設(shè)施(shsh)環(huán)境調(diào)控之前，首先確定好的結(jié)構(gòu)，才能做到環(huán)境調(diào)控的節(jié)能、低成本。第8頁(yè)/共45頁(yè)第八頁(yè)，共45頁(yè)。 5 5、設(shè)施環(huán)境調(diào)控的原理和方法（1 1）理論 1 1）質(zhì)量守恒定律 2 2）熱力學(xué)第一定律能量守恒定律 3 3）質(zhì)熱傳遞過程的理論 4 4）環(huán)境與生物間相互影響的生態(tài)學(xué)原理（2 2）方法 定量化描述生物與環(huán)境、外界(wiji)(wiji)環(huán)境與設(shè)施內(nèi)部環(huán)境間的相互關(guān)系模型

6、的建立及應(yīng)用 采用工程化的手段，利用專用設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。第9頁(yè)/共45頁(yè)第九頁(yè)，共45頁(yè)。Control systemSimulationsMeasured valuesModelData Acquisition SystemDynamic Databasecompare27 Oct26 Oct28 Oct29 Oct30 Oct1 Nov2 Nov3 NovALLALLALLStress Detector # 17# 17 on Duty!Sh a n y R a y T ec h n o lo g i es Lt d .Sh a n y R a y T ec h n o lo g i es L

7、t d .Number of days analyzed: 7Number of alarms: 4DANGER!DANGER!My ComputerLPS #14LPS #17LPS #26LPS #99Alarm Diary9:00-12:00 Air VPD 2 kPa12:00-15:00 Leaf T 34 C Air VPD 4 kPa15:00-16:00 Air VPD 2 kPa Test # 1 negativeS SR RCrop第10頁(yè)/共45頁(yè)第十頁(yè)，共45頁(yè)。 現(xiàn)代化連棟溫室的環(huán)境控制(kngzh)及其設(shè)備環(huán)境因子環(huán)境因子 控制設(shè)備控制設(shè)備光照光照人工光源、簾幕系統(tǒng)

8、人工光源、簾幕系統(tǒng)溫度溫度采暖設(shè)備、降溫系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、簾幕系統(tǒng)、采暖設(shè)備、降溫系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、簾幕系統(tǒng)、噴淋噴淋/噴霧系統(tǒng)噴霧系統(tǒng)CO2濃度濃度 CO2施肥系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)施肥系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)濕度濕度采暖設(shè)備、降溫系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、簾幕系統(tǒng)、采暖設(shè)備、降溫系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、簾幕系統(tǒng)、噴淋噴淋/噴霧系統(tǒng)噴霧系統(tǒng)第11頁(yè)/共45頁(yè)第十一頁(yè)，共45頁(yè)。緒 論二、設(shè)施環(huán)境工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用 參考(cnko)教材 P24第12頁(yè)/共45頁(yè)第十二頁(yè)，共45頁(yè)。第一章 設(shè)施光照(gungzho)環(huán)境及其調(diào)控第一節(jié) 建筑日照的基本理論 一、地球的公轉(zhuǎn)與太陽(yáng)赤緯角 1、太陽(yáng)赤緯角 太陽(yáng)光線與地球赤道面的夾角 太陽(yáng)

9、直射光線投射到地球表面，光線與地面垂直處的地理緯度)365284360sin(45.23n)365172360cos(45.23n第13頁(yè)/共45頁(yè)第十三頁(yè)，共45頁(yè)。三、太陽(yáng)高度角和方位角四、斜面(ximin)太陽(yáng)入射角b與其他角度之間的關(guān)系)cos(sincoscossincosefcacab五、日出(r ch)、日沒時(shí)刻 )tantan(cos10t第14頁(yè)/共45頁(yè)第十四頁(yè)，共45頁(yè)。第二節(jié) 設(shè)施光環(huán)境特征(tzhng) 一、與設(shè)施內(nèi)環(huán)境相關(guān)的光、熱輻射 1、電磁波譜 2、太陽(yáng)輻射的光譜能量分布（教材P144150） 3、常溫物體的熱輻射第15頁(yè)/共45頁(yè)第十五頁(yè)，共45頁(yè)。第16頁(yè)/

10、共45頁(yè)第十六頁(yè)，共45頁(yè)。黑體常溫下的熱輻射波譜010203040020406080100波長(zhǎng)(m)輻射力(W/m2m)第17頁(yè)/共45頁(yè)第十七頁(yè)，共45頁(yè)。 不同(b tn)波長(zhǎng)的光熱輻射對(duì)植物及環(huán)境的作用長(zhǎng)波紅外輻射mm第18頁(yè)/共45頁(yè)第十八頁(yè)，共45頁(yè)。m W/m1khcexphc220520bTM普朗克定律(dngl)（黑體的單色輻射力） 波長(zhǎng)(bchng)，m； T 熱力學(xué)溫度，K； h 普朗克常數(shù)（6.62610-34Js）； k 玻爾茲曼常數(shù)（1.380710-23J/K）； c0 真空中的光速（2.9979108m/s）第19頁(yè)/共45頁(yè)第十九頁(yè)，共45頁(yè)。Km 6 .28

11、97 maxT 維恩位移(wiy)定律（最大輻射力對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)）第20頁(yè)/共45頁(yè)第二十頁(yè)，共45頁(yè)。第二節(jié) 設(shè)施光環(huán)境特征 二、與太陽(yáng)輻射有關(guān)的光輻射強(qiáng)度的度量 1 1、輻射（能）通量 單位為W W。 2 2、輻照度（輻射能通量密度）單位為W/m2W/m2。 3 3、光通量 按照國(guó)際(guj)(guj)約定的人眼視覺特性評(píng)價(jià)的輻射能通量( (輻射功率) )，光源在單位時(shí)間內(nèi), ,向周圍空間輻射出的使人眼產(chǎn)生光感的能量, ,稱為光通量,單位為lmlm： 光通量和輻射通量這兩個(gè)非常相似的概念， 錯(cuò)誤地認(rèn)為既然光是屬于一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一種電磁輻射，光通量就是輻射通量。 光通量是一個(gè)包含著主客觀雙重因

12、素的物理量 輻射通量雖然是一個(gè)反映光輻射強(qiáng)弱程度的客觀物理量，但是，它并不能完整地反映出由光能量所引起的人們的主觀感覺視覺的強(qiáng)度（即明亮程度） 4 4、光照度 受照平面上接受的光通量面密度（單位面積光通量），單位：lxlx； 5 5、光合有效輻射照度 PAR PAR ：（Photosynthetically Active RadiationPhotosynthetically Active Radiation）單位時(shí)間、單位面積上到達(dá)或通過的光合有效輻射（400400700nm700nm）的能量。單位：W/m2W/m2 6 6、光合有效光量子流密度 PPFD PPFD或PPFPPF，單位：mo

13、l/m2smol/m2s第21頁(yè)/共45頁(yè)第二十一頁(yè)，共45頁(yè)。第二節(jié) 設(shè)施光環(huán)境特征 三、各種( zhn)光輻射度量單位的相互關(guān)系一個(gè)光量子所具有(jyu)的能量為： 式中 波長(zhǎng)(bchng)，m； h 普朗克常數(shù)（6.62610-34Js）； c 真空中的光速（2.9979108m/s）。第22頁(yè)/共45頁(yè)第二十二頁(yè)，共45頁(yè)。1、光合有效輻射照度與光合有效光量子流密度間的換算設(shè)光合有效輻射照度為Ea（W/m2）；光合有效光量子流密度為Ep（mol/m2s）；換算系數(shù)為Ep=kapEa，即kap=Ep/Ea（mol/s）/ W；單色光的輻射照度分布密度為E（W/m2m）；光合有效輻射的波長(zhǎng)

14、(bchng)范圍為a-b（m）；則：第23頁(yè)/共45頁(yè)第二十三頁(yè)，共45頁(yè)。式中 波長(zhǎng)(bchng)，m； h 普朗克常數(shù)（6.62610-34Js）； c 真空中的光速（2.9979108m/s）； NA 阿伏加德羅常數(shù)（6.0221023 mol-1），因此：第24頁(yè)/共45頁(yè)第二十四頁(yè)，共45頁(yè)。近似(jn s)估計(jì)：對(duì)于日光，如按在400700nm范圍內(nèi)E為常量估計(jì)，第25頁(yè)/共45頁(yè)第二十五頁(yè)，共45頁(yè)。2、光合有效輻射(fsh)照度與光照度間的換算換算系數(shù)為Ev=kavEa， 式中 e,波長(zhǎng)為的單色光的輻射能通量，W/m (W)； V()標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者明視覺光譜(gungp)光視

15、效率； Km 最大光譜(gungp)光視效能，Km = 683 lm/W。根據(jù)(gnj)有關(guān)資料，對(duì)于日光，kav = 238 lx / (W/m2)，即：光合有效輻射照度 1W/m2 = 238 lx 光照度第26頁(yè)/共45頁(yè)第二十六頁(yè)，共45頁(yè)。3、光照度與光合有效光量子流密度間的換算(hun sun)換算(hun sun)系數(shù)為Ep=kvpEv，即:對(duì)于日光，kvp = kap / kav = 4 / 238 = 0.0168 mol/m2s / lx，即光照度 1 lx = 0.0168 mol/m2s 光合有效(yuxio)光量子流密度第27頁(yè)/共45頁(yè)第二十七頁(yè)，共45頁(yè)。 對(duì)應(yīng)量

16、 已知量光照度lx光合有效輻射照度W/m2光合有效光量子流密度mol/m2.s總短波輻射照度W/m2光照度1 lx 10.00420.0040.01680.0180.01光合有效輻射照度PAR 1 W/m2 23825014.04.62.38光合有效光量子流密度PPFD 1 mol/m2.s 59.555.60.250.2210.595總短波輻射照度1 W/m2 1000.421.681第28頁(yè)/共45頁(yè)第二十八頁(yè)，共45頁(yè)。四、設(shè)施光環(huán)境特點(diǎn)1、光照強(qiáng)度 室內(nèi)光照強(qiáng)度比自然光弱。2、光照時(shí)數(shù) 室內(nèi)光照時(shí)數(shù)受到溫室類型的影響3、光質(zhì) 主要影響380nm以下紫外光的透過(tu u)率，大多不能透

17、過(tu u)310nm以下紫外光。 影響紅外光的透過(tu u)率。4、光分布 室內(nèi)光照分布不均勻。 第29頁(yè)/共45頁(yè)第二十九頁(yè)，共45頁(yè)。第三節(jié) 進(jìn)入設(shè)施內(nèi)的太陽(yáng)輻射(fsh)計(jì)算 一、室外水平地面上太陽(yáng)輻射(fsh)照度的計(jì)算 （一）太陽(yáng)常數(shù) 在大氣層外，平均日地距離處，垂直于輻射(fsh)傳播方向上單位面積1個(gè)小時(shí)內(nèi)測(cè)得的太陽(yáng)輻照度為1353W /m2 ，稱為太陽(yáng)常數(shù)，以J0表示。 實(shí)際上大氣層外的太陽(yáng)輻照度隨著日地距離的改變，在一定范圍內(nèi)變化。一年中第n天在法向平面上的大氣層外的輻照度 Jon為： )365360cos033. 01 (0nJJon （二）室外水平面上的直射光輻射照

18、度(zho d) 見教材P151公式48aPrrJJadsinsin/1200第30頁(yè)/共45頁(yè)第三十頁(yè)，共45頁(yè)。第三節(jié) 進(jìn)入設(shè)施(shsh)內(nèi)的太陽(yáng)輻射計(jì)算 一、室外水平地面上太陽(yáng)輻射照度的計(jì)算 （三）室外水平面上(min shn)的散射光輻射照度 見教材P151公式49PPHJJasln4 . 111sin2 . 1sin0 （四）室外水平面上(min shn)的總輻射照度 sdJJJ第31頁(yè)/共45頁(yè)第三十一頁(yè)，共45頁(yè)。第三節(jié) 進(jìn)入(jnr)設(shè)施內(nèi)的太陽(yáng)輻射計(jì)算 二、影響室內(nèi)光照環(huán)境的主要因素見教材(jioci)P152-154 三、室內(nèi)(sh ni)總輻射照度的計(jì)算見教材P154-

19、155第32頁(yè)/共45頁(yè)第三十二頁(yè)，共45頁(yè)。 第四節(jié) 設(shè)施光環(huán)境的調(diào)節(jié)一、溫室內(nèi)的人工補(bǔ)光 1. 對(duì)人工光源的要求 光譜性能：富含400500nm藍(lán)紫光和600700nm橙紅光 適當(dāng)?shù)募t色、藍(lán)色光比例（R / B比） 適當(dāng)?shù)募t光（600700nm）遠(yuǎn)紅光（700800nm）比例（R / FR比） 具有其他特定要求的光譜（如補(bǔ)充紫外的不足等） 效率：發(fā)出的光合有效(yuxio)輻射量與消耗功率之比 可視光效率（光效率） lm / W 光合有效(yuxio)輻射效率（輻射效率） mW / W 光合有效(yuxio)光量子效率（光量子效率） (mol/s) / W或mol / J 其他：使用壽命、

20、價(jià)格等 2. 人工光源的種類第33頁(yè)/共45頁(yè)第三十三頁(yè)，共45頁(yè)。 第四節(jié) 設(shè)施(shsh)光環(huán)境的調(diào)節(jié)一、溫室內(nèi)的人工補(bǔ)光 3. 人工光源的光照配置 （1） 點(diǎn)光源照度的逐點(diǎn)計(jì)算法 照射到微元面積dA上的光輻射通量為d時(shí)，該微元面積上的照度為： 式中 dA 面積dA在垂直于光源方向的平面上的投影(tuyng)，m2； 光源對(duì)于入射平面的入射角；式中 I 光源在計(jì)算方向的發(fā)光強(qiáng)度，cd（坎德拉）； d 微元面積(min j)dA對(duì)應(yīng)的立體角； R 光源到照射面的距離，m。第34頁(yè)/共45頁(yè)第三十四頁(yè)，共45頁(yè)。則： 采用n個(gè)光源(gungyun)時(shí)，計(jì)算點(diǎn)的照度為：第35頁(yè)/共45頁(yè)第三十五

21、頁(yè)，共45頁(yè)。（2） 線光源照度的逐點(diǎn)計(jì)算法 計(jì)算條件：線光源平行(pngxng)于被照面第36頁(yè)/共45頁(yè)第三十六頁(yè)，共45頁(yè)。日 光白熾燈鹵鎢燈高壓水銀熒光燈白色熒光燈金屬鹵燈高壓鈉燈低壓鈉燈效率光效率lm/W（100）1719607087106143光合有效輻射效率mW/W（420）68190270300光量子效率mol/s)/W（1.68）0.340.871.241.48光照單位轉(zhuǎn)換klx轉(zhuǎn)換為W/m2(PAR)4.242.73.12.8W/m2(PAR)轉(zhuǎn)換為mol/m2s454.64.65klx轉(zhuǎn)換為mol/m2s16.82012.414.314幾種人工光源的發(fā)光(f un)效率及

22、光照強(qiáng)度換算第37頁(yè)/共45頁(yè)第三十七頁(yè)，共45頁(yè)。二、溫室光照環(huán)境的調(diào)控開發(fā)和選用合適的溫室覆蓋材料溫室設(shè)計(jì)建設(shè)方面采用合理的方位與溫室結(jié)構(gòu)人工(rngng)(rngng)調(diào)控： 光量調(diào)控 遮光與補(bǔ)光 補(bǔ)光又分為光合作用補(bǔ)光（高光強(qiáng)）和光周期 補(bǔ)光（低光強(qiáng)） 光周期調(diào)控 遮光調(diào)節(jié)，延長(zhǎng)暗期 補(bǔ)光調(diào)節(jié)，延長(zhǎng)光照時(shí)間（整晚補(bǔ)光、早晚延 長(zhǎng)補(bǔ)光和夜間間斷補(bǔ)光） 光質(zhì)調(diào)控 采用滿足要求的具有特定光譜分布的人工(rngng)(rngng)光源 補(bǔ)光；采用滿足要求的具有特定光譜透過率的 覆蓋材料 第38頁(yè)/共45頁(yè)第三十八頁(yè)，共45頁(yè)。（一）光照強(qiáng)度的調(diào)控1、提高(t go)溫室內(nèi)光強(qiáng)主要措施 透明覆蓋

23、材料(cilio)(cilio)的選擇 透明材料(cilio)(cilio)理想的透光特性為： 300nm 300nm 低透光率（免傷害植物和覆蓋材料(cilio)(cilio)老化、減少病蟲害等） 300 300400nm 400nm 高透光率，有利植物成形、花果著色、VCVC、VDVD合成 400 400700nm 700nm 高透光率， （有利光合作用） 700 7003000nm 3000nm 要求高透光率，以利于室內(nèi)增溫；當(dāng)有室內(nèi)降溫要求 時(shí)，應(yīng)為低透光率 3000nm 3000nm 低透過率，減少散熱，有利保溫第39頁(yè)/共45頁(yè)第三十九頁(yè)，共45頁(yè)。l設(shè)計(jì)建造方面設(shè)計(jì)建造方面(fngmin)(fngmin)：設(shè)計(jì)合理的屋面角度和：設(shè)計(jì)合理的屋面角度和形狀；選擇合理的方位；選擇粉塵、煙塵等污染較輕形狀；選擇合理的方位；選擇粉塵、煙塵等污染較輕的地方建造。的地方建造。 l日常管理上：日常管理上：l應(yīng)經(jīng)常打掃和清洗透光面，增加透光率。應(yīng)經(jīng)常打掃和清洗透光面，增