温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析.pdf

第3 3 卷第5 期 1 9 02 0 1 7 年3 月 农业工程学报 T t a n s a ct io n so ft h eC h in e s eS o cie t ) ro fA g r icu l t u r a lE n g in e e r in g V b l 3 3N o 5 M a L2 0 1 7 温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析 王莉，周长吉 ( 农业部规划设计研究院设施农业研究所，北京1 0 0 1 2 5 ) 摘要：估算必要通风量是温室通风设计确定通风机风量和数量、通风口尺寸和位置等硬件设施的前提，但实践中，通 过比较满足排热、除湿和增加二氧化碳( ca r b o nd io x id e ) C 0 2 三方面需求而确定必要通风量的方法繁琐，缺少气象数据， 温室受热面积修正系数、蒸腾蒸发热量损失系数、室外水平面太阳总辐射照度、室外计算温度、室内设计温度等参数难 以确定。为解决这些问题和使农业行业标准温室通风设计规范修订版中推荐的必要通风量计算方法更具有操作性， 该文分析了3 种必要通风量计算方法与通风能力设计时最大必要通风量的关系；借鉴美国空气调节室外计算参数获得方 法并采用中国可获得的气象数据，统计得出中国各地1 2 个月份的室外水平面太阳总辐射照度和室外计算干球温度，解决 了温室通风设计中无法针对不同使用期估算必要通风量的问题；另外通过分析中国温室主要结构形式、温室受热面积修 正系数、蒸腾蒸发热量损失系数、当地气象以及作物叶面积指数等参数之间的关系，明确了温室受热面积修正系数等参 数的取值方法。研究表明：通风能力设计时必要通风量应采用排除热量满足温度要求的方法计算。温室受热面积修正系 数取值：连栋温室可在1 0 1 3 范围内取值，夏季可取1 o 1 1 ，春秋季可取1 2 1 3 ，温室规模小、所在地纬度高的地 区取较大值；日光温室可在1 0 1 5 范围内取值，夏季可取1 0 1 2 ，春秋季可取1 3 1 5 ，其中所在地纬度高的地区可 取较大值。蒸腾蒸发热量损失系数取值：可根据当地室外含湿量，育苗期在0 6 5 O 9 0 之间选取，栽培期在0 8 0 1 1 5 之间选取。 关键词：温度；蒸腾蒸发；设计；温室通风设计；必要通风量；参数取值方法；受热面积修正系数；蒸腾蒸发热量损失 系数 d o i：1 0 1 1 9 7 5 a is s n 1 0 0 2 - 6 8 1 9 2 0 1 7 0 5 0 2 8 中图分类号：S 2文献标志码：A文章编号：1 0 0 2 6 8 1 9 ( 2 0 1 7 ) 0 5 0 1 9 0 0 9 王莉，周长吉温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析 J 农业工程学报，2 0 1 7 ，3 3 ( 5 ) ：1 9 0 一1 9 8 d o i：l O 1 1 9 7 5 巧is s n 1 0 0 2 6 8 1 9 2 0 1 7 0 5 0 2 8h t t p ：n 矿W t cs a e o 昭 W a n 9 1 i，z h o uC h a n g j iD e t e 珊in a t io no fca l cu l a t e dm e t h o df o rn e ce s s a r yV e n t il a t io nr a t e a n dit sd e t e 彻in a t io na 1 1 a l y s iso f p 猢e t e rv a l u e J T r a n s a ct io n so f t h ech in e s es o cie t ) ro f A 鲥cu l t u r a lE n g in e 谢n g ( T r a n s a ct io n so f t h ecs A E ) ，2 0 1 7 ，3 3 ( 5 ) ：1 9 0 一1 9 8 ( in C h in e s e w it h E n g l is ha b s t r a ct )d o i：l O ，1 1 9 7 5 巧is s n 1 0 0 2 6 8 1 9 2 0 1 7 0 5 0 2 8胁p ：w w w t cs a e o 唱 O引言 通风对于温室环境调控至关重要，学者开展过大量 研究，杨振超等【l 】研究了西北型节能日光温室内的风速分 布规律及室外风速与通风面积对室内风速的影响，胡建 等 2 比较了采用通风、湿帘风机、高压喷雾、集中雾化 等降温措施进行温室夏季降温的优缺点，俞永华【3 1 提出 了基于多态原则的通风与降温系统可改善气候适应性及 降低运行成本，李本卿等 4 罐】对强制通风条件下的v e n l o 型玻璃温室和圆拱形塑料温室内部的温度场和气流场进 行了三维数值模拟及展望了C F D 技术的应用前景，张良 1 9 】对自然通风条件下屋顶全开型温室进行了模拟与测试 研究，但鲜见有围绕温室工程设计中通风技术的工程化 实践问题开展的研究。 在温室工程设计中，通风设计涉及通风能力设计和 通风调控设计两方面内容。通风能力设计的两项主要任 收稿日期：2 0 1 6 一0 4 一1 9 修订日期：2 0 1 6 一1 2 2 2 基金项目：2 0 1 6 年农业行业标准制定和修订及农产品质量认证项目：修订 温室通风设计规范( 2 1 3 0 1 0 9 ) 作者简介：王莉，女( 汉族) ，重庆市人，研究员，主要从事园艺产品设 施栽培和采后商品化处理技术与装备的工程化研究、标准化研究、装备研发 及工程咨询等工作。北京农业部规划设计研究院设施农业研究所，l 0 0 1 2 5 。 E m a il ：w a n d ica a e 1 6 3 ，co m 中国农业工程学会会员：王莉( E 0 4 1 2 0 0 5 2 4 S ) 务，一是确定通风窗口的尺寸和位置；二是确定通风机 的规格和数量。通风调控设计则是在通风机和通风口等 硬件设旌确定之后对风机风量和窗口开启大小的日常管 理调控措施。通风能力和通风调控设计均取决于作物环 境调控对通风量的需求，而通风量需求一般认为应满足 排热、除湿和增加二氧化碳( C O ：) 三方面目标，也称为 排除多余热量、排除多余湿气和增加C 0 2 必要通风量 1 m 1 4 J ， 其理论计算均基于物质平衡和能量平衡原理，反映的是 瞬时规律，涉及的参数包括：与温室结构相关的参数，如 温室受热面积修正系数口、温室各部分覆盖层的传热系 数玉& 、温室覆盖层的太阳辐射透射率f ；与室外气候环 境有关的参数，如室外水平面太阳总辐射照度E 、室外空 气干球温度厶、室外空气含湿量比；与作物有关的参数， 如蒸腾蒸发热量损失系数声、植物叶面积指数L A I ( 1 e a f a r e ain d e x ) 、单位植物叶面积对C 0 2 的平均吸收强度昂； 以及作物对环境的需求，如保持作物生长适宜的室内温 度“湿度和C 0 2 水平。虽然理论计算方法成熟，但各书 籍、研究文献中均未从工程应用角度出发针对通风能力 设计时如何考虑必要通风量计算的问题以及上述各项参 数如何取值的问题加以探讨。另外，温室设计用途既有 周年使用也有夏季闷棚停用等不同情况，由于缺少气象 数据而不能根据温室使用期进行设计。为解决这些问题， 也为了使农业行业标准温室通风设计规范修订版中 推荐的必要通风量计算方法更具有可操作性 15 。“ J ，该文分 第5 期王莉等：温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析 1 9 1 析、明确了通风能力设计时必要通风量应采用的计算方 法，并就计算方法中涉及的以、r 、妊、卢、E 、岛、乇等待 确定参数取值依据加以探讨，明确了在不同情况下的取 值。该文还借鉴美国空气调节室外空气计算参数获得方 法并采用中国可获得的气象数据，统计得出中国各地1 2 个月份的室外空气计算参数。另外，利用这些参数对北 京地区育苗和栽培温室在不同使用期的必要通风量进行 了计算和比较。 1通风能力设计时的必要通风量计算 通风能力设计时对必要通风量的考虑与通风调控时 有所不同，就上述几种必要通风量计算以及参数取值的 问题，基于了一个原则，就是依据必要通风量核算出的 通风窗口尺寸、位置以及通风机规格、数量应在温室设 计使用期的最不利气候环境条件下能够满足温室内作物 生长环境调控需求，即需要在各种极端条件下加以考虑。 对于风机通风而言，原则上所选的通风机容量在室外参 数不超过设计值时，应能保持室内参数也在设计值范围。 因此，如果3 种必要通风量在设计时都需要考虑的话，计 算出的必要通风量应该是3 种必要通风量之中最大的一个。 比较上述3 种通风量，其中排除湿气必要通风量的 考虑，源于因温室内部湿度过高结露会带来植物真菌病 问题，通常发生在早上室内空气温度过低湿度过大的时 候，需要通过通风将湿气排出室外，此时如果室外温度 过低，排湿通风则不可进行。排除湿气必要通风量一般 通过作物的蒸腾蒸发量进行估算或根据灌溉量( 通常作 物通过气孔排出的灌溉吸水量可达9 5 ) 进行估算【l 4 J ， 其估算值除受到作物在温室中的存在状况影响外，还受 到室外空气含湿量和室内相对湿度期望值( 或室内含湿 量期望值) 的影响。实践中，排湿需求一般在早上温度 较低时，此时的室外空气温度和太阳辐射量还不足以使 室内空气温度上升到排除多余热量的室内空气温度甚至 适宜作物生长的最低温度限，过多的冷风进入会使室内 空气温度下降过快引起作物温度过低甚至低温胁迫，只 能通过少量的通风将过多湿气排出，通风量不宣过大， 通风时间也很短。如果室外空气干燥，短时间的通风换 气就可使室内空气相对湿度下降，而当温室遭遇室外高 温高湿情况时，再大的通风量对于温室排除湿气也无济 于事。另一方面，利用排除湿气必要通风量的动态平衡 公式计算时涉及到室内外空气含湿量，而室外含湿量的 变化没有一定之规，假设采用最不利室外气象条件进行 计算，最不利情况要属室外含湿量最高的时段，即高温 高湿时段，而此时段对于室内环境调控的主要矛盾是降 温而非除湿，计算得出的除湿必要通风量远小于排除热 量必要通风量，因此，通过相对确定的室外气象条件估 算除湿必要通风量对工程设计的意义并不大。 对于增加C 0 2 必要通风量的估算，会受到室外c0 2 浓度水平的影响，即使达到室外C 0 2 体积分数4 0 0 L L 的水平，距离作物增产所需的5 0 0 肚几以上还有较大差距， 实践中通常可以采取各种措施补充c0 2 。显然在不采取补 充C O ：措施时通风量越大越利于提高室内C 0 2 浓度水平， 必要量的估算仅是限定C O ：浓度水平不低于一定值的前 提下进行的，采用此方法估算的通风量趋于一定值( 如 限定C 0 2 体积分数水平不低于3 0 0 饥时为 0 0 1 1m 3 ( s m 2 ) ；如果限定C 0 2 浓度水平趋向于室外水平 则通风量趋近无穷大) ，因此用于工程设计时进行估算也没 有实质性意义。 由此可见，在3 种必要通风量估算中，排除多余热 量必要通风量的计算对于温室通风设计显得格外重要， 在美国标准A N S 工，A s A EE P 4 0 6 4 1 8 】中也同样采用了计算 排除多余热量通风量来确定必要通风量的方法，如式( 1 ) 所示。 9 62 盯E ( 1 一) 一磁钕( 毛一f 。) 4 c p p a Q p t j 、 式中为必要通风率，m 3 ( s m 2 ) ；口为温室受热面积修 正系数，无量纲参数；f 为温室覆盖层的太阳辐射透射率， 无量纲参数；E 为室外水平面太阳总辐射照度，w 一； 为蒸腾蒸发热量损失系数，无量纲参数；磁为温室各部 分覆盖层的传热系数，七= l ，2 ，胛，w ( m 2 ) ；彳触为 温室围护结构覆盖层各部分面积，尼= 1 ，2 ， ，z ，m 2 ；“ 乙分别为室内空气温度和室外空气温度的设计值，；彳s 为温室地面面积，m 2 ；o 为排出温室的空气质量定压热 容，J ( k g ) ；m 为排出温室的空气密度，k g m 3 ；o 分 别为排出室外空气温度和进入室内空气温度，。 2 温室受热面积修正系数 温室受热面积修正系数口反映了温室实际采光量 与温室地面面积的关系。由于必要通风量公式中温室的 辐射得热量计算以室外水平面太阳总辐射照度E 和温 室地面面积爿。作为参数，而实际进入温室的太阳辐射 热量是太阳光辐射通过温室围护结构采光面进入到室 内产生的热量，该热量计算要受到温室采光面和太阳 入射角度的影响，参数n 作为考虑这两方面因素影响 的修正。 所谓温室采光面影响，是由温室结构形式决定的， 而太阳入射角则受到温室所处的地理纬度和温室方位的 影响。通常，温室都会依势而建，即在条件允许的情况 下采用当地采光最适的屋面角和温室方位。当这些设计 确定之后，采光面的影响因素就是温室的结构形式，而 太阳入射角的影响因素则是周年变化的太阳高度角五。因 为温室的辐射得热量应为太阳沿入射方向的辐射照度与 垂直于该方向透光面积的乘积，该量也等于进入室内的 水平面太阳总辐射照度E 与光线通过温室采光面投射到 地面面积彳r 的乘积，因此参数口应为彳r 与爿s 的比值。 从图1 看出，连栋温室的口主要取决于温室规模，而目 光温室的口受季节变化影响较大，根据国内常见温室结 构及尺寸估算，连栋温室可在1 0 1 3 范围内取值，夏 季可取1 0 1 1 ，春秋季可取1 2 1 - 3 ，温室规模小、所 在地纬度高的地区取较大值；日光温室可在1 0 1 5 范 围内取值，夏季可取1 0 1 2 ，春秋季可取1 3 1 5 ，其 中所在地纬度高的地区可取较大值。 1 9 2 农业工程学报( h t f p ： ，、 ，、M t cs a e o 唱) 2 0 1 7 年 一。 a 连栋温室规模较小，太阳高度角较低 a W h m 出一s p 弛掣e n h 肌s es iz es m a l l cr ， 也e nt h es o l a ra l 廿t I l d es m a U e rt o o b W h 训d - s p 伊e e n h o u s es il a r g 盯 t h t h cs o l 盯a 1 6 t I l d el a r g 盯t o o c日光温室太阳高度角较高时 cS o l 盯a l 廿l u d e l a r g 盯f o r s 吼l ig h tg r e e n h o u s e d 日光温室太阳高度角较低时 d S o l a ra l t it I l d es m a l l 盯矗” s u n I ig h tg r ee I l ：h o u s e 注：以为温室地面面积；4 为温室采光面投射面积； 为太阳高度角。 N o t e ：以r 印r e s e n t sg r e e n h o u s en o o ra r e a ；4r e p r e s e n t sp r o j e ct io na r e ao f g r e e n h o u s e ； r e p r e s e n t ss 0 1 a ra l m u d e 图1连栋温室和日光温室太阳辐射示意图 F ig 1 S k e t chm a po fs o l a rr a d ia t io no n m l t i s p a n g r e e n h o u s ea n ds u n l ig h tF e e n h o u s e 3 蒸腾蒸发热量损失系数 蒸腾蒸发热量损失系数口是温室中由于蒸发作用所 吸收热量与温室太阳辐射热的比值，它代表辐射热转变 为潜热的部分，在必要通风量计算公式中计算得热量时 起到至关重要的作用。在建筑空气调节中，水蒸气的发 生直接影响建筑内的温度和湿度变化，1k g 水蒸发的潜 热达24 4 2l ( J ，相当于使一座日光温室空气温度下降1 所需要的热量。温室中口值的变化范围为0 1 0 ，甚至 会超过1 0 【l8 1 ，已被相关研究证实( W il l it sDH 的研究结 果，口值可达1 7 5 ) 【1 9 J 。 温室中的蒸发源包括温室中生长的植物和非植物蒸 发源。植物蒸发也称为蒸腾，是水经由植物体蒸发到空 气中的现象，包括了蒸发面液体扩散的物理作用过程和 植物根系吸水、体内输水和叶面气孔开放的生理作用过 程。植物蒸发量主要取决于植物种类和生育阶段，在水 供应充足的情况下还与光照、空气温度、湿度和风速密切 相关。非植物蒸发源指的是温室中存在有水槽或地面有水 的情况，以及喷淋灌溉等可进入空气中的水都应算在内。 面对如此多的影响因素和宽泛的取值范围，在温室 通风设计时如何合理取值很值得探讨。 在A S A E 早期出版的动植物环境控制【2 0 。2 l 】中，口 的设计取值为0 5 ，在A S A E 标准 18 】的早期版本中口值的 推荐值为0 1 0 ，之后又改为0 到1 0 以上，并列举了当 室外辐射照度为9 0 0W m 2 、辐射透过率为0 8 、温室覆盖 面积与地面面积之比为1 2 、传热系数4 0 、刖( m 2 ) 、室 外空气温度为3 3 时无湿帘( 进入室内空气温度等于室 外空气温度) 和有湿帘( 进入室内空气温度为2 6 ) 的 进出温室空气温差与蒸腾蒸发热量损失系数口和通风率 三者之间的关系，如图2 所示。可以看出，无湿帘情况 下，口在0 8 1 0 之间时，室外空气流经温室其温度会上 升，并且随通风率增加温升会减小，即上升幅度在减小； 而当在1 0 1 4 之间时，流经温室的空气温度会下降， 并且随通风率增加其下降幅度也减小。也就是说，由于 室内植物的蒸腾蒸发作用会使进入温室内的空气降温， 该效果已经被实践证实，这也是为什么以色列( 属干燥 地区) 的温室通风设计中在室外温度为3 6 时还可以只 通过自然通风实现作物需要的低于室外的室内温度环 境。另外，从图中可以看到，作物蒸腾蒸发的降温作用 随着通风率的增加而减弱，这就是为什么夏季炎热时如 果想使作物茂密的温室降温可以适当关小通风口或减小 通风量而不是采取相反的措施。 通风率 V e 舐1 撕o nn t 矾m 3 ( s m 矿1 ) 1 有湿帘、卢= 0 2 ：2 有湿帘、声= 0 4 ；3 有湿帘、芦= 0 8 ：4 无湿帘、卢= O 8 ； 5 无湿帘、卢= 1 O ；6 无湿帘、卢= 1 2 ：7 无湿帘、声b 1 4 ； 1 W it l le V 印o m t iV ep a d s 、声= 0 2 ；2 w it he v a p o m t iv ep a d s 、卢= 0 4 ；3 W im e V 印o r a 6 v ep a d s 、户0 8 ；4 W it l l o u te v 印。栅v ep a d s 、户O 8 ；5 w it h o u t e V 印o r a t l V ep a d s 、步1 O ；6 W it h o u te v 印o m t iv ep a d s 、伊1 2 ；7 W it h o u t e V a p o r a t iV ep a d s 、Z i= 1 4 注：卢为蒸腾蒸发热量损失系数。 N o t e ：声r e p r cs e n t se v a p o 劬n s p ir a t io nco e f f icie n t 图2 温室进出风温度差与通风率和声值的关系 F ig 2R e l a t io n s h ipa irt e m p e m t u r ed if r e r e n ce a n dv e n t il a t io nr a t eo r in 田e e n h o u s e A S A E 标准中推荐，口取值取决于作物的类型、数量、 生育期、健康状况和( 或) 胁迫程度，并取决于通风进 入空气的含湿量，还取决于温室内非植物蒸发源可能的 蒸发量。没有建立根系的幼苗期植物、受胁迫的植物、 衰老或将死的植物、白天呼吸率低的植物( 如大多数肉 质植物) 以及进入空气的含湿量高时，都使口趋于低值。 如此宽泛的选择，会使设计人员难以把握。设计人员面 临的设计情况千变万化而非单一，对设计问题所掌握的 己知条件各不相同( 例如，设计时温室拟栽种作物、作 物生育周期及使用季节有可能已经完全明确，也有可能 没有明确的计划) ，设计人员需要根据设计条件参考标准 中所给出的信息来判断如何取值，因此，对于受多因素 影响的参数而言，在标准中尽可能多地提供有数据支持 的参数间相互关系的信息是最为可取的方法。 w il l it s 19 的模拟研究结果中口值与通风率和叶面积 指数的关系如图3 所示( 其中图3 a 的叶面积指数为1 3 2 ， 图3 b 的通风率为O 0 8 7m 3 ( s m 2 ) ，室外空气温度均为 3 6 8 ，含湿量为3 3 2 9 9g k g 范围) ，可以看出，在 不使用湿帘装置当通风率大于0 0 5m 3 吖s m 2 ) 时，增加通 风率对于值的变化并不明显，而叶面积指数的影响非 常显著，只要叶面积指数超过0 5 ，口值均在0 8 以上， 并且随着室外空气湿度的降低即空气含湿量的减小，值 增加明显，当叶面积指数达到3 、室外空气含湿量为 3 3g k g 气时，值可达到1 7 以上。 由上分析，值受到通风率、叶面积指数和室外空气 含湿量的影响，其中叶面积指数和室外空气含湿量的影 响更为显著。在工程设计阶段，叶面积指数通常处于未 知状况，在温室使用过程中叶面积指数会因栽种作物种 第5 期王莉等：温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析1 9 3 类、方式以及生长期的不同而不同，准确测算难度大， 仅可做到粗略估计，正常情况下单层育苗时的叶面积指 数可取为0 5 ，生长期的叶面积指数则 1 3 。室外空气含 湿量因中国地域广阔而各地差异明显，但周年变化对于 特定地区则符合一定的规律性，根据标准年气象数据， 北京、上海、海口、重庆、广州、西安、沈阳、哈尔滨、 兰州、乌鲁木齐l O 地各月的最大空气含湿量如表l 所示。 可以看出，除海口外全年的最大空气含湿量出现在7 、8 、 9 三个月，同一地区不同月份含湿量差异明显：不同地区 最大含湿量超过1 5g 埏的月份数不同，干燥地区各月的 最大含湿量差异较大。例如，北京的最低含湿量出现在1 月份，最高含湿量出现在8 月，差值达2 4 8 3g 瓜g ，含湿 量大于1 5g l 嘻的月数为4 个月；海口各月最大含湿量均 大于1 5g 瓜g ；乌鲁木齐、兰州各月最大含湿量均不超过 于1 6g k g ：含湿量大于1 5g l ( g 的月数广州8 个月、重庆 7 个月、上海为6 个月、西安5 个月、沈阳3 个月、哈尔 滨2 个月、兰州2 个月，呈现出由南至北、由东及西的 含湿量下降的趋势。 可见，基于满足最不利条件的原则，在估算最大必 要通风量时，可以使用当地气象数据中的最大空气含湿 量值和最小叶面积指数参照图3 来确定口值的大小，即 育苗期可在0 6 5 0 9 0 之间选取、栽培期在0 8 0 1 1 5 之间选取。例如，计算无湿帘装置温室最大必要通风量 时，4 、5 月份北京育苗温室可取为0 7 5 ，海口可取为0 6 5 ； 北京栽培温室可取为0 9 1 0 5 ，海口为0 8 ，乌鲁木齐为 表1典型地区各月出现的最大空气含湿量 T 8 b l e1M o n t hm a ) 【iI n a lo u t s id eh u 俩d i够r a t io sin 够p ica lr e g io n s g k 舶陌 墨旦曼盔窒皇盒堡重坚! 坐! 型坚! ! 翌! 竺! ! ! 堂皇! 型鱼壁堕! 竺全年最大空气含湿量 L 菡忑n s 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月l o 月1 1 月 1 2 月Y j 譬r 0 “l d 号攀i? ? 1 J a l l F e b M 缸 A p r M a vJ u J u l A u g S e p t O ct N o v D e c o u t s l d eh u 衄d l t yr a t I o s 鬻一 蒺已么 曦一 叶面积指数L e a f a ain d “ b 蒸腾蒸发热量损失系数与叶面积指数的关系 b R e l 鲥衄& b ipo f “a p O a n s p 枷o n c础icie n ta n dl f a I e ain d e x 注：室外空气含湿量和有无湿帘状况：1 3 3 9 k F l 、无湿帘；2 8 4g k g - 1 、 无湿帘；3 ，1 4 4g k g 一、无湿帘；4 2 1 4g k g 、无湿帘；5 2 9 9g k 旷1 、无 湿帘；6 2 9 9g 。k 旷1 、有湿帘；72 1 4g k g 、有湿帘：8 1 4 4g k g 、有湿 帘；9 8 4 9 k g 、有湿帘；1 0 ，33gk g 、有湿帘。 N d t e ：o u t s id eh u m d 畸r a t io sa n d 谢血0 r 丽t l l o u te v a p o r a t iv ep a d s ：1 3 3g k 旷1 、 w it I l o ue V 叩o r 撕V e p a d s ；2 8 4 9 k F l 、w it h o u te ”印o r a t iV e p a d s ；3 1 4 4 9 k 手1 、 m t h o u tcv a p o r a t iV ep a d s ；4 2 1 4 g k 旷1 、 w im o u te v 印o r a t iV ep a d s ； 5 2 9 9g 埏、 ，it h o u te v a p o r a t iv ep a d s ；6 2 9 9g k 旷1 、j t he v a p o r a 石V ep a d s ； 7 2 1 4g 。k 9 1 。、w iI hcv a p o r a t iV ep a d s ；8 1 4 4g b 一、w it he V 印o m t iV ep a d s ； 9 8 4g k g 、w ime V 叩o r a t iV ep a d s ；1 0 3 3g k 、w ime V 印o r a t iv ep a d s 图3 蒸腾蒸发热量损失系数与通风率和叶面积指数的关系 F 培3R e l a t io n s h ipo fe v 叩。仃a n s p ir a t io nco e m cie ma I l d V e m il a t io nr a t ep l u sl e a f a f 髓j n d e x 4 室外水平面太阳总辐射照度 室外水平面太阳总辐射照度E 是温室内热量的主要 贡献者，而室外空气温度对必要通风量的估算也产生很 大影响，二者均属于气象数据范畴。无论是利用热模拟 计算机程序预测室内温度和湿度的变化，还是利用公式 推算出极端情况下冷负荷量，都离不开相应的气象数据。 在美国标准中，室外水平面太阳辐射照度给出了各 气象台站各月2 1 日中午时分的晴日室外太阳直射和散射 辐射照度，可供空调负荷计算时使用 2 2 。2 4 1 。而中国的“采 暖通风与空气调节设计规范”标准【2 孓2 8 】中，夏季太阳辐 射照度是按地理纬度和7 月大气透明度以及7 月2 1 日太 阳赤纬计算数据给出，使用时需要在“夏季空气调节设 计用大气透明度分布图”中查出所在地透明度结合所在 地纬度再查取太阳辐射照度值，并没有每月数据。由于 各月没有太阳辐射照度数据可用，对于非周年使用温室 如夏季7 、8 月份不使用温室估算最大必要通风量时则不 可行。本文利用中国气象数据研究成果获得的标准年气 象数据【2 9 】( 依据1 9 9 5 年2 0 0 5 年的气象观测数据统计获 得的接近平均值的一年逐时气象数据) ，借鉴美国标准提 取了各月2 1 日当地中午时分的水平面太阳辐射照度值， 并且提取了各月水平面太阳辐射照度的最大值，北京等 上述1 0 台站的数据如表2 所示。 从表2 中数据可以看出，7 月份最大值与夏季水平面 太阳辐射更为接近，2 1 日的最大值并非全部出现在中午 时分，各月2 1 日的最大值也并不是当月的最大值，有的 相差较大，如上海4 月份的数据。究其原因，标准年数 1 9 4 农业工程学报( h 郇：w 、v w t cs a e o 培) 2 0 1 7 年 据是研究者在考虑了每时湿度、云量等关系的情况下， 利用观测数据和太阳辐射瞬时模型进行推定获得，最大 值并未出现在2 1 日。可见，计算最大必要通风量时，采 用各月水平面太阳辐射最大值更为合适。 表2 典型地区各月的室外水平面太阳总辐射照度 1 a b l e2M o n t l lh o r iz o n t a ls o l 盯im d ia n cein 咖ica lr e g io n sw I n - 2 5 室外空气温度 室外空气温度乙是估算必要通风量时的设计计算参 数，即室外计算干球温度。在美国标准【2 3 之4 1 中，室外空 气温度不仅给出了夏季室外计算干球温度，还给出了各 月的室外计算干球温度，供不同用途建筑和建筑用途在 一年之中发生改变时计算空调负荷时使用，而且没有空 调与通风参数之分。美国标准中的夏季室外计算干球温 度有0 4 、1 和2 不保证率3 种情况，逐月室外计算 干球温度有0 4 、2 0 、5 0 和1 0 0 不保证率4 种， 其中逐月的2 0 、5 0 和1 0 0 不保证率与夏季的0 4 、 1 和2 对应，分别为1 4 、3 6 和7 2h 。这些计算参数的 获得都是以逐时实测数据为基础的。 中国夏季空气室外计算参数分为空气调节和通风两 种，夏季室外空气调节计算干球温度的统计方法与美国、 日本等国也不同，是按累年平均不保证时数( 5 0h ) 确定 的，夏季通风室外计算干球温度采用历年最热月1 4 时的 月平均温度的平均值，并且气象数据是以每天4 次( 2 、 8 、1 4 、2 0 时) 的定时温度记录为基础。由于中国气象台 站在观测时统一采用北京时间进行记录，1 4 时是一日定 时记录中气温最高的一次，因此存在夏季室外计算干球 温度采用的1 4 时温度数据并不能真正反映当地较高的 1 4 时气温的问题，多数地区会有1 3h 的时差。各地 的夏季空气调节室外计算干球温度要高于夏季通风室外 计算干球温度，例如几个典型地区的如表3 所示，两者 相差2 6 。 第5 期 王莉等：温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析1 9 5 在周年使用温室的通风设计计算必要通风量时，由 于温度对作物生长格外重要，采用夏季通风室外计算干 球温度估算则冷负荷值偏低，不符合设备能够在绝大多 数气象条件下达到室内设计温度的概率统计保证率原 则，相比之下采用夏季空调室外计算干球温度则更具有 合理性【l3 。中国地域广阔，由于受当地气象条件所限， 有些温室在夏季的最热月份并不进行作物生产，对于这 些高温季节并不使用的温室进行通风设计时还采用夏季 空调室外计算干球温度则冷负荷值过高，与实际情况不 符。可见，中国“采暖通风与空气调节设计规范”标准 中的室外温度计算参数对于温室通风设计并不完全适 用，因此有必要利用目前可获得的室外气象数据统计得 出适合温室通风设计使用的室外计算温度。 本研究利用标准年气象数据 2 9 1 ，借鉴美国标准月计 算参数不保证率概念，统计得出了适合于中国温室通风 设计时参照使用的各月计算干球温度，虽然与利用历年 逐时气象数据进行统计的方法不完全一致，但仍可在现 阶段中国实测气象数据不足的情况下使用，如表3 给出 了6 、7 、8 月份的月室外计算干球温度以及不同统计方 法得出的夏季计算干球温度。 表3 典型地区多种估算计算干球温度方法对照 T a b l e3 C o n l p 撕s o no fe s t im a t e dd r y - b u l bt e m p e r a t u r eu s in gd i圩e r e n tm e t h o d sint y p ica lr e g io n s 注：A 数据来源于G B 5 0 7 3 6 2 0 1 2 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范【2 7 】，G B5 0 0 1 9 2 0 1 5 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范数据与 其相同，采用的原始数据为1 9 7 l 一2 0 0 0 年：p 一按照美国不保证率定义方法、采用标准年气象数据【2 9 】统计得出；C _ 一数据来源于标准日气象数据口”， 取1 4 时数据，不保证率2 5 ，计5 4h ，不保证率5 0 ，计1 0 8h ，采用的原始数据为1 9 9 5 2 0 0 5 年；n 一数据来源于G B5 0 0 1 9 2 0 1 5 工业建筑供暖通 风与空气调节设计规范f 2 8 】；E _ 采用的原始数据为1 9 8 1 2 0 1 0 年；卜采用的原始数据为1 9 8 l 一2 0 0 5 年；G _ 一按照中国空气调节室外计算干球温度 不保证率定义方法、采用标准年气象数据【2 9 统计得出，其中温度I 仅采用2 、8 、1 4 、2 0 时数据，其中温度I I 仅采用2 、5 、8 、1 1 、1 4 、1 7 、2 0 、2 3 时数据， 温度I 采用所有时数据。 N o t e ：A D a t a 丘o mG B5 0 7 3 6 2 0 1 2S t a I l d a r df o rt e m in o l o g yo f h e a t in 昌v e n t il a t io n 锄da irco n d it io n in g “，t h es 锄ea sG B5 0 0 1 9 2 0 1 5D e s ig nco d ef o rh e a t in g v e n t il a t io na n da irco n d it io n in go f in d u s 仃ia lb u il d in g s 弘引，r a wd a t a sd u r a t io n 丘D m1 9 7 lt o2 0 0 0 ；B R e f e rt ot h ep e r ce n t il e sm e t h o df o rm o n m l yd e s ig nn D mU S A d a t a s 劬mch in a 肿2 唑c _ D 粕舶mch in aT M Y 2l 删J ，u s in gt l l ed a t a1 4 p m ，p r o b a b il i锣o f o cc哪n ce2 5 m o n m l y ，5 4 h ，p r o b a b il 畸o f o ccu r r cn ce 5 O ，1 0 8h r a wd a t a sd u r a t io n 丘o m1 9 9 5t o2 0 0 5 ；D _ D a t a 行o mG B5 0 0 1 9 2 0 1 5D e s ig nco d ef o rh e a t iI l gv e n t il a t io na n da irco n 枷t io n in go fin d u s t r ia lb u il d in g sl 埘1 ：B _ R a w d a t a sd u r a t io n 丘D m1 9 8 1 t o2 0 1 0 ；F 也a wd a t a sd u r a t io n 丘D m1 9 8 l t o2 0 0 5 ；G _ _ R e f 打t ot h ep e r ce n t il e sm e t h o df 研y e a r l yd e s i舶f 如mC h ia n ，d a t a s 丘D mC h in a T M Y 2 ，d r y d u l bt e m p cr a h l r eIu s in gt h ed a t a2a I I l ，8a m ，1 4p m ，2 0p m ，d r y d u l bt e m p e r 咖r e u s in gt h ed a t a2 锄，5 啪，8 姗，1 1 a I I l 1 4p m ，1 7 p m ，2 0 p m ，2 3 p m ， d r y - d l l l bt e m p e m 嘶I I Iu s in ga l lt b ed a t a 1 9 6 农业工程学报( h t t p ： n ，t cs a e o 唱) 2 0 1 7 年 对照不同方法获得的数据可以看出，最热月份( 多 数为七月) 5 不保证率的数据与夏季空气调节室外计算 干球温度、夏季不保证率5 0 的干球温度、不保证5 0h 夏季计算干球温度I I I 均接近，比较不保证时数基本相当， 可见采用该方法获得各月数据具有合理性，是现阶段可 取的方法。 6 室内空气设计温度 室内空气设计温度玉通常由温室建设方对温室设计 提出要求，是依据温室拟种植作物的种类、品种、生长 期( 或生育期) 以及栽培季节( 整个作物周期在一年当 中所处的时间) 所决定的。例如，番茄不同生育阶段对 温度有不同的要求【3 0 ：种子发芽适温为2 5 3 0 ，2 8 为最适温度，高于3 5 多数品种发芽率低，超过4 0 发芽困难；幼苗期对温度的适应性较强，适宜温度白天2 3 2 8 ，温度过高易使幼苗徒长；开花期要求温度较高且 严格，一般2 5 2 8 为宜，高于3 3 会引起落花；结 果期一般昼温2 5 2 8 ，果实着色对温度要求较严格，在 1 9 2 4 有利于番茄红素的形成，高于3 0 对着色不利。 虽然通风设计时要对最大冷负荷量进行估算，对于 栽培西红柿的适温范围2 5 2 8 ，则并不需要按照低限 来确定设计值，由于计算时其他参数取值都考虑了要满 足最不利条件，因此按高限2 8 取值估算的冷负荷量已 经可以满足作物在整个生育期内的适温要求。但是，如 果从设备配备和温室工程建设的经济性考虑，适温高限 也并非唯一选择方案，按照栽培实践，只要夜问温度能 降下来使得一日的平均温度控制在2 1 就可满足西红 柿的温度要求，例如日最高温控目标可取为3 0 3 2 ， 只要夜间温度能降下来使得一日的平均温度控制在2 1 仍可满足西红柿的温度要求。因此，对于昼夜温差大、 光照条件好的地区，室内空气设计温度可高于适温上限， 但不应超过最高温控目标。 7 案例计算 以北京地区某连栋玻璃温室为例，单栋跨度9 6m 、 5 连栋、长4 8m 、檐高4 m ，面积23 0 4m 2 。按照上述分 析的室外空气计算值和各参数取值方法，估算育苗温室 和栽培温室必要通风量，计算结果见表4 。可以看出，基 于不同月份的室外气象数据以及温室不同用途( 育苗或 栽培) ，为满足室内温度要求，所采取的工程措施不同。 如果温室用于育苗，由于苗期的叶面积指数低，因作物 蒸腾蒸发作用损失的热量小，因此需要较多的风机数量， 并且在5 月份时就需要湿帘降温，而栽培温室5 月份时 仅使用风机降温就可满足环境温度的要求。 表4 北京地区育苗温室和栽培温室必要通风量估算 T a b l e4E s t im a t e dn e ce s s a r yV e n t il a t io nr a t eo fn u r s e r yg r e e n h o z u s e sa n dcu l t iV a t in gg r e e n h o u s e sinB e ij in g 8 结论 在温室通风设计计算必要通风量时，与温室结构有 关的温室受热面积修正系数a 、与作物和环境条件有关的 蒸腾蒸发热量损失系数口、与室外气象有关的室外水平面 太阳总辐射照度E 和室外空气干球温度乙等参数如何取 值，决定了必要通风量计算值的大小。本文通过研究分 析空气调节设计规范室外空气计算参数获得方法的国内 外差异以及作物生长温度要求等与温室通风设计的相关 性，借鉴美国空气调节室外空气计算参数获得方法并采 用中国可获得气象数据，统计获得中国各地1 2 个月份室 外计算参数E 、乙，解决了温室通风设计中无法根据使用 期估算必要通风量的问题。另外通过分析中国温室主要 结构形式、玑口等参数与温室结构、当地气象以及作物 叶面积指数的关系，明确了计算排除热量最大必要通风 量时各参数的取值方法。口取值：连栋温室可在1 0 1 3 范围内取值，连栋温室规模小时取较大值；日光温室可 在1 0 1 5 范围内取值，夏季可取1 0 1 2 ，春秋季可取 1 3 1 5 ，其中所在地纬度高的地区可取较大值。口取值： 可根据当地室外含湿量，育苗期在0 6 5 0 9 0 之间选取， 栽培期在0 8 1 1 5 之间选取。 参考文献】 1 杨振超，邹志荣，陈双臣，等西北型日光温室内风速分 布及其与室外风速和通风面积的关系 J 西北农林科技 第5 期王莉等：温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析1 9 7 大学学报：自然科学版，2 0 0 6 ，3 4 ( 9 ) ：3 6 4 0 Y a n gZ h e n ch a o ，Z o uZ h ir o n g ，C h e nS h u a n g ch e n ，e ta 1 D is 仃ib u t io nl a w o fin s id ew in ds p