设施温度环境及其调控

1、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,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：）,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

2、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35个月，夏天可延长23个月，春秋季也可延长2030d。,（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1530，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 i:室内气温 o：室外气温,二、温室的温度环境特点与

3、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12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,根据能量守恒原理，蓄积于,温室内的热量Q=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

4、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：,（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：,（5.2）,式中：Qt贯流传热量，kJh-1; Aw温室表面积，m2； ht热贯流率，kJm-2h-1-1； tr温室内气温； to温室外气温

5、。 热贯流率的表达式为：,式中r, ro,hr,hro分别为温室内外的对流传热率和辐射传热率，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：km-2h-1-1）,(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=RVF(tr-to) 式中：Qv整

6、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=1.3 kJm-2h-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）,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,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,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

7、，z表示土壤深度，,为微分符号。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

8、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,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,(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：,ti-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

9、-室内气温与外壁内表面之间的容许温差。,保温层厚度：,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,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,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,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,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,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）,四

10、、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）,四、加温技术,1、常用的加温方式及特点,四、加温技术,2、最大采暖负荷的计算,在栽培期间最冷季节保持作物正常生育所需补充的热量，叫做最大采暖负荷。,式中：Qg最大采暖负荷，kJh-1; Ag温室表面积，m2; As温室内地面积，m2; qt单位面积的贯流热量，kJm-2h-1; qv单位面积的换气传热量，kJm-2h-1; qs单位面积的地中传热量，kJm-2h-1; fw风速校正系数（一般有保温覆盖的温室fw=1.0，强风地区单层覆盖的温室fw=1.1）； （1）贯流热量计算 上式中的贯流

11、热量（qr）可用下式求得：,式中：qt单位面积的贯流热量kJm-2h-1； ht热贯流率，kJm-2h-1，与覆盖材料的辐射特性有关，玻璃、合成树脂板ht=27.209kJ.m-2.h-1.-1，聚氯乙烯薄膜ht=23.023kJ.m-2.h-1.-1,聚乙烯薄膜ht=24.279 kJ.m-2.h-1.-1; Qi室内设定温度，；Qo室外设定温度，；Fr保温覆盖的节热率。,四、加温技术,2、最大采暖负荷的计算,表14 保温覆盖的节热率（fr）,(岗田，1980),四、加温技术,3、换气传热量的计算,换气传热量（qv）的计算公式：,式中：qv单位面积的换气传热量，kJ.m-2.h-1； hv换气传热系数，kJ.m-2.h-1.-1,表14 保温覆盖的节热率（fr）,(岗田，1980),四、加温技术,4、地中传热的计算,地中传热量（