第四章 环境调节设备

1、第四章 环境调节设备第一节 采暖装置与计算1、最大采暖负荷的计算最大采暖负荷是采暖设计的基本数据，其大小直接影响到整个设施经济性。（一）能量平衡一个完整的能量平衡系统包括太阳能及其通过覆盖材料的透射、通风换热、冷风渗透热损失、与地面的热交换、作物生理生化能量的转换、长波辐射、工作人员和设备产生的热量以及加热系统的供热等。最大采暖负荷可简化为用以平衡设施通过围护结构的传热和冷风渗透两项热损失的能量需求。（二）围护结构的传热耗热量温室或大棚通过其各个暴露的表面的传热耗热量可用下式计算：q1=k·F·(tntW)(1fr) 整个设施的围护结构传热耗热量Q1等于它的围护结构各部分基

2、本传热耗热量q1的总和。Q1=q1=kF(tntW)(1fr) （三）冷风渗透耗热量在风压和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过温室的缝隙渗入室内，被加热后逸出。把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量Q2。冷风渗透耗热量按下式计算Q2=0.00028NV(tntW) 最大设计热负荷Q即为：Q=Q1+Q2 三、采暖装置（一）热水锅炉分类及型号1锅炉的分类采暖锅炉所采用的燃烧设备可分如下三类：层燃炉、室燃炉和沸腾炉（二）采暖的方式及特点温室的采暖按热媒不同可分为：热水式采暖系统、热风采暖系统、电热采暖系统和其它型式采暖系统。1热水式采暖系统热水采暖系统是由热

3、水锅炉、供热管道和散热设备三个基本部分组成。2热风式采暖系统热风加温系统由热源、空气换热器、风机和送风管道组成。其工作过程为：由热源提供的热水通入空气换热器，室内空气用风机强迫流过空气换热器，吸收热水放出热量，被加热后进入温室，如此不断循环就加热了整个温室的空气。同样在热风式采暖系统中仍然要注意系统的排气问题。为了保证室内空气温度的均匀性，通常将风机压出的热空气送入通风管，通风管由开孔的聚乙烯薄膜制成，沿温室长度布置，此种风管重量轻，布置灵活，易于安装并且不会产生太强的遮荫。热风采暖系统的优点是：温度分布比较均匀，热惰性小，易于实现温度调节，设备投资少。缺点是：运行费用和耗能量要高于热水采暖系

4、统。当温室较长时，风机一侧送风压头不够，可能送不到另一端，造成温度分布不均匀。3电热采暖系统电热采暖系统和前面两种采暖系统的区别是：其热能的制备、传输及释放均在同一设备上来完成的。4其它型式采暖系统（1）火道采暖（2）热风炉采暖（3）电热线采暖（三）散热器的类型及选择计算散热器是热水采暖系统中重要的散热设备。种类很多，有光管散热器、铸铁柱型散热器、铸铁圆翼散热器，热浸镀锌钢制圆翼散热器，温室中多为光管散热器和铸铁散热器。1光管散热器及计算光管散热器散热量Q（即为温室最大设计负荷）可按下式计算Q=A·Kt·L (415)2铸铁柱型散热器柱型散热器是呈柱状的单片散热器，每片各有

5、几个中空的立柱相互连通。根据散热面积的需要，可把每个单片组装在一起形成一组散热器。柱型散热器根据立柱的多少主要可分为一柱、二柱和四柱三种型式。根据落地或挂墙安装方式，分为带脚和不带脚的两种式型。3铸铁圆翼型散热器是一根内径75mm的管子，外面带有许多圆形肋片的铸件。管子两端配置法兰，可将数根组成平行叠置的散热器组。管子长度为750mm和1000mm两种。4热浸镀锌钢制圆翼型散热器该类散热器是在钢管外绕环状镀锌翼片，经过胀管后，减小翼片和钢管外壁的热阻。此类散热器质轻、传热系数高。但其使用寿命较铸铁散热器短。四、设备机器容量计算和辅助管配置1热水锅炉容量和台数计算在确定锅炉容量和台数时，应掌握下

6、列几个原则：锅炉的容量和台数，对用户负荷变化适应性强。应使锅炉经常处于经济负荷下运行，锅炉的经常负荷不应低于锅炉额定负荷的5060%。锅炉容量和台数的确定，应有利于节省人力、物力和基建投资。锅炉容量和台数，应保证供暖的安全可靠性。台数的本身应体现出有较高的备用率，一般不宜一台炉，至少有两台炉。尽量选用同容量、同型号的锅炉设备，以利管理，提高管理人员操作水平和备件互换容易。对于单纯以采暖为目的的锅炉，其采暖平均热负荷为： 锅炉热负荷Qg=K· =1.15·2燃料消耗量计算采暖年热负荷按下式计算：D=24nQg 锅炉年热负荷D0D0=K·D=1.15·D 年

7、耗煤量（或重油量）B0。第二节 通风设备 一、通风原理所谓通风就是把室内污浊空气直接或经净化后排至室外，把新鲜空气经适当处理后（如净化、降温、加热等）补充进来，从而保持室内空气环境符合卫生标准和满足工艺的需要。温室等设施通风的目的有三个：排除设施内的余热，使室内的环境温度保持在适于植物生长的范围内。排除余湿，使室内环境相对湿度保持在适于植物生长的范围内。调整空气成分，排去有害气体，提高室内空气中CO2的含量，使作物生长环境良好。通风方法一般有两种：自然通风 在温室等设施的适当位置设置窗户靠热压和风压作用进行通风，并可以通过调节窗户的开度来调节通风量。机械通风 依靠风机产生的压力强迫空气在设施内

8、流动。二、通风量的计算通风量的计算，主要是用来确定风机的数量，进风窗、排风窗孔的面积，以满足温室正常生产的需求。温室单位面积的通风量，即通风率的定义为在单位时间内每单位温室地面面积所交换的空气容积（单位为：m3/m2.min）。基本通风量的计算V1=2.5L·B 在确定适当的调整系数后，温室降温系统总通风量可由温室地面积乘以基本通风量和相应的调整系数来确定。Vx=2.5L·B· 为了保证室内最佳气流速度和便于湿帘安装，风机与湿帘间距离最好在3070米之间。对于超长温室，应考虑将湿帘安装在两侧端墙，而将排风机安装在温室中部侧墙或屋顶，使冷却空气从两侧端墙进入，从温室

9、中部排出。通过通风窗利用风压和热压产生的通风，称为自然通风。温室自然通风的通风量与室外风速、风向、通风窗位置、通风窗面积及温室的室内外温差有关系。热压是利用温度差而产生室内外空气的压力差，使室外低温空气流向室内高温空气，形成热压作用的自然通风。风压是利用室外气流吹向建筑物时，在迎风面形成正压，背风面形成负压，气流由正压区开口流入，由负压区开口排出，形成风压作用的自然通风。决定热压通风量大小的主要因素是：温室内外温差，通风窗高度差及面积。温室所用开、关窗系统主要包括：卷膜开窗系统和齿条开窗系统。1卷膜开窗系统主要用于塑料温室的侧墙开窗和屋顶卷膜开窗。卷膜开窗是将覆盖膜卷在钢管上，通过转动钢管，将

10、覆盖膜卷起或放下。2齿条开窗系统齿条开窗系统大都为机械传动，也有少量用手链传动的。塑料温室用齿条开窗机构和玻璃温室基本相同，只是前者由于通风窗口重量较后者小，电机的负荷大大减小；从而每台电机的服务范围得到了扩大，也就是说塑料温室内电机数量比等面积玻璃温室少，一次性投资也相应降低，运行费用也相应降低。第三节 降温设备温室降温方式依其利用的物理条件可分为以下几类：加湿（蒸发）降温法 采用室内喷雾、喷水或设置蒸发器（湿墙、湿帘），通过水分蒸发“消除”太阳辐射热能。遮光法 在屋顶以一定间隔设置遮光被覆物，可减少太阳净辐射约50%，室内平均温度约降低2。通风换气法 利用换气扇等人工方法进行强制换气，降低

11、温室内空气温度。一、蒸发降温蒸发降温是利用空气的不饱和性和水的蒸发潜热来降温，当空气中所含水分没有达到饱和时，水会蒸发变成水蒸汽进入空气中，水蒸发的同时，吸收空气的热量，降低空气的温度，而空气相对湿度提高。目前采用的蒸发降温方法有湿帘风机降温系统和喷雾降温。（一）湿帘风机降温系统由湿帘箱、循环水系统、轴流风机和控制系统四部分组成，湿帘由箱体、湿帘、布水管和集水器组成。湿帘降温装置的效率取决于湿帘的性能、及过流面积大小。通常湿帘是满墙布置，以保证室内空气均匀分布。要求湿帘的耐久性良好。湿帘材料要求主要包括：吸附水的能力、通风透气性能、多孔性和耐用性；良好的吸水性能使水均匀分布在湿帘上，透气性使空

12、气流动阻力小，材料的多孔性则可提供更大的表面积，目前湿帘采用的材料有：白杨木细刨花、瓦楞纸、聚氯乙烯等。（二）喷雾降温是直接将水以雾状喷在温室的空中，因为雾粒的直径非常小，只有10微米，所以可在空气中直接汽化。雾粒汽化时吸收热量，降低温室内空气温度，其降温速度快，蒸发效率高，温度分布均匀，是蒸发降温的最好形式。喷雾降温系统由水过滤装置、高压水泵、高压管道、旋芯式喷头组成，其工作过程是：水经过过滤器过滤，通过水泵加压由管道通到各个喷头，以高速喷出，形成雾粒。旋芯式喷头的主要参数是：喷量60100克/分，喷雾锥角大于70°，雾粒直径小于10微米。二、屋面喷水降温屋面喷水降温是将水均匀地喷

13、洒在玻璃温室的屋面上，来降低温室内空气的温度。三、遮荫降温遮荫降温就是利用不透光或透光率低的材料遮住阳光，阻止多余的太阳辐射能量进入温室，保证作物能够正常生长，又降低了温室内的空气温度。遮荫方法有室内遮荫、室外遮荫和屋面喷白降温。遮荫材料有苇帘、黑色遮阳网、银色遮阳网、缀铝条遮阳网、镀铝膜遮阳网、石灰水等。第四节 灌水设备 一、灌溉水源及其取水、供水和灌水方式（一）灌溉水源农业设施和保护地常用的灌溉水源一般分为地面水源和地下水源两大类。1.地面水源可以作为农业设施和保护地灌溉工程的地面水源主要有江河水、湖泊水、塘堰水、水库水、甚至海水等。2.地下水源埋藏于地面以下地层中的重力水，统称为地下水。

14、依地下水埋藏条件的不同，可将地下水源分为上层滞水、潜水、承压水、裂隙水、岩洞水和泉水等6大类。地下水源主要来源于大气降水和地面水源的入渗。3.对灌溉水源的基本要求（1）灌溉水源所提供的水量应能充分满足灌溉系统用水量的要求。（2）灌溉水源的水位应为灌溉系统提供足够的水位高程，并应尽可能采用自压式或直接式供水方式；否则，就需要设置泵站机组加压，以满足灌溉用水压力的要求。（3）灌溉水源的位置应尽可能靠近农业设施和保护地区域。（4）灌溉水源的水质应符合农田灌溉水质标准。（二）取水设施农业设施和保护地上常用的灌溉水源取水设施主要有以下几种：1.管井2.大口井大口井主要取用浅层地下水。大口井如井底达到不透

15、水层，完全靠井壁进水，叫做完整井。如井筒沉到含水层中间，主要靠井底进水，或井底、井壁同时进水，则叫做非完整井。3.渗渠渗渠主要截取河床渗透水和潜流水，是一种水平式取水建筑物。4.引泉在山区有条件的地方，可利用山间泉水，选择水量充足、稳定的泉水出口处修建引泉池，通过管道将水引到用水点。5.岸边取水建筑物直接从岸边进水口取水的建筑物，称为岸边取水建筑物，采用于河岸边较陡、主流近岸、岸边水深足够，水质及地质条件较好，水位变幅不大的地方。目前采用较广泛。（三）提水设施通常提水装置主要包括水泵和动力机两大组成部分。水泵是现代灌溉技术的重要设备。它既可以单独作为提水机械，又是各种现代灌溉系统的重要组成部分

16、，为灌溉系统从水源取水加压。与水泵配套的动力机，通常是电动机。在缺少电力供应的地方可以用柴油机或拖拉机作为水泵的动力机。灌溉系统常用的水泵类型包括离心泵、井泵（长轴井泵、深井潜水电泵）、微型泵、真空泵等。（四）供水方式由灌溉水源向设施保护地管网供水，一般可用自流式；直接式；水塔；高位水池；压力罐等5种供水方式。（五）灌水方式灌水方式就是灌溉水进入田间并湿润根区土壤的方法与方式。其目的在于将集中的灌溉水流转化为分散的土壤水分，以满足植物水、气、肥的需要。对灌水方法的要求是多方面的，先进而合理的灌水方法应满足以下几个方面的要求：1）灌水均匀。能保证将水按拟定的灌水定额灌到田间，而且使得每棵植物都可

17、以得到相同的水量。常以均匀系数来表示。2）灌溉水的利用率高。应使灌溉水都保持在植物可以吸收到的土壤里，能尽量减少发生地面流失和深层渗漏，提高田间水利用系数。3）少破坏或不破坏土壤团粒结构，灌水后能使土壤保持疏松状态，表土不形成板结，以减少地表蒸发。4）便于和其它农业措施相结合。现代灌溉已发展到不仅应满足植物对水分的要求，而且还应满足植物对肥料及环境的要求。因此现代的灌水方法应当方便施肥、施农药（杀虫剂、除莠剂等）、冲洗盐碱、调节田间小气候等相结合。此外，要有利于中耕、收获等农业操作。5）应有较高的劳动生产率。所采用的灌水方法应便于实现机械化和自动化，使得管理所需要的人力最少。6）对地形的适应性

18、强，不对土地平整提出过高的要求。7）基本建设投资与管理费用低，要求能量消耗最少，便于大面积推广。8）田间占地少，有利于提高土地利用率使得有更多的土地用于植物的栽培。灌水方式一般按照是否全面湿润整个农田和按照灌溉水输送到田间的方式以及湿润土壤的方式不同，分为全面灌溉与局部灌溉两大类。1.全面灌溉灌溉时湿润整个农田根系活动层的土壤，传统的常规灌水方法都属于这一类。比较适合于密植作物。主要有地面灌溉和喷灌两类。（1）地面灌溉灌溉水从地表面进入田间并借重力和毛细管作用浸润土壤，所以也称重力灌水法，是最古老的也是目前应用最广泛、最主要的一种灌水方法。按其湿润土壤的方式不同，又可分为畦灌、沟灌和淹灌。（2

19、）喷灌是利用专门设备将有压力的水输送到灌溉地段，并喷射到空中分散成细小的水滴，象天然降雨一样进行灌溉。其突出优点是对地形的适应性强，机械化程度高，灌水均匀，灌溉水利用系数高，尤其适合于透水性强的土壤，并可调节空气湿度和温度。但基建投资较高，而且受风的影响大。2.局部灌溉这类灌溉方法的特点是灌溉时只湿润植物周围的土壤，远离植物根部的行间或棵间的土壤仍保持干燥。一般灌溉流量都比全面灌溉小得多，因此又称微量灌溉，简称微灌。其主要优点是：灌水均匀，节约能量，灌水流量小；对土壤和地形的适应性强；能提高作物产量，增强耐盐能力；便于自动控制，明显节省劳力。比较适合于灌溉宽行距作物、果树、葡萄、瓜类等。局部灌

20、溉或微灌主要有以下五类。（1）渗灌 （2）滴灌 （3）微喷灌 （4）涌泉灌 （5）膜上灌 滴灌与采用传统地面灌溉(畦灌)相比，具有以下优点： (1)降低室内室气湿度。由于滴灌除了植物根部湿润外，其他地方始终保持干燥，因而大大减小了地面蒸发，一般情况下室内空气相对湿度可下降20左右。 (2)地温降幅很小。滴灌的运行方式是采用浅灌勤灌的方式，每次灌水量很小，因而几乎不会引起地温下降。 (3)适时适量补充营养成分。 (4)减少病虫害的发生。 (5)减少肥料用量。 (6)便于农作管理。滴灌只湿润植物根区，其行间空地保持干燥，因而即使是灌溉的同时，也可以进行其它农事活动，减少了灌溉与其它农作物的相互影响

21、。 (7)提高农作物产量.滴灌可以给植物提供更佳的生存和生长环境，使植物产量大幅度提高.一般增产幅度达30%80。 (8)提早供应市场。使用滴灌系统，一般可提早应市1530天。 (9)延长市场供应期。改善环境，可使植物更长时间内保持生长旺盛，从而可延长市场供应期，获得最佳的收入。 (10)增加收入。使用滴灌系统，提高农业设施和保护地的收入，一般可提高30一100。(11)降低了消耗。滴灌比地面畦灌可减少灌水量5070，因而可降低抽水的能耗；同时滴灌地温下降小，可减少或免除提高地温需要的能耗，一般能耗可下降30%左右。设施高效节水灌溉技术的基本要求 (1)保证设施内植物实现定额灌水。 (2)田间

22、水的有效利用系数高，一般不应低于0.90。 (3)保证设施内植物获得优质、高效、高产和稳产。 (4)设施灌水劳动生产率高，灌水所用工日少。 (5)设施灌水方法、灌水技术应简单经济、易于实施，便于推广。 (6)设施内灌溉系统及装置应投资小，管理运行费用低。 目前设施内主要采用两大类先进的灌溉技术，即滴灌技术和微喷灌技术。通常将滴灌技术与微喷灌技术合称为微灌技术。滴头和微喷头统称为灌水器。 (三)微灌类型 按灌水器灌水时水流的出流方式不同，微灌一般可划分为如下四种类型。 1.地面上滴灌 2.地面下滴灌 3.微型喷洒灌溉，即微喷灌。 4.涌泉灌溉 (四)微灌系统及其组成微灌系统通常由水源，首部枢纽，

23、输配水管道和灌水器等四部分组成 (1)水源。河、湖、渠、塘、井、泉等均可作为微灌的水源，但水源水质必须符合微灌对灌溉水质的要求(参见农田灌溉水质标准GB5084-92)；而且，无论何种水源都必须通过过滤装置过滤，方可进行灌溉。 (2)首部枢纽。通常由水泵及动力机、控制阀门、过滤装置、施肥装置、测量和保护设备等组成。首部枢纽一般均布置在微灌系统的首部。其中过滤装置和施肥装置以及控制阀门等时也可安装在干、支管进入每间设施或各组设施群的首部。 (3)输配水管网。一般分干、支、毛三级管道。干、支管道常埋在地下，可采用UPVC管或PE管。毛管在设施内，可铺设于地面上，也可埋入地面下，视需要和具体情况确定

24、。毛管必须采用PE管，内径一般为1016mm。 (4)灌水器。有滴头、微喷头、涌水器、滴灌带、滴灌管和多孔管道等多种形式。设施内使用的灌水器一般均放置在地表或悬吊于设施层架上。灌水器依水流的出流形式不同，有滴水式，漫射式，喷水式或涌泉式等多种类型。 (五)微灌系统的分类及其选用 依毛管在设施内田间的布置形式，各组成部分的移动情况以及灌水方式的不同，微灌系统一般可划分为以下五类。 (1)地面固定式微灌系统 (2)地下固定式微灌系统。 (3)半固定式微灌系统 (4)移动式微灌系统 (5)间歇式微灌系统 (六)微灌技术特点 1.微灌技术优点 (1)省水，灌溉水有效利用率高，一般比地面灌溉可省水305

25、0%，比喷灌可省水1525%。滴灌比其它微灌更省水，是现有灌水方法中最省水的一种灌水技术。 (2)节能，微灌灌水器在低压条件下运行，一般工作压力为30150kPa；比喷灌工作压力低；比提水灌区地面灌溉方法，能耗减少非常显著。 (3)省肥，较沟灌平均省肥40%左右。 (4)适应性强，可适应于设施内不同土壤、不同植物和不同种植条件。 (5)灌水均匀度高，一般可达8090%。 (6)增产幅度大，品质好，效益高。一般微灌比其它灌水方法可增产30%左右。 (7)在一定条件下可利用咸水滴灌，但灌溉水含盐量不宜高于4g/L。微喷灌和涌泉灌等微灌类型不允许采用咸水灌溉设施内植物。 (8)节省劳动力，减轻设施内灌水劳动强度。 2.微灌技术缺点 (1)灌水器孔径小，一般滴头孔径很小，只有0.31.5mm，微喷头孔径也只有0.82.0mm，很容易被灌溉水中杂质堵塞。 (2)微灌会使根系向湿润区生长，从而使根系的发展受到限制。 (3)微灌工程一次性投资较高。 (4)滴灌只湿润局部土壤，对调节设施内小气候作用不明显。微喷灌可以调节设施内小气候，但对深层土壤往往湿润