《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(zhǎng)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(guò)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(guò)與溫度條件相結(jié)合從而影響植物生長(zhǎng)。 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(zhǎng)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(duì)溫度的要求 （一）溫度對(duì)作物生育的影響 溫室內(nèi)的氣溫、地溫對(duì)作物的光合作用、呼吸作用、光合產(chǎn)物的輸送、根系的生長(zhǎng)和水分、養(yǎng)分的吸收均有著顯著的影響，為了使這些生長(zhǎng)和生理作用過(guò)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(lái)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(duì)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(duì)溫度的要求是變化的。晝夜不變的溫度管理方式，作物生長(zhǎng)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(lái)的，而溫度對(duì)物質(zhì)生產(chǎn)的影響，是溫度對(duì)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(lái)源與溫室效應(yīng) 溫室內(nèi)的熱量來(lái)源主要是太陽(yáng)輻射與加溫?zé)嵩础Ｒ话悴膳到y(tǒng)的加溫?zé)崃考s為100300W/m2。,溫室內(nèi)白晝?cè)谔?yáng)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(duì)不同波長(zhǎng)光熱輻射的選擇透過(guò)的特性，可以較好地透過(guò)大部分太陽(yáng)輻射（波長(zhǎng)3003000nm），使太陽(yáng)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(zhǎng)波輻射（波長(zhǎng)30

4、0080000nm）透過(guò)傳出室外，部分阻止了溫室內(nèi)向室外長(zhǎng)波輻射形式的熱量損失。 另一方面原因是因?yàn)闇厥覍?duì)空氣封閉的作用，室內(nèi)地面、植物等吸收太陽(yáng)輻射熱量后，溫度升高，通過(guò)對(duì)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(duì)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(yáng)輻射熱和加溫?zé)崃康耐瑫r(shí)，通過(guò)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(yáng)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(guò)覆蓋材料的傳熱量（對(duì)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(jiǎn)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(yáng)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(shì)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(zhǎng)的要求，但夜間氣溫又易出現(xiàn)低于植物生長(zhǎng)要求的情況。 對(duì)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(zhǎng)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(guò)多增加。 （一）溫室采暖方式室外太陽(yáng)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(yáng)能蓄熱采暖等多種，在我國(guó)農(nóng)村還廣泛采用爐灶煤火簡(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)覆蓋層的對(duì)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(píng)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(píng)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(duì)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(duì)長(zhǎng)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(guò)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(lái)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(zhǎng)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(duì)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(guò)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(guó)外多為石油和天然氣，我國(guó)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(guó)都開展了利用可再生能源如太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能貯存利用技術(shù)與設(shè)施 太陽(yáng)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(yáng)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(duì)溫室的遮陽(yáng)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(yáng)系統(tǒng) 7、內(nèi)遮陽(yáng)系統(tǒng) 8、覆蓋材料上噴涂遮陽(yáng)材料,風(fēng)機(jī)濕簾降溫系統(tǒng),強(qiáng)烈的太

14、陽(yáng)輻射熱通過(guò)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(yáng)的辦法，大幅度減少進(jìn)入溫室的太陽(yáng)輻射熱能，對(duì)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(yáng)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(yáng)按設(shè)置部位的不同分為室外遮陽(yáng)與室內(nèi)遮陽(yáng)二種類型。 室外遮陽(yáng)是在溫室外覆蓋材料的上方，覆蓋塑料遮陽(yáng)網(wǎng)，這是用聚烯烴樹脂為主要原料，通過(guò)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(yáng)網(wǎng)將太陽(yáng)輻射遮擋在室外，遮陽(yáng)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(yáng)。,遮陽(yáng),室內(nèi)遮陽(yáng)幕及拉幕機(jī)構(gòu) 室外遮陽(yáng)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(duì)于植物生長(zhǎng)的重要性？ 2、用公式表述溫室的傳熱與能量平衡過(guò)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(lái)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(duì)