風機濕簾安裝高度-

1、進行了濕簾風機安裝高度對降溫效果影響的對比試驗。試驗結果表明:對于冠層高度不超過2m 的低矮作物,普通安裝高度(濕簾高0.9m 、風機高0.5m 左右時,中、下層溫度分別在30和28左右,可以滿足作物生長發(fā)育的溫度要求;但對于番茄等植株高大的作物,其冠層常達到溫室上層的高溫區(qū)(3435,適當提高安裝位置(濕簾高2m 、風機高1m 左右,使得風機的流速場高于植株冠層頂部0.5m 左右,使作物冠層的空氣溫度只有2931,氣溫的垂直梯度只有4左右。關鍵詞:濕簾風機降溫系統(tǒng)安裝高度中圖分類號:S 625.1;S 625+3文獻標識碼:AC o o l i n gE f f e c t o fD i f

2、 f e r e n t I n s t a l l a t i o nH e i g h t o fWe t -c u r t a i nF a n -c o o l i n gS y s t e mZ h a n gS h u g e S o n gWe i t a n g T e n gG u a n g h u i G a oL i h o n g H u a n gZ h i d o n g(C h i n aA g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t yA b s t r a c tP r e s e n t l y ,t h e p r o

3、 b l e m e x i s t s g e n e r a l l yt h a t t h e v e r t i c a l t e m p e r a t u r e g r a d i e n t i ng r e e n h o u s e i s o f t e nm o r e t h a n 10i ns u m m e r .T o s o l v e t h i s p r o b l e m ,c o m p a r i s o ne x p e r i m e n t s w e r e c a r r i e d o u ti n o r d e rt od e

4、 t e r m i n eh o w t h ei n s t a l l a t i o n h e i g h to fw e t c u r t a i n a n d f a n -c o o l i n g s y s t e m i n f l u e n c e si t s c o o l i n ge f f e c t .T e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h et e m p e r a t u r eo f m i d d l ea n db o t t o m l a y e r s w e r e 30a n d 28i

5、 nt h e o r d i n a r y i n s t a l l a t i o nh e i g h t o f t h e c o o l i n gs y s t e m (t h e h e i g h t o f w e t c u r t a i n a n d f a n s w e r e 0.9m a n d 0.5m ,r e s p e c t i v e l y .T h i s c o u l d s a t i s f y t h eg r o w t h r e q u i r e m e n t o f c r o p s w h o s e c a

6、n o p yd i dn o t e x c e e d 2m b u t t h et e m p e r a t u r eo f u p p e r l a y e r w a s a b o u t 3435i nt h eo r d i n a r yi n s t a l l a t i o nh e i g h to f t h e c o o l i n gs y s t e m ,w h i c h c o u l d c a u s e g r o w t ho b s t a c l e f o r c r o p s w i t ht a l l a n db i g

7、 c a n o p y ,s u c ha st o m a t o .R a i s i n gt h ei n s t a l l a t i o n h e i g h to f t h e c o o l i n gs y s t e m (t h eh e i g h to fw e t c u r t a i na n d f a n s w e r ea b o u t 2m a n d 1m ,r e s p e c t i v e l y c o u l dl o w e r e f f e c t i v e l yt h et e m p e r a t u r eo

8、f u p p e r l a y e r .E x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e a i r t e m p e r a t u r e o f u p p e r l a y e r i n c o r r e s p o n d e n c e w i t h c a n o p y w a s c o o l e dd o w na t 2931a n dt h e v e r t i c a l t e m p e r a t u r e g r a d i e n t w a s o n l y 4.

9、K e y w o r d s We t c u r t a i n ,F a n s ,C o o l i n gs y s t e m ,I n s t a l l a t i o nh e i g h t收稿日期:20041103*北京市教育委員會共建項目建設計劃資助(項目編號:X K 100190550張樹閣中國農(nóng)業(yè)大學工學院副研究員博士,100083北京市宋衛(wèi)堂中國農(nóng)業(yè)大學理學院副教授博士滕光輝中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院教授博士高麗紅中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院教授博士黃之棟中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院教授引言我國從20世紀80年代開始,利用濕簾風機降溫系統(tǒng),對溫室降溫的熱環(huán)

10、境進行研究1。濕簾風機降溫系統(tǒng)的原理是:借助高溫下水分蒸發(fā)將空氣中的濕熱吸收,轉變?yōu)樗魵庵械臐摕徇M行降溫2=。由于其具有設備簡單、成本低、產(chǎn)冷量大、運行可靠、安裝方便等優(yōu)點,在溫室、畜舍等農(nóng)業(yè)建筑上得到廣泛應用,是較先進的夏季降溫方式3。但目前濕簾風機降溫系統(tǒng)也存在缺點,如溫室內(nèi)氣溫不均勻,垂直溫差可達810等4。童莉等利用C F D數(shù)值模擬,討論了濕簾高度對溫室可控距離的影響,指出濕簾高度越大,可控距離越大5。在北京地區(qū),夏季室外氣溫常達到35以上。溫室缺乏降溫措施或降溫效果不良時,室內(nèi)溫度則會達到40左右,將嚴重影響作物的正常生長發(fā)育。因此,溫室夏季降溫就成為設施園藝作物越夏栽培的關鍵。

11、為了解決溫室內(nèi)氣溫不均勻、垂直溫差大的問題,以滿足種植冠層高大的番茄越夏長季節(jié)栽培為目的,對2種濕簾風機安裝高度下的溫室溫度場進行試驗。1材料與方法分別在2種濕簾風機降溫系統(tǒng)的安裝高度條件下,進行了夏季溫室降溫效果的試驗研究。在華北型三連棟雙層充氣膜試驗溫室北墻安裝濕簾,底部距地面高度0.9m,頂部距地面的高度2.7m,風機安裝于南墻,距地面高度0.5m;在階梯形不對稱屋面三連棟玻璃試驗溫室北墻安裝濕簾,底部距地面高度2m,頂部距地面的高度3.8m,風機安裝于南墻,距地面高度1m6。測試時間都為2003年7月23日13:0014:00。1.1華北型三連棟雙層充氣膜試驗溫室華北型三連棟雙層充氣膜

12、試驗溫室為圓拱型、南北走向,分3跨、跨度8m,開間3m、分7個開間,總面積504m2。天溝高3.5m、屋脊高5.2m。南山墻為玻璃與P C板,東西側墻為P C板與卷簾薄膜充氣窗,北山墻為彩板聚苯乙烯復合保溫板。濕簾長22 m,高1.8m。6臺軸流風機,風機直徑1.25m,風量25000m3/h。溫室及濕簾風機降溫系統(tǒng)安裝位置如圖1所示。溫室內(nèi)溫度場測點分上、中、下3個層面,分別距地面高度3m、2m、1m。每一層面上縱橫虛線交叉點及與溫室邊界交點為測試點。采用營養(yǎng)液深液流栽培方式,種植無限生長型番茄9株,每跨種植3株,株間中心距6m,每株冠層面積約40m2,冠層距地面高度2.5m。1.2階梯形不

13、對稱屋面三連棟玻璃試驗溫室階梯形不對稱屋面三連棟玻璃溫室為東西走向,分3跨、跨度9m,7開間,每開間4m,總面積756 m2。從南跨到北跨,屋面呈逐漸升高的階梯形;各跨為大南坡面、小北面的不對稱屋面;溫室除基礎和北墻外,均采用玻璃作為覆蓋材料。濕簾長25m,高1.8m。7臺軸流風機,風機直徑1.25m,風量為25 000m3/h。溫室及濕簾風機降溫系統(tǒng)安裝位置如圖2所示。圖1雙層充氣膜溫室及溫度場測點布置示意圖F i g.1S k e t c ho f d o u b l e-d e c ka e r i f y i n gm e m b r a n eg r e e n h o u s e

14、a n dt e m p e r a t u r e f i e l dm e a s u r i n gp o s i t i o n s1.濕簾2.風機圖2階梯形不對稱屋面三連棟玻璃溫室示意圖F i g.2S k e t c ho f s t e p w i s e n o n-s y m m e t r i c a l3-s p a ng l a s s g r e e n h o u s e1.南跨2.中跨3.北跨4.天窗5.濕簾6.側窗7.基礎8.風機如圖3所示,溫度場測點也分上、中、下3個層面,每一層面上縱橫虛線交叉點及與溫室邊界交點為測試點。圖3玻璃溫室溫度場測試點分布示意圖F

15、i g.3S k e t c ho f t e m p e r a t u r e f i e l dt e s t p o i n t l o c a t i o ni ng l a s s g r e e n h o u s e溫室北跨采用營養(yǎng)液深液流,栽培無限生長型番茄4株,株間中心距6m,每株番茄冠層面積約29農(nóng)業(yè)機械學報2006年40m2,冠層距地面高度2.9m。中跨采用浮板毛管法(F C H營養(yǎng)液栽培方式,等距布置13個栽培槽,每個栽培槽種植2行番茄。栽培槽南北走向,與降溫時氣流走向相同。南跨采用粗砂栽培方式,等距布置13個栽培槽,每個栽培槽種植2行番茄。栽培槽也是南北走向。中跨和

16、南跨中種植的番茄采取長季節(jié)栽培,生長架纜繩高2.5m。當植株長高到纜繩時,進行坐秧整枝,使得冠層頂部距地面不超過2.5m。2結果與分析2.1華北型三連棟雙層充氣膜溫室的降溫試驗溫室作物冠層內(nèi)空氣溫度上升到35時,開啟濕簾風機降溫系統(tǒng)進行降溫。圖4為當氣溫穩(wěn)定時,溫室上、中、下層面及C斷面的溫度場。從圖4a4c可以看出,中層的溫度比上層低4左右,下層的溫度又比中層低2左右,這是因為中、下層處于濕簾風機降溫系統(tǒng)的氣流通道中,并且又在番茄植株冠層的陰影內(nèi),因此溫度要比上層低。中、下層溫度分別在30和28左右,在番茄生長發(fā)育的適溫范圍內(nèi)。對于冠層高度不超過2m的低矮作物,其冠層分布在氣流通道上,試驗溫

17、室濕簾風機降溫系統(tǒng)的降溫效果,能夠滿足作物生長發(fā)育的適溫要求。由圖4c知,上層溫度基本穩(wěn)定在3435,這是因為上層只是處于濕簾風機降溫系統(tǒng)氣流通道的邊緣,由于水汽濕重,主要對氣流通道起降溫作用,對上層的降溫效果較差。當然,由于水的蒸發(fā),氣流通道上邊緣也會有一定的溫度下降,這一點可以從圖4d中溫室2.53m高度處的溫度值得到。這樣便在番茄冠層區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)高溫,致使氣溫達到作物生長發(fā)育適溫的高限。另外,按照圖1溫度測試點的布置位置進行風速測定的結果表明,溫室內(nèi)上層面的風速明顯低于中層和下層面,且上層面的風速最不均勻,對應圖1中A、C、E位置沿溫室氣流方向,上層面(作物冠層出現(xiàn)風速為零區(qū)域,即在作物冠

18、層內(nèi)出現(xiàn)熱空氣滯流區(qū);對應B、D位置沿溫室氣流方向上層面亦呈現(xiàn)較低風速(小于0.1m/s,這是由于B、D系列正處于沒有作物冠層分布的通道上,空氣流動阻力小于作物冠層內(nèi)阻力所致。中下層面風速為0.10.3m/s。從而在盛夏高溫季節(jié),作物冠層由于生長在高溫下,作物蒸騰加劇,葉片會因失水過多而嚴重萎蔫,甚至死亡。由圖4d可以看出,溫室濕簾風機降溫系統(tǒng)正常工作時,由于濕簾、風機位置較低致使氣流場較低,溫室內(nèi)距地面2m以上位置溫度達到3132;2.5m以上即番茄冠層處達到3435。對于像番茄這種長季節(jié)栽培的作物,雖然該溫室平均溫度不高,但由于其濕簾風機降溫系統(tǒng)的安裝位置較低,已不能有效地降低作物冠層內(nèi)的

19、溫度,來滿足圖4雙層充氣膜溫室開啟降溫系統(tǒng)時各層溫度場F i g.4T e m p e r a t u r e f i e l dl a y e r s o f d o u b l e-d e c ka e r i f y i n gm e m b r a n e g r e e n h o u s e a t c o o l i n gs y s t e m o p e n i n g(a下層(b中層(c上層(dC斷面番茄正常生長發(fā)育的適溫要求。因此,對于番茄等植株冠層高大的作物,雖然目前一般連棟溫室的平均氣溫調(diào)控范圍可以滿足生長發(fā)育的要求,但由于濕簾風機降溫系統(tǒng)的布置不夠合理,造成溫室內(nèi)垂

20、直溫度梯度較大,冠層溫度過高,影響作物的正常生長。而冠層高度不超過2m的低矮作物,由于冠層分布在氣流通道上,濕簾風機降溫系統(tǒng)的降溫效果能夠滿足作物生長發(fā)育的適溫要求。2.2階梯形不對稱屋面三連棟玻璃溫室的降溫試驗使用清華同方溫度自記儀,自動采集和記錄溫度數(shù)據(jù),時間間隔5m i n。圖5a5c為階梯形三連棟玻璃溫室,上、中、下3個層面的溫度場,圖5d為圖3中溫室D斷面的溫度場。由圖5a5c可以看出,當濕簾風機降溫系統(tǒng)正常運行時,溫室下層的溫度在2627之間,中層的溫度在2829之間,上層的溫度在2931之間;同一層面內(nèi),靠近風機的溫度高于靠近濕簾的溫度,即溫度從北向南呈逐漸升高的趨勢。上層溫度場

21、與中層溫度場相比,靠近濕簾的北跨、中跨其上層溫度與中層溫度接近,只是靠近風機位置的上層溫度高于中層溫度,并且溫差不大,只有0.51。下層39第3期張樹閣等: 濕簾風機降溫系統(tǒng)安裝高度對降溫效果的影響溫度明顯低于中層和上層,溫差在4左右。按照玻璃溫室溫度場測試點分布示圖3所示測試點的布置,對玻璃溫室風速進行測試。測試結果表明,玻璃溫室上、中、下3個層面流速場分布與華北型三連棟雙層充氣膜試驗溫室濕簾風機降溫系統(tǒng)滿負荷工作時流速場分布相比較,對應作物冠層位置即上層面的風速有明顯的提高,風速為0.20.8m /s ,玻璃溫室的流速場得到進一步提高。中、下層面風速也有所提高,分別為0.61.0m /s

22、、0.41.0m /s。從而玻璃溫室上、中、下層的溫度低于華北型三連棟雙層圖5玻璃溫室開啟降溫系統(tǒng)時各層溫度場F i g .5T e m p e r a t u r e f i e l dl a y e r s o f g l a s s g r e e n h o u s e a t c o o l i n gs y s t e m o p e n i n g(a上層(b中層(c下層(dD 斷面充氣膜試驗溫室中、下層溫度。由圖5d 知,從溫度場空間分布看,雖然不同跨的不同層面溫度有所差異,但在同一跨對應作物冠層內(nèi)的溫度場分布則較均勻,中層的溫度分布最均勻,其溫差不到1。另外,溫室上、中、下層的溫度雖有差別,但從下層到上層溫度在2630之間,均在作物生長的適溫范圍內(nèi)?？拷鼭窈熞豢绲臏囟扰c靠近風機一跨的溫度相比,前者比后者溫度低,且溫度分布均勻。2.3兩種安裝高度降溫效果的比較階梯形三連棟玻璃溫室的覆蓋材料為玻璃,其透光率遠高于雙層充氣膜試驗溫室,溫室內(nèi)空氣溫度上升快,因此夏季溫室降溫要比雙層充氣膜溫室更困難。但是從上述階梯形三連棟玻璃溫室的降溫試驗結果看,在不增加其他設備的情況下,通過提高濕簾和風機的安裝