風(fēng)機(jī)濕簾安裝高度-

1、進(jìn)行了濕簾風(fēng)機(jī)安裝高度對(duì)降溫效果影響的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)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(fēng)機(jī)高0.5m 左右時(shí),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(duì)于番茄等植株高大的作物,其冠層常達(dá)到溫室上層的高溫區(qū)(3435,適當(dāng)提高安裝位置(濕簾高2m 、風(fēng)機(jī)高1m 左右,使得風(fēng)機(jī)的流速場(chǎng)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(guān)鍵詞:濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)安裝高度中圖分類號(hào):S 625.1;S 625+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(huì)共建項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃資助(項(xiàng)目編號(hào):X K 100190550張樹閣中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院副研究員博士,100083北京市宋衛(wèi)堂中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院副教授博士滕光輝中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院教授博士高麗紅中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院教授博士黃之棟中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院教授引言我國從20世紀(jì)80年代開始,利用濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng),對(duì)溫室降溫的熱環(huán)

10、境進(jìn)行研究1。濕簾風(fēng)機(jī)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(zhuǎn)變?yōu)樗魵庵械臐摕徇M(jìn)行降溫2=。由于其具有設(shè)備簡單、成本低、產(chǎn)冷量大、運(yùn)行可靠、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),在溫室、畜舍等農(nóng)業(yè)建筑上得到廣泛應(yīng)用,是較先進(jìn)的夏季降溫方式3。但目前濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)也存在缺點(diǎn),如溫室內(nèi)氣溫不均勻,垂直溫差可達(dá)810等4。童莉等利用C F D數(shù)值模擬,討論了濕簾高度對(duì)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(dá)到35以上。溫室缺乏降溫措施或降溫效果不良時(shí),室內(nèi)溫度則會(huì)達(dá)到40左右,將嚴(yán)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(shè)施園藝作物越夏栽培的關(guān)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(duì)2種濕簾風(fēng)機(jī)安裝高度下的溫室溫度場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)。1材料與方法分別在2種濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)的安裝高度條件下,進(jìn)行了夏季溫室降溫效果的試驗(yàn)研究。在華北型三連棟雙層充氣膜試驗(yàn)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(fēng)機(jī)安裝于南墻,距地面高度0.5m;在階梯形不對(duì)稱屋面三連棟玻璃試驗(yàn)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(fēng)機(jī)安裝于南墻,距地面高度1m6。測(cè)試時(shí)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(yàn)溫室華北型三連棟雙層充氣膜

12、試驗(yàn)溫室為圓拱型、南北走向,分3跨、跨度8m,開間3m、分7個(gè)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(cè)墻為P C板與卷簾薄膜充氣窗,北山墻為彩板聚苯乙烯復(fù)合保溫板。濕簾長22 m,高1.8m。6臺(tái)軸流風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)直徑1.25m,風(fēng)量25000m3/h。溫室及濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)安裝位置如圖1所示。溫室內(nèi)溫度場(chǎng)測(cè)點(diǎn)分上、中、下3個(gè)層面,分別距地面高度3m、2m、1m。每一層面上縱橫虛線交叉點(diǎn)及與溫室邊界交點(diǎn)為測(cè)試點(diǎn)。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(duì)稱屋面三連棟玻璃試驗(yàn)溫室階梯形不對(duì)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(duì)稱屋面;溫室除基礎(chǔ)和北墻外,均采用玻璃作為覆蓋材料。濕簾長25m,高1.8m。7臺(tái)軸流風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)直徑1.25m,風(fēng)量為25 000m3/h。溫室及濕簾風(fēng)機(jī)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(chǎng)測(cè)點(diǎn)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(fēng)機(jī)圖2階梯形不對(duì)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(cè)窗7.基礎(chǔ)8.風(fēng)機(jī)如圖3所示,溫度場(chǎng)測(cè)點(diǎn)也分上、中、下3個(gè)層面,每一層面上縱橫虛線交叉點(diǎn)及與溫室邊界交點(diǎn)為測(cè)試點(diǎn)。圖3玻璃溫室溫度場(chǎng)測(cè)試點(diǎn)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(jī)械學(xué)報(bào)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(gè)栽培槽,每個(gè)栽培槽種植2行番茄。栽培槽南北走向,與降溫時(shí)氣流走向相同。南跨采用粗砂栽培方式,等距布置13個(gè)栽培槽,每個(gè)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(dāng)植株長高到纜繩時(shí),進(jìn)行坐秧整枝,使得冠層頂部距地面不超過2.5m。2結(jié)果與分析2.1華北型三連棟雙層充氣膜溫室的降溫試驗(yàn)溫室作物冠層內(nèi)空氣溫度上升到35時(shí),開啟濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)進(jìn)行降溫。圖4為當(dāng)氣溫穩(wěn)定時(shí),溫室上、中、下層面及C斷面的溫度場(chǎng)。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?yàn)橹?、下層處于濕簾風(fēng)機(jī)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(duì)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(yàn)溫

17、室濕簾風(fēng)機(jī)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?yàn)樯蠈又皇翘幱跐窈燂L(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)氣流通道的邊緣,由于水汽濕重,主要對(duì)氣流通道起降溫作用,對(duì)上層的降溫效果較差。當(dāng)然,由于水的蒸發(fā),氣流通道上邊緣也會(huì)有一定的溫度下降,這一點(diǎn)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(dá)到作物生長發(fā)育適溫的高限。另外,按照?qǐng)D1溫度測(cè)試點(diǎn)的布置位置進(jìn)行風(fēng)速測(cè)定的結(jié)果表明,溫室內(nèi)上層面的風(fēng)速明顯低于中層和下層面,且上層面的風(fēng)速最不均勻,對(duì)應(yīng)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(fēng)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(duì)應(yīng)B、D位置沿溫室氣流方向上層面亦呈現(xiàn)較低風(fēng)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(dòng)阻力小于作物冠層內(nèi)阻力所致。中下層面風(fēng)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(huì)因失水過多而嚴(yán)重萎蔫,甚至死亡。由圖4d可以看出,溫室濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)正常工作時(shí),由于濕簾、風(fēng)機(jī)位置較低致使氣流場(chǎng)較低,溫室內(nèi)距地面2m以上位置溫度達(dá)到3132;2.5m以上即番茄冠層處達(dá)到3435。對(duì)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(fēng)機(jī)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(shí)各層溫度場(chǎng)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(duì)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(duì)稱屋面三連棟玻璃溫室的降溫試驗(yàn)使用清華同方溫度自記儀,自動(dòng)采集和記錄溫度數(shù)據(jù),時(shí)間間隔5m i n。圖5a5c為階梯形三連棟玻璃溫室,上、中、下3個(gè)層面的溫度場(chǎng),圖5d為圖3中溫室D斷面的溫度場(chǎng)。由圖5a5c可以看出,當(dāng)濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),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(fēng)機(jī)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(shì)。上層溫度場(chǎng)

21、與中層溫度場(chǎng)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)安裝高度對(duì)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(chǎng)測(cè)試點(diǎn)分布示圖3所示測(cè)試點(diǎn)的布置,對(duì)玻璃溫室風(fēng)速進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,玻璃溫室上、中、下3個(gè)層面流速場(chǎng)分布與華北型三連棟雙層充氣膜試驗(yàn)溫室濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)滿負(fù)荷工作時(shí)流速場(chǎng)分布相比較,對(duì)應(yīng)作物冠層位置即上層面的風(fēng)速有明顯的提高,風(fēng)速為0.20.8m /s ,玻璃溫室的流速場(chǎng)得到進(jìn)一步提高。中、下層面風(fēng)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(shí)各層溫度場(chǎng)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(yàn)溫室中、下層溫度。由圖5d 知,從溫度場(chǎng)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(duì)應(yīng)作物冠層內(nèi)的溫度場(chǎng)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(fēng)機(jī)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