設施溫度環(huán)境及其調(diào)控

第三節(jié)溫度環(huán)境及其調(diào)控第三節(jié)溫度環(huán)境及其調(diào)控一、溫室作物對環(huán)境的基本要求二、溫室的熱平衡原理三、保溫技術

四、加溫技術

五、降溫技術表1幾種果菜類蔬菜生育的適宜氣溫、地溫及界限溫度1、溫度三基點一、溫室作物對溫度的基本要求蔬菜種類晝氣溫夜氣溫地溫最高界限最適溫最適溫最低界限最高界限最適溫最低界限番茄3525～2013～852518～1513茄子3528～2318～13102520～1813甜椒3530～2520～15122520～1813黃瓜3528～2315～1082520～1813西瓜3528～2318～13102520～1813溫室甜瓜3530～2523～18152520～1813普通甜瓜3525～2015～1082518～1513南瓜3525～2015～1082518～1513草莓3023～1815～1032518～1513一、溫室作物對溫度的基本要求表2幾種果菜類蔬菜生育的適宜氣溫、地溫及界限溫度

（單位：℃）蔬菜種類氣溫最高氣溫最適溫最低界限菠菜2520～158蘿卜2520～158大白菜2318～135芹菜2318～135茼蒿2520～158萵苣2520～158甘藍2017～72花椰菜2220～102韭菜3024～122溫室韭黃3027～1710一、溫室作物對溫度的基本要求2、變溫管理：

依據(jù)隨光照晝夜變化的作物生理活動的中心，將一日的時間劃分為促進光合作用時間帶、促進光合產(chǎn)物轉運的時間帶和抑制呼吸消耗時間帶等若干時段。二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡1、溫室溫度變化特征

(1)、氣溫的季節(jié)變化溫室內(nèi)的溫度狀況隨太陽輻射和室外氣溫的變化而變化。有晝高夜低、大溫差的特點。日光溫室內(nèi)的冬季天數(shù)可比露地縮短3～5個月，夏天可延長2～3個月，春秋季也可延長20～30d。（2）、氣溫的日變化春季不加溫溫室氣溫日變化規(guī)律，其最高與最低氣溫出現(xiàn)的時間略遲于露地，但室內(nèi)日溫差要顯著大于露地。上午日出后，每小時可升溫5-8℃，正午時可以高于室外15-20℃。下午每小時可降3-6℃，至凌晨最低。中國北方的節(jié)能型日光溫室，由于采光、保溫性好，冬季日溫差高達15～30℃，在北緯40°左右地區(qū)不加溫或基本不加溫下能生產(chǎn)出黃瓜等喜溫果菜。圖1無加溫溫室內(nèi)溫度的日變化θi:室內(nèi)氣溫θo：室外氣溫

二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡1、溫室溫度變化特征

(3)、溫室內(nèi)氣溫的空間分布空間分布具有一定的不均勻性。(4)、設施內(nèi)“逆溫”現(xiàn)象

通常溫室內(nèi)溫度都高于外界，但在無多重覆蓋的塑料拱棚或玻璃溫室中，日落后降溫速度往往比露地快，常常出現(xiàn)室內(nèi)氣溫反而低于室外氣溫1～2℃的逆溫現(xiàn)象。此外室內(nèi)氣溫的分布存在不均勻狀況，一般室溫上部高于下部，中部高于四周。。二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡2、溫室的熱平衡原理根據(jù)能量守恒原理，蓄積于溫室內(nèi)的熱量ΔQ=進入溫室內(nèi)的熱量（Qi）—散失的熱量（Qo）。溫室內(nèi)的熱量來自兩方面：一是太陽幅射能，另一部分早班人工加熱量。熱量的支出則包括如下幾個方面：地面、覆蓋物、作物表面有效輻射失熱；以對流方式，溫室內(nèi)土壤表面與空氣之間、空氣與覆蓋物之間熱量交換，并通過覆蓋物表面失熱；溫室內(nèi)土壤覆蓋表面蒸發(fā)、作物蒸騰、覆蓋物表面蒸發(fā)，以潛熱形式失熱；通過排氣將顯熱和潛熱排出；土壤傳導失熱。

（5.1）下面討論溫室熱支出的各種途徑。綜上所述，可寫出溫室的熱量平衡議程式如下：

（5.1）

二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡2、溫室熱支出的各種途徑(1)、貫流放熱

把透過覆蓋材料或圍護結構的熱量叫做溫室表面的貫流傳熱量。貫流傳熱量的表達式如下：

（5.2）式中：Qt——貫流傳熱量，kJ·h-1;Aw—溫室表面積，m2；ht—熱貫流率，kJ·m-2·h-1℃-1；tr—溫室內(nèi)氣溫；to—溫室外氣溫。熱貫流率的表達式為：式中αr,αro,hr,hro分別為溫室內(nèi)外的對流傳熱率和輻射傳熱率，λ為導熱率，d為材料厚度。

二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡2、溫室熱支出的各種途徑(1)、貫流放熱由式（5.2）可知，熱貫流Qt就是由室內(nèi)外溫差引起的，由室內(nèi)流到室外的全部熱量。表3列出若干物質(zhì)的熱貫流率。表3各種物質(zhì)的熱貫流率（單位J：k·m-2·h-1℃-1）種類規(guī)格（mm）熱貫流率種類規(guī)格（cm）熱貫流率玻璃2.520.92木條厚83.77玻璃3~3.520.08磚墻（面抹灰）厚385.77聚氯乙烯單層23.01鋼管47.84~53.97聚氯乙烯雙層12.55土墻厚504.18聚乙烯單層24.29草苫12.55合成樹脂板FRP，F(xiàn)RA，MMA20.92鋼筋混凝土518.41同上雙層14.64鋼筋混凝土1015.90(2)、通風換氣放熱溫室內(nèi)自然通風或強制通風，建筑材料的裂縫，覆蓋物的破損，門、窗縫隙等，都會導致室內(nèi)的熱量流失。溫室內(nèi)通風換氣失熱量包括顯熱失熱和潛熱失熱兩部分，顯熱失熱量的表達式如下：Qv=R·V·F(tr-to)式中：Qv—整個設施單位時間的換氣失熱量；R—每小時換氣次數(shù)（表4）;F—空氣比熱，F(xiàn)=1.3kJ·m-2·h-1℃-1;V—設施的體積，m3。2、溫室熱支出的各種途徑二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡2、溫室熱支出的各種途徑(2)、通風換氣放熱表4每小時換氣次數(shù)（溫室密閉時）

保護地類型覆蓋形式R（次·h-1）玻璃溫室單層1.5玻璃溫室雙層1.0塑料大棚單層2.0塑料大棚雙層1.1二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡2、溫室熱支出的各種途徑(3)、土壤傳導失

土壤傳導失熱包括土壤上下層之間的傳熱和土壤橫向傳熱，垂直方向上的傳導失熱，可以用土壤傳熱方程表示。

式中表示某一時刻土壤溫度的垂直變化。其中t表示土壤溫質(zhì)地、萬分等有關外，還與土壤濕度有關，隨土壤濕度增大而增大。度，z表示土壤深度，為微分符號。λ是土壤的導熱率，除與土壤二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡2、溫室熱支出的各種途徑(3)、土壤傳導失

綜上所述，不加溫的目光溫室內(nèi)熱收支平衡可用上頁圖5-18加以概括，夜間室內(nèi)空氣的熱量來源是地中供熱，熱量失散主要是貫流放熱和換氣放熱，據(jù)測定不加溫溫室通過貫流放熱占總耗熱75%-80%，縫隙散熱也叫通換氣放熱，北方的日光溫室由于密封性好，占總耗熱量的5%-6%，土壤橫向熱傳導約占總耗熱量13%-15%。二、溫室的溫度環(huán)境特點與熱平衡2、溫室熱支出的各種途徑(3)、土壤傳導失

三、溫室保溫技術1、溫室保溫措施根據(jù)上述熱收支狀況分析，保溫措施要考慮減少貫流放熱、換氣放熱和地中熱傳導，在白天盡量加大室內(nèi)土壤對太陽輻射的吸收率。

(1)、采用多層覆蓋，減少貫流放熱量多層覆蓋是最有效、實用、經(jīng)濟的方法。表5-1不加溫溫室多層覆蓋室內(nèi)外溫差層數(shù)溫差單層覆蓋雙層覆蓋三層覆蓋四層覆蓋無小棚一重為小棚平均（℃）+2.3+4.8+6.3+9.0+9.0標準差±1.1±1.4±1.4±0.7±0.7最?。ā妫?1.7+1.7+4.1+8.0最大（℃）+4.5+7.0+7.6+9.0備注大部分一層為小棚膜三、溫室保溫技術1、溫室保溫措施(1)、采用多層覆蓋，減少貫流放熱量固定雙重覆蓋保溫覆蓋雙重中空板充氣膜塑料棚固定式雙重覆蓋（俗稱雙大棚）保溫簾一層保溫簾二層保溫簾保溫簾草簾泡沫塑料保溫被其它小拱棚浮面覆蓋

三、溫室保溫技術1、溫室保溫措施(1)、采用多層覆蓋，減少貫流放熱量三、溫室保溫技術1、溫室保溫措施(2)、增大溫室透光率

(3)、增大增大保溫比

(4)、設置防寒溝，防止地中熱量橫向流出

(5)、農(nóng)業(yè)設施的保溫（建筑保溫）

總熱阻：

ti------冬季室內(nèi)計算溫度to-----冬季室外計算溫度

n------溫度修正系數(shù)Ri----內(nèi)表面換熱阻

t------室內(nèi)氣溫與外壁內(nèi)表面之間的容許溫差。保溫層厚度：三、溫室保溫技術2、常用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室的保溫設計要求表6通常畜舍內(nèi)要求的適宜溫度種類畜禽要求的環(huán)境溫度（℃）畜舍控制的溫度（℃）成年乳牛最佳產(chǎn)奶溫度10-20℃，但6-25℃對產(chǎn)量影響不大5-16肉牛最佳溫度℃牛犢出生時為10-15℃，此后逐漸下降，在小肉牛生產(chǎn)中，需要較高的溫度，為15-22℃成年豬適宜環(huán)境溫度為4-30℃，高溫時應防護太陽輻射2-24育肥豬在斷奶時為25℃，長到90-110kg時降低到15℃產(chǎn)仔母豬母豬為15-20℃，仔豬出生時為30℃，其后逐漸降到21℃，斷奶時為25℃產(chǎn)蛋雞最佳溫度20-25℃5-29肉雞在舍內(nèi)飼養(yǎng)為16-25℃13-24孵化器剛出生的小雞為35℃，然后每天大約下降0.5℃，四周以后降至18-20℃25-30三、溫室保溫技術2、常用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室的保溫設計要求表9農(nóng)場建筑需要的總熱阻值氣候地區(qū)總熱阻值[（m2·℃）/W]墻天花板溫暖地區(qū)（0℃）1.592.12適中地區(qū)（0-10℃）1.592.82寒冷地區(qū)（<-10℃）2.473.59三、溫室保溫技術2、常用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室的保溫設計要求表10日光溫室圍護結構低限熱阻值室外設計溫度℃低限熱阻值[（m2·℃）/W]后墻、山墻后屋面—41.11.4—121.41.4—211.42.1—262.12.8—322.83.5三、溫室保溫技術2、常用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室的保溫設計要求表12畜舍的最低總熱阻冬季總度日推薦的最低總熱阻值[（m2·℃）/W]前開敞式畜舍半開敞畜舍環(huán)境控制畜舍墻屋頂墻屋頂墻屋頂<2500—1.061.062.472.473.832501-6000—1.061.062.472.474.40>6001—1.062.124.403.535.81三、溫室保溫技術2、常用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室的保溫設計要求表11北方主要城市日光溫室墻體設計參考值城市室外設計溫度℃墻體低限熱阻值土墻厚度（m）[（m2·℃）/W]最大值最小值鄭州—71.211.040.86西安—81.251.080.96濟南—101.331.150.98北京—121.401.211.04銀川—181.401.211.11沈陽—211.401.211.11烏魯木齊—242.101.811.21哈爾濱—292.502.161.81四、加溫技術1、常用的加溫方式及特點表13采暖方式的種類與特點（吳毅明等依據(jù)岡田修正，1990）采暖方式方式要點采暖效果控制性能維修管理設備費用適用對象其他熱風采暖直接加熱空氣停機后缺少保溫性，溫度不穩(wěn)定預熱時間短，升溫快因不用水，容易操作比熱水采暖各種溫室不用配管和散熱器，作業(yè)性好，燃氣由室內(nèi)補充時，必須通風換氣熱水采暖用60～80℃熱水循環(huán)，或由熱水變換成熱氣吹入室內(nèi)因水暖加熱溫度低，加熱緩和，余熱多，停機后保溫性好預熱時間長，可根據(jù)負荷的變動改變熱水溫度對鍋爐要求比蒸汽的低，水質(zhì)處理較容易要用配管和散熱器，成本較高大型溫室在寒冷地方管道怕凍，需充分集護蒸氣采暖用100～110℃蒸汽采暖，可轉換成熱水和熱風采暖余熱少，停機后缺少保溫性預熱時間短，自動控制稍難對鍋爐要求高，水質(zhì)處理不嚴格時，輸水管易被腐蝕比熱水采暖成本高大型溫室群，在高差大的地形上建造的溫室可做土壤消毒，散熱管較難配置適當，容易產(chǎn)生局部高溫四、加溫技術1、常用的加溫方式及特點表13采暖方式的種類與特點（吳毅明等依據(jù)岡田修正，1990）采暖方式方式要點采暖效果控制性能維修管理設備費用適用對象其他電熱采暖用電熱溫床線和電暖風加熱采暖器停機后缺少保溫性預熱時間短，控制性最好操作最容易設備費用低小型育苗溫室，土壤加溫輔助采暖耗電多，生產(chǎn)用不經(jīng)濟輻射采暖用液化石油氣紅外燃燒取暖爐停機后缺少保溫性，可升高植物體溫預熱時間短，控制容易使用方便容易設備費用低臨時輔助采暖耗氣多，大量用不經(jīng)濟，有二氧化碳施用效果火爐采暖用地爐或鐵爐、燒煤，用煙囪散熱取暖封火后仍有一定保溫性，有輻射加溫效果預熱時間長，燒火費勞力，不易控制較容易維護，但操作費工設備費用低土溫室必須注意通風，防止煤氣中毒四、加溫技術1、常用的加溫方式及特點四、加溫技術2、最大采暖負荷的計算

在栽培期間最冷季節(jié)保持作物正常生育所需補充的熱量，叫做最大采暖負荷。式中：Qg—最大采暖負荷，kJ·h-1;Ag—溫室表面積，m2;As—溫室內(nèi)地面積，m2;qt—單位面積的貫流熱量，kJ·m-2·h-1;qv—單位面積的換氣傳熱量，kJ·m-2·h-1;qs—單位面積的地中傳熱量，kJ·m-2·h-1;fw—風速校正系數(shù)（一般有保溫覆蓋的溫室fw=1.0，強風地區(qū)單層覆蓋的溫室fw=1.1）；（1）貫流熱量計算上式中的貫流熱量（qr）可用下式求得：式中：qt—單位面積的貫流熱量kJ·m-2·h-1；

ht—熱貫流率，kJ·m-2·h-1，與覆蓋材料的輻射特性有關，玻璃、合成樹脂板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=24.279kJ.m-2.h-1.℃-1;Qi—室內(nèi)設定溫度，℃；Qo—室外設定溫度，℃；Fr—保溫覆蓋的節(jié)熱率。四、加溫技術2、最大采暖負荷的計算

表14保溫覆蓋的節(jié)熱率（fr）

(崗田，1980)保溫方法保溫覆蓋材料fr玻璃薄膜雙層覆蓋玻璃PVC薄膜0.40