5.5.1 温室温度环境调控在线视频

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《农业生物环境工程》慕课

大家好

我是中国农业大学的赵淑梅

下面呢

我将带领大家继续学习第五部分

园艺设施环境调控中的

温湿度环境调控

在这部分呢

我们会学习温室的

温度环境调控

湿度环境调控

以及温室通风

与气流调控等方面的内容

今天呢

我们主要来关注

温室温度环境调控

我们知道

温室的首要功能

就是突破自然条件的限制

可靠地为作物提供满足其生长的

优于自然界的温度条件

因此说

温度是温室环境调控的最基本的内容

温室用来种植作物

要使作物健康地生长

就要提供相对适宜的温度环境

作物对环境温度的要求

表现为一个范围

即最低温度

最适温度

和最高温度

这三个指标通常称为

温度三基点

不同的作物种类

品种

生育期阶段

以及光照条件等

都会有不同的温度三基点

这为温室温度环境调控

提供了目标

这里呢我们给出了一些

常见蔬菜的温度指标

比如有

黄瓜

番茄

辣椒

茄子

菜豆

以及白菜菠菜等叶菜类

供大家参考

我们都知道

温室的围护结构

相对而言是比较薄的

所以很容易受自然环境的影响

因此

人为的温度调控

是不可或缺的

那么如何来进行温室的

温度环境调控呢

或者说

温室温度环境调控可以采取哪些措施呢

根据前面的学习

我们可以很容易地总结出以下三个方面

首先呢就是保温

保温是温度环境调控的基础

在温室设施中

具体的保温措施

也可以分为三类

一是呢选择合适的覆盖材料

来提高材料层的保温能力

二呢是采用合适的覆盖层构造

提高围护结构覆盖层的保温能力

三是要注意寒冷季节的气密性管理

减少冷风渗透的影响

其次当保温无法维持

冬季环境温度要求时

就需要进行加温调控

即前面我们学过的采暖

这是改善低温环境最有效的手段

但是加温调控

就意味着

设备投入

运行成本

能源消耗

以及环境排放等问题

另外在高温季节

温室的构造特点

也会导致大量的热量聚集

产生高温问题

这时为了维持良好的温度环境

往往还需要降温调控

降温调控目前最经济

有效的措施就是通风

当然通风不能解决全部的高温问题

所以在不影响采光的条件下

我们还可以进行适当的遮阳处理

减少太阳辐射热的影响

而当 通风 遮阳

都不能满足要求时

就需要采用

主动降温的方式了

比如前面我们讲过的蒸发降温

以上这些温度调控方式

都是生产中广泛使用的措施

今天的课程呢

我将主要给大家介绍

覆盖材料和覆盖层构造

对温室保温性能的影响

首先我们看覆盖材料的选择

常用的温室透光覆盖材料

我们可以分为三大类

一是软质薄膜类

主要包括大家所熟悉的聚乙烯膜

即PE膜

乙酸-醋酸乙烯复合膜

即EVA膜或PO膜

另外还有聚氯乙烯膜

即PVC膜

二是硬质薄膜类

比如聚酯膜

即PET膜

还有氟素膜

也就是ETFE膜

第三类是硬质板材类

这里包括了我们最常用的玻璃

以及

聚碳酸脂板

也就是通常我们所说的PC板

或者是阳光板

除了透光覆盖材料

还有一些材料也经常用于温室中

比如镀铝膜

无纺布

遮阳网

防虫网等等

前面讲过

温室的保温性

与围护结构的材料和构造有关

究其根本

其实是与围护结构的传热特性有关

那么温室覆盖材料的传热有什么特性呢

首先呢

温室覆盖材料比较薄

热阻很小

所以材料导热系数的大小

对覆盖层保温性能的影响

并不明显

覆盖材料的保温性能

主要取决于它对

10微米左右长波红外辐射的

透过特性

长波辐射遇到覆盖材料

一部分会被反射回来

一部分会透射出去

还有一部分会被吸收

也就是说

反射率

加上透过率

加上吸收率等于1

所以

保温性良好的覆盖材料

应该是对长波红外辐射具有较高的反射率

较低的透过率

和较低的吸收率

鉴于对长波辐射反射特性

是覆盖材料获得良好保温性的重要因素

所以通常会用

辐射特性指数

来评价覆盖材料的保温性能

所谓辐射特性指数

其定义为

0.7倍的材料外侧反射率

加上0.3倍的材料内侧反射率

再减去材料的透射率

所以辐射特性指数越大

意味着覆盖材料的保温性能越好

我们看几种典型的覆盖材料的特性

比如说镀铝膜之类的材料

因为铝箔具有良好的辐射反射特性

和较低的透过率及吸收率

所以它的保温性能最好

而玻璃这类材料

它的反射率虽然较低

但是因为它具有较低的透过率

所以呢它的保温性能相对而言也比较好

但是

PE薄膜类的材料

既具有较低的反射率

又具有较高的透过率

所以

它的保温性能在以上三种材料中

是最差的

下面我们再来看一下温室覆盖层构造

对保温性能的影响

所谓覆盖层

通常我们分为两种

一种我们称之为固定覆盖层

也就是作为温室

围护结构的

覆盖材料部分

另一种是附加覆盖层

是为了提高温室性能而增加的一种

活动性覆盖

不需要时可以收拢

或者是拆除

比如各种保温帘幕

覆盖层的保温性能评价

除了上面的覆盖特性指数

根据前面所学我们通常还可以使用

传热系数和传热阻

除此之外

我们还会关心

采取保温覆盖措施之后

保温效果提升了多少

所以这里我们再引入一个评价指标

热节省率

关于传热系数

通常会通过测试的方法获得

比如这是中国农业大学

农业农村部

设施农业工程重点实验室研发的

覆盖材料保温性能测试台

可以测试

常用覆盖材料的传热系数

那么通过文献和测试

我们总结了一些

常用覆盖材料作为固定覆盖时的

传热系数

可以供大家参考

从这个表中我们可以看出

10-16mm厚的双层或三层

中空PC板

其传热系数均在4.0以下

所以保温性能比较好

下面我们着重来看一下热节省率

这个指标是这样定义的

即温室采用保温措施之后

围护结构的

热损失减少量

与采用保温之前的

热损失量之比

通常我们也称为节能率

根据定义

我们就可以得到这样的计算公式

当然根据围护结构的传热量

和传热系数成正比的关系

我们也可以用

采取保温措施前后的围护结构的传热系数

来计算这个热节省率

公式是这样的

这个表中给出了一些

常用覆盖材料作为保温幕

也就是附加保温覆盖层时的热节省率

从这个表中我们可以看出

不同材料的保温性能不同

热节省率也不同

基本上是在15%~70%左右

以上是

一层附加保温覆盖时的热节省率

实际生产中

根据需要

可能会采用多层保温覆盖

那么这时的热节省率该怎么计算呢

这里我们也给出多层

比如n层附加保温覆盖层时的计算公式

这里共有两个计算公式

我们可以看出

计算方法的原理

实际上是基于

任意覆盖材料

单独用作保温幕使用时的热节省率

来进行计算的

有了热节省率

我们就可以很直观地了解

采取不同保温措施后的保温效果了

反过来我们也可以用

保温覆盖层的热节省率来计算传热系数

如公式所示

如果采取保温覆盖措施后的热节省率为α

那么采取保温措施后

温室覆盖层的总的传热系数

就会有一个 1-α 倍的折减

说明随着热节省率的增加

围护结构的传热系数会下降

也就是围护结构的保温性能得到了提升

所以如图所示

对围护结构增加附加保温覆盖

是生产中提高温室保温性能经常采用的措施

我们总结一下课程

今天

我们在总结了温室温度环境

调控措施的基础上

主要围绕温室的保温问题

介绍了温室覆盖材料的种类

传热特性

温室覆盖层保温性能的评价指标等

这些知识是温室进行温度调控的基础

希望大家能够理解掌握

好

今天的课就讲到这里

谢谢大家