《农业生物环境工程》课程教学课件（PPT讲稿）第4章 温室设施环境调节与控制 第五节 温室通风换气

第五节温室通风换气 农业生物 通风换气的基本要求与必要换气量 境 工程 (一)基本要求 第 温室通风换气设计的基本要求是通风系统应能够提供足 四 够的通风量，具有有效调控室内气温、湿度和CO,浓度的足 够能力，以满足室内栽培植物正常生长的要求，同时要求随 施 着栽培植物的生长发育阶段和栽培季节的不同，以及一日内 环 境 不同时间、不同室外气候条件时的不同需要，能在一定范围 调 内进行有效的调节。 与 制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 第五节 温室通风换气 一、通风换气的基本要求与必要换气量 （一）基本要求 温室通风换气设计的基本要求是通风系统应能够提供足 够的通风量，具有有效调控室内气温、湿度和CO2浓度的足 够能力，以满足室内栽培植物正常生长的要求，同时要求随 着栽培植物的生长发育阶段和栽培季节的不同，以及一日内 不同时间、不同室外气候条件时的不同需要，能在一定范围 内进行有效的调节

农 合理确定设计通风量是温室通风设计的一项重要工作 内容，其确定的依据是温室的必要换气量，需根据温室所 物 在地区的气候条件、温室的使用季节和栽培植物的要求等 环 方面条件进行计算确定。 境 温度条件常是温室环境调控中首要的调控目标，同时 程 抑制高温的必要通风量最大，通风量满足抑制高温方面要 求时，也能够相应地满足排湿与补充CO2方面的要求。 温 因此对于通风系统以抑制高温为目的运行时的情况， 室设 通风量的确定可不考虑排湿与补充CO,方面要求。而在寒 冷的时期，温室内将没有通风抑制高温的要求，这时应根 境 据排湿与补充CO,方面要求确定合适的通风量。 制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 合理确定设计通风量是温室通风设计的一项重要工作 内容，其确定的依据是温室的必要换气量，需根据温室所 在地区的气候条件、温室的使用季节和栽培植物的要求等 方面条件进行计算确定。 温度条件常是温室环境调控中首要的调控目标，同时 抑制高温的必要通风量最大，通风量满足抑制高温方面要 求时，也能够相应地满足排湿与补充CO2方面的要求。 因此对于通风系统以抑制高温为目的运行时的情况， 通风量的确定可不考虑排湿与补充CO2方面要求。而在寒 冷的时期，温室内将没有通风抑制高温的要求，这时应根 据排湿与补充CO2方面要求确定合适的通风量

1.控制室温的必要通风量 农业 控制室温的最大必要通风量，是考虑在夏季炎热时期，正午 生 日照最强，气温接近最高的时刻，为了使温室内维持一定的温度 物 ，排除室内多余热量所需要的通风量。 环 根据第三章式（3-10)，必要通风量应为： 境 Q 程 CpPa (t2 -1) m3/s 第四 式中2 温室内需排除的多余热量（显热)，W 章 空气的定压质量比热，可取C,=1030J/(kg·C): 室设施 Pa 室内空气的密度，kg/m3,近似有pa=353/(+273): 进入温室的空气温度，当未对进风进行降温处理时， 境调节与控 4=t。℃； 温室排风温度，当通风量不大，室内气温分布较均匀 时可近似取2=： ti to 分别为室内与室外气温，℃

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 1.控制室温的必要通风量 控制室温的最大必要通风量，是考虑在夏季炎热时期，正午 日照最强，气温接近最高的时刻，为了使温室内维持一定的温度 ，排除室内多余热量所需要的通风量。 根据第三章式（3-10），必要通风量应为： m3 /s 式中 Q —— 温室内需排除的多余热量（显热），W Cp—— 空气的定压质量比热，可取Cp ＝1030J/(kg·℃)； ρa—— 室内空气的密度，kg/m3，近似有ρa ＝353/(ti+273)； t1 —— 进入温室的空气温度，当未对进风进行降温处理时， t1＝to ℃； t2 —— 温室排风温度，当通风量不大，室内气温分布较均匀 时可近似取t2＝ti； ti，to —— 分别为室内与室外气温，℃。 ( ) p a 2 1 c t t Q L − = 

15 定义单位温室面积的通风量为温室通风率Lo,即有： 业 Q m3/m2.s) Lo=L/A= 物 CpPa(12-1)A 环 境 式中A、 温室的地面面积，m2。 温室内白昼吸收的显热量来自太阳的短波辐射，而部分显热 程 量将通过覆盖层传出室外，部分被室内地面和植物等的水份蒸发 蒸腾作用消耗转化为潜热，并随通风气流排出室外。因此室内需 四 排除的多余显热量为上述部分的差值。 即根据式（4-24)，考虑加温热量Q=0,地中传热量相对较 温 小，取Q0,则温室通过通风排出的热量为： 设 (4-32) 2=2o-2后O-(gw+0e).W 环 式中2 温室内吸收的太阳辐射热量，W; Cw- 经过覆盖材料的传热量（对流、辐射），W; 调节与控 2。一温室内水份蒸发吸收的潜热，由通风排出室外，W;

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 定义单位温室面积的通风量为温室通风率L0，即有： m3 /(m2·s) 式中 As —— 温室的地面面积，m2 。 温室内白昼吸收的显热量来自太阳的短波辐射，而部分显热 量将通过覆盖层传出室外，部分被室内地面和植物等的水份蒸发 蒸腾作用消耗转化为潜热，并随通风气流排出室外。因此室内需 排除的多余显热量为上述部分的差值。 即根据式（4-24），考虑加温热量Qh=0，地中传热量相对较 小，取Qf≈0，则温室通过通风排出的热量为： Q= Qvo－Qvi= Qs－(Qw+Qe ) W （4-32） 式中Qs —— 温室内吸收的太阳辐射热量，W； Qw —— 经过覆盖材料的传热量（对流、辐射），W； Qe —— 温室内水份蒸发吸收的潜热，由通风排出室外，W； p a 2 1 s 0 s ( ) / c t t A Q L L A − = = 

下面逐项计算上式中各项热量。通过温室覆盖层传出的热 量为： 业 (4-33 =∑K,A(G-t)≈(4-t) 物 式中K,一温室各部分覆盖层的传热系数，近似计算时可取 境 全温室覆盖层平均传热系数K=4~6W/m2.℃)； 程 Ag 温室覆盖层各部分面积，m2; 第 W一 温室散热比，W= 连栋温室取为1.2~1.5， 四 单栋温室取为1.72.0。 章 通风换气排出的潜热量由下式计算： Q。=e(Q W 施 (4-34) 式中一蒸腾蒸发潜热与温室吸收的太阳辐射热之比，其值 调节 大小与室内地面土壤潮湿状况、植物繁茂程度、室内外空气湿 度等因素有关，一般取=0.5~0.7，温室内地面土壤潮湿、植 物繁茂、室内外空气湿度较低时取较大值。 制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 下面逐项计算上式中各项热量。通过温室覆盖层传出的热 量为： W （4-33 ） 式中 Kj —— 温室各部分覆盖层的传热系数，近似计算时可取 全温室覆盖层平均传热系数K=4～6W/(m2·℃)； Agj —— 温室覆盖层各部分面积，m2； W —— 温室散热比， ，连栋温室取为1.2～1.5， 单栋温室取为1.7～2.0。 通风换气排出的潜热量由下式计算： W （4-34） 式中e —— 蒸腾蒸发潜热与温室吸收的太阳辐射热之比，其值 大小与室内地面土壤潮湿状况、植物繁茂程度、室内外空气湿 度等因素有关，一般取e＝0.5～0.7，温室内地面土壤潮湿、植 物繁茂、室内外空气湿度较低时取较大值。 =  −  − j j j Q K A (t t ) KWA (t t ) w g i o s i o =  j j A A W s g ( ) e Qs Q = e

温室吸收的太阳辐射热为： 业 Q=a4d(1-p) W/m2 (4-35) 式中10一 室外水平面太阳总辐射照度，W/m2,对于夏季其取 物 值见表4-15； 环 a 温室受热面积修正系数，一般取a=1.0~1.3,温室面 境 积小时取较大值； 程 室内日照反射率，一般取为0.1； 温室覆盖层的太阳辐射透过率，在无室外遮阳网和室 内遮阳幕时一般为0.6~0.7，有室外遮阳网时可取t=0.20.3,有 室内反射型材料遮阳幕时，可取t=0.3~0.4; 章 温 表415夏季室外水平面太阳总辐射照度Wm2) 室设 大气透明度等级 北纬30° 北纬35° 北纬40° 北纬45 施环境调节与控 3 1037 1021 986 949 4 1000 986 949 909 5 962 902 872 840 注：资料来源于《GBJ19-87采暖通风与空气调节设计规范(2001年版)》

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 温室吸收的太阳辐射热为： W/m2 （4-35） 式中 I0 —— 室外水平面太阳总辐射照度，W/m2，对于夏季其取 值见表4-15； a —— 温室受热面积修正系数，一般取a＝1.0～1.3，温室面 积小时取较大值； ρ —— 室内日照反射率，一般取为0.1； τ—— 温室覆盖层的太阳辐射透过率，在无室外遮阳网和室 内遮阳幕时一般为0.6～0.7，有室外遮阳网时可取t＝0.2～0.3，有 室内反射型材料遮阳幕时，可取t＝0.3～0.4； 表4-15 夏季室外水平面太阳总辐射照度（W/m2） 注：资料来源于《GBJ19-87 采暖通风与空气调节设计规范(2001年版)》 (1 ) Qs = aAs I 0 −  大气透明度等级 北纬30º 北纬35º 北纬40º 北纬45º 3 1037 1021 986 949 4 1000 986 949 909 5 962 902 872 840

以上关系代入式（4-31)，可得温室必要通风率为： ad,-p-e)-2K,- m3/(m2s) (4-36) 业生物 Lo c.P(t2-t】 或近似地有： 境 azl (1-p)(I-e)-KW(I-1) 工程 c,P(t2-0 m3/(m2.s) (4-37) 则温室必要通风量为： 第 L=A Lo m3/s （4-38) 章 由式(4-36)与(4-37)可知，温室的必要通风量与温室本 麦 身传热特性及室外气象条件有关，还与室内外温差一。有关， 即还取决于室内设定的热环境条件。 当1=t。,2=时有： 境 调节与控 arl (1-p)(1-e) KW m3/(m2.s) （4-39)

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 以上关系代入式（4-31），可得温室必要通风率为： m3 /(m2·s) （4-36） 或近似地有： m3 /(m2·s) （4-37） 则温室必要通风量为： m3 /s （4-38） 由式（4-36）与（4-37）可知，温室的必要通风量与温室本 身传热特性及室外气象条件有关，还与室内外温差ti－to有关， 即还取决于室内设定的热环境条件。 当t1＝to，t2＝ti时有： m3/(m2·s) （4-39） ( ) (1 )(1 ) ( ) p a 2 1 i o s g 0 0 c t t t t A A a I e K L j j j − − − − − =     ( ) (1 )(1 ) ( ) p a 2 1 0 i o 0 c t t a I e KW t t L − − − − − =    L = As L0       − − − − = KW t t a I e c L ( ) 1 (1 )(1 ) i o 0 p a 0   

15 农业生 由上式可知，温室的通风率L,与室内外温差一t为双曲函数关 系（见图4-4n) K=6W/m2.℃) W=1.5 环境工程 Pa=1.15kg/m cp=10101/kgC) 1o=949w/m2 a=1.2 0 e=0.6 p=0.1 t=0.65 第四章温 -0.25 室设 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 通风率Lo/mm2s 环 即室内外温差一t,随通风率L增大而减小，通风率较小时，通 调 风率的较少增加即可显著减少室内外温差（降低室内气温）。 是 随着通风率逐渐增大，室内气温降低速率逐渐减缓。 制

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 由上式可知，温室的通风率L0与室内外温差ti－to为双曲函数关 系（见图4-40）。 即室内外温差ti－to随通风率L0增大而减小，通风率较小时，通 风率的较少增加即可显著减少室内外温差（降低室内气温）。 随着通风率逐渐增大，室内气温降低速率逐渐减缓。 0 5 10 15 20 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 通风率L 0 / m3·m -2·s -1 温室内外温差(t i - t o) / ℃ K=6W/(m2·℃) W=1.5  a＝1.15kg/m3 c p＝1010J/(kg·℃) I 0 =949W/m2 a ＝1.2 e＝0.6  ＝0.1  =0.65  =0.25 图4-40 温室的通 风率与室内外温差

农业 当通风率达到0.10m/(m2s)(温室室内空间平均高度为3m左右 营 时，相当于换气次数约为2次/min或120次/h)左右时，温室内外气温 差已减少至1~2℃左右，则继续增加通风率时室内气温降低很小，却 境 使风机的运行耗能与运行费用不必要地增加。因此，从经济性的角度 考虑，一般通风率应在0.08m/(m2s)以下，或换气次数低于1.5次/min 程 (90次/h)。 从图4-40可看出，遮阳的措施对抑制室内高温有着非常显著的 四章 作用，有遮阳与无遮阳的情况相比，控制同样室内外温差所需通风率 温 大为减少。但是，仅靠遮阳和单纯通风对室内气温的降低也是有一定 设施 限度的，即不可能将室内气温降到低于室外气温的水平。在炎热夏季 环 ，室外气温原本已较高，即便采用大通风率并辅以遮阳措施，室内气 温仍略高于室外，将不满足一些植物要求的温度条件，这时应考虑采 调节与控 用对空气进行降温处理的措施

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 当通风率达到0.10m3 /(m2·s)（温室室内空间平均高度为3m左右 时，相当于换气次数约为2次/min或120次/h）左右时，温室内外气温 差已减少至1～2℃左右，则继续增加通风率时室内气温降低很小，却 使风机的运行耗能与运行费用不必要地增加。因此，从经济性的角度 考虑，一般通风率应在0.08m3 /(m2·s)以下，或换气次数低于1.5次/min （90次/h）。 从图4-40可看出，遮阳的措施对抑制室内高温有着非常显著的 作用，有遮阳与无遮阳的情况相比，控制同样室内外温差所需通风率 大为减少。但是，仅靠遮阳和单纯通风对室内气温的降低也是有一定 限度的，即不可能将室内气温降到低于室外气温的水平。在炎热夏季 ，室外气温原本已较高，即便采用大通风率并辅以遮阳措施，室内气 温仍略高于室外，将不满足一些植物要求的温度条件，这时应考虑采 用对空气进行降温处理的措施

15 农业生物 2.维持C02浓度的必要通风量 境 在日出后，植物进行光合作用将从温室内空气中大 程 量吸收CO,使其浓度急剧降低。虽然室内土壤中微生 物的呼吸和有机物质分解将放出CO2,使室内得到C0,少 第四章 量补充，但远远满足不了需要。为维持植物继续进行正 常光合作用，在日出后温室即需要考虑进行通风，以从 室外空气中得到C02的补充。 室设施环境调节与控

第 四 章 温 室 设 施 环 境 调 节 与 控 制 2.维持CO2浓度的必要通风量 在日出后，植物进行光合作用将从温室内空气中大 量吸收CO2，使其浓度急剧降低。虽然室内土壤中微生 物的呼吸和有机物质分解将放出CO2，使室内得到CO2少 量补充，但远远满足不了需要。为维持植物继续进行正 常光合作用，在日出后温室即需要考虑进行通风，以从 室外空气中得到CO2的补充