農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程溫室設(shè)施環(huán)境調(diào)節(jié)與控制5第1頁/共20頁第五節(jié)溫室通風(fēng)換氣

一、通風(fēng)換氣的基本要求與必要換氣量

（一）基本要求

溫室通風(fēng)換氣設(shè)計的基本要求是通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能夠提供足夠的通風(fēng)量，具有有效調(diào)控室內(nèi)氣溫、濕度和CO2濃度的足夠能力，以滿足室內(nèi)栽培植物正常生長的要求，同時要求隨著栽培植物的生長發(fā)育階段和栽培季節(jié)的不同，以及一日內(nèi)不同時間、不同室外氣候條件時的不同需要，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。第2頁/共20頁

合理確定設(shè)計通風(fēng)量是溫室通風(fēng)設(shè)計的一項重要工作內(nèi)容，其確定的依據(jù)是溫室的必要換氣量，需根據(jù)溫室所在地區(qū)的氣候條件、溫室的使用季節(jié)和栽培植物的要求等方面條件進(jìn)行計算確定。

溫度條件常是溫室環(huán)境調(diào)控中首要的調(diào)控目標(biāo)，同時抑制高溫的必要通風(fēng)量最大，通風(fēng)量滿足抑制高溫方面要求時，也能夠相應(yīng)地滿足排濕與補(bǔ)充CO2方面的要求。

因此對于通風(fēng)系統(tǒng)以抑制高溫為目的運(yùn)行時的情況，通風(fēng)量的確定可不考慮排濕與補(bǔ)充CO2方面要求。而在寒冷的時期，溫室內(nèi)將沒有通風(fēng)抑制高溫的要求，這時應(yīng)根據(jù)排濕與補(bǔ)充CO2方面要求確定合適的通風(fēng)量。第3頁/共20頁1.控制室溫的必要通風(fēng)量

控制室溫的最大必要通風(fēng)量，是考慮在夏季炎熱時期，正午日照最強(qiáng)，氣溫接近最高的時刻，為了使溫室內(nèi)維持一定的溫度，排除室內(nèi)多余熱量所需要的通風(fēng)量。根據(jù)第三章式（3-10），必要通風(fēng)量應(yīng)為：

m3/s式中Q ——溫室內(nèi)需排除的多余熱量（顯熱），WCp——空氣的定壓質(zhì)量比熱，可取Cp＝1030J/(kg·℃)；

ρa(bǔ)——室內(nèi)空氣的密度，kg/m3，近似有ρa(bǔ)＝353/(ti+273)；

t1——進(jìn)入溫室的空氣溫度，當(dāng)未對進(jìn)風(fēng)進(jìn)行降溫處理時，t1＝to℃；

t2——溫室排風(fēng)溫度，當(dāng)通風(fēng)量不大，室內(nèi)氣溫分布較均勻時可近似取t2＝ti；

ti，to——分別為室內(nèi)與室外氣溫，℃。第4頁/共20頁

定義單位溫室面積的通風(fēng)量為溫室通風(fēng)率L0，即有：

m3/(m2·s)

式中As——溫室的地面面積，m2。溫室內(nèi)白晝吸收的顯熱量來自太陽的短波輻射，而部分顯熱量將通過覆蓋層傳出室外，部分被室內(nèi)地面和植物等的水份蒸發(fā)蒸騰作用消耗轉(zhuǎn)化為潛熱，并隨通風(fēng)氣流排出室外。因此室內(nèi)需排除的多余顯熱量為上述部分的差值。即根據(jù)式（4-24），考慮加溫?zé)崃縌h=0，地中傳熱量相對較小，取Qf≈0，則溫室通過通風(fēng)排出的熱量為：

Q=Qvo－Qvi=Qs－(Qw+Qe)W（4-32）式中Qs——溫室內(nèi)吸收的太陽輻射熱量，W；

Qw——經(jīng)過覆蓋材料的傳熱量（對流、輻射），W；

Qe——溫室內(nèi)水份蒸發(fā)吸收的潛熱，由通風(fēng)排出室外，W；第5頁/共20頁

下面逐項計算上式中各項熱量。通過溫室覆蓋層傳出的熱量為：

W（4-33）式中Kj

——溫室各部分覆蓋層的傳熱系數(shù)，近似計算時可取全溫室覆蓋層平均傳熱系數(shù)K=4～6W/(m2·℃)；

Agj——溫室覆蓋層各部分面積，m2；

W ——溫室散熱比，，連棟溫室取為1.2～1.5，單棟溫室取為1.7～2.0。通風(fēng)換氣排出的潛熱量由下式計算：

W

（4-34）式中e——蒸騰蒸發(fā)潛熱與溫室吸收的太陽輻射熱之比，其值大小與室內(nèi)地面土壤潮濕狀況、植物繁茂程度、室內(nèi)外空氣濕度等因素有關(guān)，一般取e＝0.5～0.7，溫室內(nèi)地面土壤潮濕、植物繁茂、室內(nèi)外空氣濕度較低時取較大值。第6頁/共20頁溫室吸收的太陽輻射熱為：

W/m2

（4-35）式中I0——室外水平面太陽總輻射照度，W/m2，對于夏季其取值見表4-15；

a——溫室受熱面積修正系數(shù)，一般取a＝1.0～1.3，溫室面積小時取較大值；

ρ——室內(nèi)日照反射率，一般取為0.1；

τ——溫室覆蓋層的太陽輻射透過率，在無室外遮陽網(wǎng)和室內(nèi)遮陽幕時一般為0.6～0.7，有室外遮陽網(wǎng)時可取t＝0.2～0.3，有室內(nèi)反射型材料遮陽幕時，可取t＝0.3～0.4；表4-15夏季室外水平面太陽總輻射照度（W/m2）注：資料來源于《GBJ19-87采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(2001年版)》大氣透明度等級北緯30o北緯35o北緯40o北緯45o310371021986949410009869499095962902872840第7頁/共20頁

以上關(guān)系代入式（4-31），可得溫室必要通風(fēng)率為：

m3/(m2·s)（4-36）或近似地有：

m3/(m2·s)（4-37）則溫室必要通風(fēng)量為：

m3/s（4-38）由式（4-36）與（4-37）可知，溫室的必要通風(fēng)量與溫室本身傳熱特性及室外氣象條件有關(guān)，還與室內(nèi)外溫差ti－to有關(guān)，即還取決于室內(nèi)設(shè)定的熱環(huán)境條件。當(dāng)t1＝to，t2＝ti時有：

m3/(m2·s)（4-39）第8頁/共20頁由上式可知，溫室的通風(fēng)率L0與室內(nèi)外溫差ti－to為雙曲函數(shù)關(guān)系（見圖4-40）。即室內(nèi)外溫差ti－to隨通風(fēng)率L0增大而減小，通風(fēng)率較小時，通風(fēng)率的較少增加即可顯著減少室內(nèi)外溫差（降低室內(nèi)氣溫）。隨著通風(fēng)率逐漸增大，室內(nèi)氣溫降低速率逐漸減緩。

圖4-40溫室的通風(fēng)率與室內(nèi)外溫差第9頁/共20頁

當(dāng)通風(fēng)率達(dá)到0.10m3/(m2·s)（溫室室內(nèi)空間平均高度為3m左右時，相當(dāng)于換氣次數(shù)約為2次/min或120次/h）左右時，溫室內(nèi)外氣溫差已減少至1～2℃左右，則繼續(xù)增加通風(fēng)率時室內(nèi)氣溫降低很小，卻使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行耗能與運(yùn)行費(fèi)用不必要地增加。因此，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，一般通風(fēng)率應(yīng)在0.08m3/(m2·s)以下，或換氣次數(shù)低于1.5次/min（90次/h）。從圖4-40可看出，遮陽的措施對抑制室內(nèi)高溫有著非常顯著的作用，有遮陽與無遮陽的情況相比，控制同樣室內(nèi)外溫差所需通風(fēng)率大為減少。但是，僅靠遮陽和單純通風(fēng)對室內(nèi)氣溫的降低也是有一定限度的，即不可能將室內(nèi)氣溫降到低于室外氣溫的水平。在炎熱夏季，室外氣溫原本已較高，即便采用大通風(fēng)率并輔以遮陽措施，室內(nèi)氣溫仍略高于室外，將不滿足一些植物要求的溫度條件，這時應(yīng)考慮采用對空氣進(jìn)行降溫處理的措施。第10頁/共20頁2.維持CO2濃度的必要通風(fēng)量

在日出后，植物進(jìn)行光合作用將從溫室內(nèi)空氣中大量吸收CO2，使其濃度急劇降低。雖然室內(nèi)土壤中微生物的呼吸和有機(jī)物質(zhì)分解將放出CO2，使室內(nèi)得到CO2少量補(bǔ)充，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需要。為維持植物繼續(xù)進(jìn)行正常光合作用，在日出后溫室即需要考慮進(jìn)行通風(fēng)，以從室外空氣中得到CO2的補(bǔ)充。第11頁/共20頁為了維持室內(nèi)CO2的必要濃度所需必要通風(fēng)率Lc0由下式確定：

LC0=(FcP-Ps)/(C0-Ci)m3/(m2·s) (4-40)式中 Co——室外空氣CO2濃度，一般約為0.6g/m3；

Ci——設(shè)定的室內(nèi)空氣CO2濃度，g/m3；

P—— 單位植物葉面積對CO2的平均吸收強(qiáng)度，與植物的種類、生育階段、生長情況、溫度及光照強(qiáng)度等因素有關(guān)、一般約為0.58×10-3g/(m2·s)；

fc—— 植物葉面積指數(shù)，一般為2～5；

Ps—— 單位溫室面積的土壤CO2呼出強(qiáng)度，g/(m2·s)，與土壤中有機(jī)質(zhì)含量，土壤溫度、含水量和通氣狀況等有關(guān)，可按下列經(jīng)驗公式計算：

Ps=Ps0*3t/10g/(m2·s) (4-41)式中 Ps0——土壤0℃時的CO2釋放量，一般肥沃的土壤約為0.01×10-3g/(m2·s)；

t——土壤溫度，℃。第12頁/共20頁

維持室內(nèi)CO2濃度的必要通風(fēng)量與室內(nèi)外空氣CO2濃度差Co－Ci呈雙曲線關(guān)系，因此利用通風(fēng)換氣來提高CO2濃度也是有一定限度的，室內(nèi)CO2濃度最多只能達(dá)到比室外略低的水平。由于為維持室內(nèi)CO2濃度的必要通風(fēng)率遠(yuǎn)低于抑制高溫的必要通風(fēng)率，因此，在為抑制室內(nèi)高溫進(jìn)行通風(fēng)時，室內(nèi)CO2濃度容易達(dá)到接近室外CO2濃度的極限水平。而在室外氣溫較低的時期，靠增大通風(fēng)率來提高CO2濃度不僅效率低，而且通風(fēng)熱量損失增大，所以應(yīng)綜合考慮合理確定通風(fēng)率，或為提高溫室產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量水平，溫室密閉管理，進(jìn)行CO2施肥，室內(nèi)CO2濃度可以達(dá)到高于室外的水平，并且可避免因通風(fēng)損失室內(nèi)的熱量。第13頁/共20頁

溫室通風(fēng)換氣是通過引入室外相對干燥的空氣、排出較高濕度的室內(nèi)空氣達(dá)到降低室內(nèi)濕度的目的。其必要通風(fēng)量須能夠排除在室內(nèi)設(shè)定氣溫和相對濕度條件下植物蒸騰與土壤蒸發(fā)所產(chǎn)生的水汽量。因此控制溫室內(nèi)濕度的必要通風(fēng)率按下式計算：

lw0=ωp/ρa(bǔ)(di-d0)m3/(m2·s) (4-42)式中Wi，Wo——室內(nèi)、室外空氣的含濕量，g/kg干空氣；

ra——室內(nèi)空氣的密度，kg/m3；

wp——溫室內(nèi)每單位面積產(chǎn)生的水汽量，g/(m2·s)。對于wp，白晝可按下式計算：

wp=eat

I0(1-r)/rg/(m2·s) (4-43)式中r——水的蒸發(fā)潛熱，r＝2442kJ/kg。夜間按下式計算：

wp=Kd(pws－pw)g/(m2·s) (4-44)式中Kd——質(zhì)交換系數(shù)，s/m；

pws——室內(nèi)氣溫下的飽和水蒸汽壓力，Pa；

pw——室內(nèi)空氣的水蒸汽分壓力，Pa。（三）控制溫室內(nèi)濕度的必要通風(fēng)量第14頁/共20頁二、溫室通風(fēng)系統(tǒng)的布置（一）自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置

溫室中自然通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置，要求有足夠的通風(fēng)能力的同時，室內(nèi)氣流應(yīng)合理分布，通風(fēng)系統(tǒng)還應(yīng)能夠方便調(diào)節(jié)。第15頁/共20頁

以上常見的幾種自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置

，為保證熱壓通風(fēng)具有良好的效果，應(yīng)使通風(fēng)的進(jìn)、排風(fēng)口的高差盡可能大，一般在側(cè)墻下部設(shè)置進(jìn)風(fēng)窗口，而在屋面上設(shè)置排風(fēng)窗口，可獲得較大的通風(fēng)窗間的高差。天窗設(shè)在屋脊處時（a、b、e），可獲得最高的排風(fēng)口位置，但在覆蓋塑料薄膜的溫室中，從減少屋面覆蓋薄膜的接縫和方便開窗機(jī)構(gòu)布置等方面考慮，也較多地將天窗設(shè)在谷間（c、d）。（d）卷簾谷間窗、卷簾側(cè)窗（e）Venlo型溫室的交錯式脊窗

（b）上翻式天窗、卷簾側(cè)窗

（c）連續(xù)式谷間窗、上懸式側(cè)窗

（a）連續(xù)式屋