农业建筑环境工程 第三章 农业设施中的通风与降温1.解析

（2）调节空气成分
L x m3 / s y y0
x —设施内某气体的散发量,g/s y0—进风空气中该气体的浓度,g/m3 y—某时刻设施内空气该气体的浓度 ,g/m3
（3）排除多余水汽
G W dp dj
kg/s
W—设施内需排除的多余水汽量,g/s
dp—排出空气的含湿量,g/kg dj—进风空气的含湿量,g/kg
畜禽舍：畜禽的呼吸和体表蒸发、舍内潮湿地面、饮水设 备、饲料和排泄物等产生的水份蒸发，将大量增加室内空气 中水汽含量。
通风可有效排除室内水汽，引入室外干燥空气，降低室内 空气湿度。
④促使室内空气流动，促进植物群落中的气体交 换
2、 通风换气设计的基本要求
①通风系统能够提供足够的通风量，具有有效调 控 满室 足内 室气内温栽、培湿植度 物和 正常CO生2浓长度要的求足的够条能件力。，达到
L W
a (dp d j )
m3/s
第二节 农业设施的自然通风
自然通风因投资省、运行不消耗动力，节能、 经济，在温室通风中得到广泛采用。
自然通风系统的设计工作是根据其通风原理， 依据温室通风的要求，合理确定通风窗的位置 和大小。
自然通风系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、热压作用下的自然通风
1、热压通风的原理
热压通风是利用温室内外气温不同而形成的空 气压力差促使空气流动。
夜间排湿是通风的主要目的，则应根据排湿的要 求确定合适的通风量。
全面通风的基本微分方程式
Ly0d xd Lyd Vdy
L—全面通风量 x—有害物的散发量 y0—进风空气中有害物的浓度 y—某时刻设施内空气中有害物浓度 V—设施内空气体积
d—微小时间间隔 d y—d 时间设施内空气有害物浓度增量
d y
dy
0V
y1 Ly0 x Ly
L ln Ly1 x Ly0
V
Ly x Ly0
y
y1
exp
L
V
y0
x L
1
exp
L
V
又
lim
x
exp
L
V
0
所以
y
y0
x L
在稳定状态下，全面通风体积流量L：
L x y y0
m3/s
全面通风质量流量G：
G x m3 / s z z0
pob
to ao
Fb pib
ti ai
h
Fa pia
poa
Fa，Fb——下部与上部通风窗面积，m2； h —— 二通风窗中心相距高度，m；
pia，poa —— 下部通风窗内、外空气压力，Pa； pib，pob —— 上部通风窗内、外空气压力，Pa； ρ ai，ρao —— 室内、外空气密度，kg/m3； ti，to —— 室内、外空气温度，℃。 当ti > to时， ρ ai < ρao
vb pob
to ao ti ai
Fb pib 中和面
hb h
Fa pia
va
ha
poa
2、中和面位置的确定
当进排气口面积已知时，中和面与进风口中 心之间的高差hj为：
hj
p j
h
Fj2 Fp2
wf p
m 1
353
t 273
窗口的局部阻力系数查下表或根据 1
当进排气口面积未知时，可按下式计算：
（2）机械通风
又称强制通风，是依靠风机产生的风压强制空 气流动，其作用能力强，通风效果稳定。
可在空气进入室内前进行加温或降温处理，便 于组织室内气流和风量调控。
设备和维修费用相对较大，运行需要消耗电能 设备遮光，运行中产生噪音。
44
42
40
温度 Temperature(℃)
38
36
34
如图所示情况,根据流体力学静力学原理:
pia=pib+ρaigh
pob
poa=pob+ ρaogh 而pia=poa， 即：
to ao Fb pib
ti ai
h
pib+ ρaigh = pob+ ρaogh
Fa pia
pib－pob = (ρao－ ρai)gh
poa
当ti > to时， ρ ai < ρao
Z 0.4 0.7 H
3、热压通风的计算
由气体伯努利方程：
Po
Zo
aVo2
2
Pi
Zi
aVi 2
2
因为：Zo=Zi，Vo=0
Po
Pi
P
aVi 2
2
V 2P a
空气流量为 ： L Av A 2p / a m3/s
通过进风口Fa与排风口Fb的空气流速va和vb与其 内外压力差具有如下关系：
湿度 Humidity(％) 温度 Temperature(℃)
90
55
85 80
50
75 70
45
65
40
60 55
35
50 45 40
30
室外湿度(％)
室内湿度(％)
25
35 30 25
20
室内温度(℃)
室外温度(℃)
15
20 15
10
10 5
5
0
0
8:30 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30 17:30
第三章 农业设施中的 通风与降温
第一节 农业设施通风的基本形式与要求
一、农业设施通风换气的目的与要求（★） 1、通风换气的目的 ①排除多余热量，抑制高温
春、夏、秋季，白昼太阳辐射强烈，室外 气温较高，温室在封闭管理时室内气温可高于 室外20℃以上。在完全不通风的情况下，室内 气温甚至可超过50℃。通风可引入室外相对较 低温度空气，排除室内多余热量，防止出现过 高气温。
温度 Temperature(℃)
50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26
8:30
平面1温度 平面3温度 地温
平面2温度 室外温度
9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30 时刻 Time
自然通风降温温度变化图
时刻 Time
无任何降温措施条件下温度、湿度变化情况
畜禽舍：
多余热量主要来自于室外热作用和畜禽产生的 代谢热。
在20℃左右气温时，畜禽每小时、每kg体重产 生 的 显 热 ， 猪 、 牛 等 约 为 4 ～ 10kJ ， 鸡 约 为 15 ～ 20kJ。夏季这些热量在室内聚积，加上室外向室内 传入的热量，室内将产生较高的气温。在现代集约 化高密度养殖条件下，问题更为突出。
poa
pia
1 2
ao va2
pib
pob
1 2
ai vb2
( poa
pia
)
(
pib
pob )
( poa
pob )
( pia
pib )
1 2
( ai vb2
aova2 )
又
poa - pob=ρaogh .. pia - pib= ρaigh
由以上关系可得：
( ao
ai
)gh
1 2
(ai vb2
Δpx=(ρao－ ρai)ghx Pa hx—窗口与中和面间高差，窗口在中和面以上为正，以
下为负，m；
下部与上部通风窗口的余压分别为：
Δpa=(ρao－ ρai)gha Pa Δpb=(ρao－ ρai)ghb Pa 式中 ha，hb —— 分别为下部和上部通风窗口
与中和面的高度差，m。
将室内某点的空气压力与室外同一高度上未受扰动的
空气压力之差称为该点的余压。余压沿设施高度方向的分
布如图所示。
在上部窗口处，余压pib－pob为正，向外排风； 下部窗口处余压pia－poa为负，向内进风。 余压从下至上逐步由负值增大为正值，其中某高度处余
压为零，该高度的平面称为中和面。
利用中和面的概念，某窗口处的余压Δpx可采用下式 计算：
aova2 )
········（1）
同时由流动的连续性方程，进入和流出设施的 空气质量流量应相等，有：
aoa Aava ai b Abvb
即：
vb
ao a Aa ai b Ab
va
········（2）
Aa，Ab —— 进风口与排风口面积，m2； µa，µb —— 进风口与排风口流量系数。
由（1）和（2）联立解之：
畜禽舍：
畜禽的呼吸、排泄物等有机物的分解以及 管理作业和设备的运行，将产生氨、硫化氢、 二氧化碳、甲烷、粪臭素、一氧化碳等有害气 体以及粉尘。为保持室内空气卫生，必须通风 引进室外新鲜空气。
③排除室内水汽，降低室内空气湿度
温室：在封闭管理的情况下，土壤潮湿表面的蒸发和植物蒸 腾作用的水汽在室内聚集，往往产生较高的室内空气湿度， 夜间室内相对湿度甚至可达95%以上。高湿度环境影响植物 的蒸腾，妨碍水份与养份的吸收，不利生长发育，并引发病 害。
通风可引入室外相对较低温度空气，排除室内 多余热量，防止出现过高气温。
②补充CO2，维持室内植物正常光合作用必
要的CO2浓度
白昼植物光合作用吸收CO2，室内CO2浓度降低。 光合作用旺盛时，封闭管理室内CO2浓度降低至 100 mL/L（ppm）以下，不能满足植物光合作用 需要。
通风可从引入的室外空气中（CO2浓度330 mL/L） 获得CO2补充。在严寒冬季利用换气补充CO2会 造成温室很大热量损失时，应考虑进行CO2施肥 的措施。除此以外的情况，进行通风从室外空气 中获得CO2补充是经济可行的方法。
②通风量能够根据不同情况的需要在一定范围内 有效调节。
③具有适宜的气流速度，一般应为0.3～1m/s右， 分布均匀。
④设备投资费用低，耐用、运行效率高，运行管 理费用低。
⑤通风换气设备运行可靠，操作控制简便，遮荫 面积小，不妨碍室内生产作业。
二、通风的基本形式与特点
1、自然通风与机械通风 （1）自然通风
所以：
pib－pob>0
可见，天窗内侧空气压力高于室外一侧压力，这
个压力差即为热压 。
to ao ti ai
vb pob pib > pob
Fb pib 中和面
Fa pia
hb h
va
ha
poa
只要打开天窗，空气就要从内向外流动，使得室内
空气压力降低，下部侧窗内空气压力随之降低，使得 pia<poa，室外空气从侧窗外向室内流动 。
va
2
ao ai
1 gh
局部通风：通风范围仅限于设施的个别地点或 局部区域。
局部排风：在设施内污染附近收集空气中有害 物，集中直接排向设施外。
局部送风：在设施内采取局部送风，局部调控 动植物附近区域环境。
三、确定全面通风换气量的一般性方法
必要通风量 —— 根据控制温室内气温、湿度和 CO2浓度等方面需要确定的通风量。
设计通风量（设计换气量）—— 温室通风系统 在单位时间内交换的室内外空气体积（温室的 设计通风能力）。
平面1温度
平面2温度
32
平面3温度
室外温度
30
地温
28
26 8:30
9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30 17:30 时刻 Time
机械通风降温温度变化图
2、全面通风与局部通风
全面通风：对设施内进行全面换气，以对整个 设施内的空气温度、湿度和空气成 分进行调控。
借助设施内外的温度差产生的“热压”或室 外 自然风力产生的“风压”促使空气流动。 通风系统投资省、不消耗动力，使用经济，应 优先采用。 通风能力有限，通风效果易受设施周围地势和 室外气候条件（风向、风速）等因素影响。
自然通风系统由通风窗（脊窗、谷间窗、侧窗 等）及相应的开闭机构组成，当其开闭采用电 动或自动控制时，还包括电机及减速装置、控 制器等。我国塑料薄膜日光温室和塑料大棚也 多采用揭开棚膜的方法进行自然通风。
x—有害物的散发量， J/kg，g/kg或ml/kg z—设施内有害物浓度，J/kg，g/kg或ml/kg z0—进风空气中有害物浓度， J/kg,g/kg或ml/kg
（1）消除余热
G Q cp tp tj
Q
L
cpa tp t j
Q—设施内余热量,J/s
cp—空气的定压质量比热, cp=1030J/(kg.℃) tp—排出空气的温度,℃ ti—进风空气温度,℃
一般应有： 设计通风量 ≥ 必要通风量
（在不致产生混淆时，以后不加以严格区分，二者采用同一符号L表达）
通风相关的标准 ⑴《温室通风降温设计规范》
（国家标准） GB/T 18621-2002
⑵《温室通风设计规范》 （农业行业标准） NY/T 1451-2007
换气次数 n L
V
L —— 通风量，m3/h或m3/min； V —— 温室内部空间体积，m3。
在不同的时期，通风侧重的目的是不同的，所确 定的三个必要通风量的数值相对大小有不同，应 按其中最大值确定为该时期的必要通风量。
夏季及前后一段时期，排除多余热量是通风的主 要目的，抑制高温的必要通风量最大，该时期通 风量满足抑制高温方面要求时，也能满足排湿与 补充CO2方面要求。
寒冷时期没有通风抑制高温的要求，则应根据除 湿与补充CO2方面要求确定合适的通风量。