2005-04-11连栋温室中湿帘_风机降温系统的设计方法比较与分析_陈杰

连栋温室中湿帘-风机降温系统的
设计方法比较与分析
陈　杰,周胜军,陈　杰(Dr),雷娟利,朱育强,周　萍
(浙江省农业科学院蔬菜研究所,浙江杭州　310021)
炎热的夏季,温室内即使在有遮荫网的情况
下,温度依然较高。

在大型连栋温室中,自然通风效果不明显,而且效果还随着连栋数的增多而减弱,室内温度会因太阳辐射而高出外界温度10℃以上。

在众多的温室降温方式中,空调虽然是一种效果比较好的方式,但其投资和运行费用过大,因而在温室中很少应用;喷雾降温方式很容易导致温室内积水;外遮荫系统的降温幅度非常有限;湿帘-风机降温系统以其较低的运行费用和良好的降温效果,在温室工程中得到广泛的应用。

该系统的工作原理是:在密闭温室的一侧山墙上安装湿帘,另一侧安装风机。

工作时,湿帘处水泵打水浸湿湿帘,风机向外抽风,在温室内形成负压,外界空气通过湿帘进入温室内。

在湿帘处水分蒸发将空气中的显热转化为潜热,从而达到使进入温室的空气降温的目的。

在具体分析风机-湿帘系统的运行环境时,应该建立一个湿热环境模型,从湿帘进风口到风机出风口每隔一段距离测量湿度、温度等环境因子。

这种方法过于烦琐,在实际工程中是不可能实现的。

这要求在工程中有一种相对比较方便的计算方法,目前主要的一些工程中的计算方法有以下几种。

1　计算方法
1.1　方法一
该计算方法由美国温室制造业协会提出,是一种比较实用的计算方法。

由于进入温室的太阳辐射能量与温室的地面面积成正比,所以通风量可以通过单位面积上单位时间内的气流容积来表示。

对于有一定遮荫的温室,室内最大辐射强度在50000lx
(632.4W m 2
)左右时,每平方米地面面积基本通
风量约为2.5m 3
min 。

其中V 的设计方程:V =2.5L ×W (式中L 为温室长度,W 为温室宽度,
单位都为m)。

在设计中要求需要考虑以下几个因子的影响:海拔高度(Fh)、室内辐射强度(Fl)、温室内允许温差(Fa)、湿帘与风机之间的距离(F)。

空气的排湿能力取决于其重量,由于空气密度随海拔高度增加而降低,其变化量用高度变化因子Fh =1432.6 P (P 为当地大气压力,Pa)。

光照因子Fl 可用下式表示:Fl =Fin 50000,式中Fin 为温室内光照强度,单位为lx 。

温度升高调整因子用下式来表示:Ft =4.0 ΔT (一般认为4.0℃为最佳设计)。

如果风机-湿帘之间距离小于30m 时则应该考虑风速因子F ,采用公式F =5.5 D 计算,式中D —风机与湿帘之间的距离,单位为m 。

因此,有通风量计算公式:V =2.5×L ×W ×Fh ×Fl ×Ft 。

对于风机湿帘间距离小于30m 的情况,如果Fh ×Fl ×Ft <F ,则用V =2.5×L ×W ×F 计算。

其中对于F 、Fh 、Fl 、Ft 的取值也可采用数据表。

1.2　方法二
在实际工程中,有一种比较简洁的经验计算方法。

这种方法的主要依据是:
1)室内风速V 控制在0.5m s 左右对作物正常生长没有显著影响;
2)帘风速在1.2～1.5m s 之间能够较好地发挥湿帘的作用。

计算方法为:Q =3600×V ×B ×H (m 3
h),公式中Q 为温室通风量;V 为温室内的平均风速,根据不同作物选择,一般取1.5m s ;H 为温室内过流断面平均高度,应该比温室肩高略低。

1.3　方法三 对表1中所列的遮荫率和太阳辐射二个影响因子适当的插值,可以得到对应的通风量插值。

再根据通风量计算风机台数、湿帘面积。

需要注意的是,这里的太阳辐射是考虑了遮荫率折算后的辐
专题讲座 2005年第2期
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　DOI :10.16178/j .issn .0528-9017.2005.02.030
表1　遮荫率、太阳辐射与通风量的关系
遮荫率(%)太阳辐射(W m2)通风量[m3(m2·h)] 10900254
20720225
30630189
40540167
射强度,这里外界的太阳辐射强度为900W m2。

2　实例分析
以典型的荷兰文洛型玻璃温室:长108m,宽40m,肩高4m,顶高4.8m,每跨3尖顶为例。

其中过帘风速取1.5m s,风机采用9FJ125型(40500m3h)。

采用上述3种方法计算出的结果分列如下。

2.1　方法一
高度变化因子Fh和温度升高调整因子Ft都按照1计算,室内光照取方法三表1中的20%遮荫情况,则光照因子F1=720632.4=1.14。

总通风量:V=2.5×L×W×F=2.5×108×40×1.0×1.14×1.0=12312m3min=738720m3h。

需要配置湿帘面积:12312(60×1.5)= 136.8m2。

配置1.5m湿帘长度:136.81.5=91.2m。

配置风机台数:73872040500=18.24(19台)。

2.2　方法二
计算中温室内风速取0.5m s,H取3.5m。

总通风量设计要求:
V=3600×0.5×108×3.5=680400m3h=189 m3h。

湿帘面积为:1891.5=126m2。

配置1.5m高湿帘长度:1261.5=84m。

配置风机台数:60840040500=15.02(15台)。

2.3　方法三
以20%遮荫率为例,过帘风速取1.5m s,通风量取225m3(m2·h)。

温室面积:108×40=4320m2。

通风量要求:V=4320×225=972000m3h= 270m3s。

需要配置湿帘面积:2701.5=180m2。

配置1.8m高湿帘长度:1801.8=100m。

配置风机台数:97200040500=24(台)。

3　结果比较与分析
第一种计算方法作为研究性质的方法,对湿度因子影响考虑不够,作为工程中的计算方法,其突出优点是考虑的因数比较多,但又因此而带来烦琐的不利方面,因此在我国实际工程中使用不多。

考虑到该方法是美国温室制造业协会提出的,因此该方法在美国温室企业内应该使用较多。

其计算值与方法三相比偏小,反映了美国高温高湿天气条件不多的气候条件。

第二种计算方法中,其主要依据是在北京顺义三高农业示范园区完成的湿帘-风机降温系统性能测试实验,其结果认为温室内风速能够维持在0.5m s左右。

该方法突出优点是根据我国国情,有可靠的实验依据,但由于此实验是在我国北方地区做的,当地夏季高温干燥的气候,使其计算取值与南方夏季高温高湿的气候条件下的取值相比肯定偏小,本文中的计算结果也证明了这一点。

第三种计算方法是当前不少我国温室相关企业使用比较多的一种方法,其计算取值在三种方法中最大。

比较适合我国南方地区湿帘-风机降温系统的设计。

该方法计算简洁、方便,但没有考虑到我国南北方的气候差异,尤其在湿度因数的考虑上有待进一步完善。

4　结论
以上湿帘-风机系统设计计算方法都没有直接考虑到湿度因子,事实上,在我国,由于南北方气候条件相差比较大,尤其是湿度条件差别很大。

因此建议在北方地区计算中使用方法二,在南方地区计算中采用方法三。

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2005年第2期专题讲座。