第三章 设施热环境及其调控

第一节 设施热环境特征
二、热平衡原理
温室内的热量来源 白昼：室内外水平面太阳辐射热量
太阳辐射
第三章
室内水平面 冬季 150～400 W/m2 夏季 300～600 W/m2
室外水平面 冬季 350～650 W/m2 夏季 900～1000 W/m2
第一节 设施热环境特征
二、热平衡原理
夜间：
加温温室
R=透明覆盖材料面积/土地面积的比值
4、设置防寒沟,防止地中热量横向 流出
地中传热Qf
二、加温技术 1、常见的加温方式及特点
热水采暖系统的设备
系统组成：热水锅炉→输送管道→散热设备及附属设备 特点：水热容量大，热稳定性好，室内温度波动小，停机后保温性强；配 置复杂、设备费用高；预热时间长 适用范围：大型温室、有较长期和大量供热需求的温室 圆翼型散热器（铸铁、钢）
1、增施磷、钾肥，减少氮肥的用 量，增施有机肥 2、注意抗寒锻炼（练苗）
第二节 作物对温度的要求
一、花卉作物对温度的要求
低温危害和高温障碍： 花卉作物遇到高温，花芽受到伤害， 生长速度下降，甚至脱水死亡。
1、保持土壤湿润，促进蒸腾 2、灌溉、松土、遮阴棚、喷水等
第三 节 设施热环境的调节技术与设备
吸收
通风Qvs
太阳热Qs 光合Qp
加温热量Qh
呼吸Qr
蒸腾蒸发Qvl
地中传热Qf
温室的热平衡方程
(Qs+Qm+Qh+Qr)－(Qw+Qf+Qvs+Qvl+Qp) = 0
第一节 设施热环境特征
二、热平衡原理
第三章
温室的热平衡方程 (Qs+Qh)－(Qw+Qf+Qvs+Qvl) = 0
采暖热负荷
Qh = (Qw+Qf+Qvs+Qvl) － Qs
3、冷风渗透耗热量
Q2 = 0.00028 N V（tn-tw）
N： 换气次数，次/小时 V : 温室内部体积（m3）
二、采暖装置与计算 （三）采暖装置
1、热水锅炉分类及型号
二、采暖装置与计算
2、采暖的方式及特点
热水采暖系统
系统组成：热水锅炉→输送管道→散热设备及附属设备 特点：水热容量大，热稳定性好，室内温度波动小，停机后 保温性强；配置复杂、设备费用高；预热时间长 适用范围：大型温室、有较长期和大量供热需求的温室
二、加温技术 2、最大采暖负荷的计算
最大采暖负荷：在栽培期间最冷季节保持作物正常生育所 需补充的热量。
Qg = [Ag . (qt+qv)+As . qs] . fw
贯流热量计算：qt = ht . (Ti - T0) (1 - fr)
换气传热量计算：qv = hv . (Ti - T0)
地中传热量计算：qs 一般可参照表3-13取值
1、耐寒性花卉
第二节 作物对温度的要求
二、花卉作物对温度的要求
根据对温度的要求不同，花卉作物可分为以 下三种类型：
2、半耐寒性花卉
第二节 作物对温度的要求
二、花卉作物对温度的要求
根据对温度的要求不同，花卉作物可分为以 下三种类型：
3、不耐寒性花卉
第二节 作物对温度的要求
二、花卉作物对温度的要求
第三章
一、保温措施 太阳辐射
覆盖层传热Qw（贯流放热）
冷风渗透Qvs（换气放热） 地中传热Qf
第三 节 设施热环境的调节技术与设备
一、保温措施 1、采用多层覆盖，减少贯流放热量
覆盖层传热Qw （贯流放热）
第三章
多层覆盖 棚下设棚
2、增大温室透光率 3、增大保温比(R)
温室保温比：衡量日光温室保温性能的一项基 本指标。 指温室中透明覆盖材料面积与（墙体以及土地 面积之和）的比值。注意：由于日光温室的后 墙既可以吸热亦可以放热，通常都不考虑在内， 所以为
tw ----冬季室外计算温度
不可过低或者过高 过低值，会使采暖系统造价增加， 过高值，不能保证采暖效果。
k ----围护结构的传热系数
表3-17是一些常见的材料的传热系数，可以查 询资料获得。
F----围护结构的面积
按不同材料分别计算即可
fr ----热节省率
由于需要透光，覆盖材料都比较薄，导 致了传热系数大，为了保温，一般会多 层覆盖温室大棚来减少热损失，其减少 的比例称为保温覆盖的热节省率。
长波辐射 50
对流
冬季夜间采暖热负荷 Qh = Qw+Qf+Qvs
长波辐射
30
35
对流
45
覆盖层传热Qw
冬季夜间加温温室中 的热量平衡
加温热量Qh 100
冷风渗透Qvs 10
地中传热Qf 10
⑴ 通过温室围护覆盖材料的传热量
第三章
Qw Kj Agj(ti to) W j
式中 ti —— 室内气温，℃； to —— 室外气温，℃； Ag j —— 温室覆盖层各部分面积，m2； Kj —— 各覆盖层的传热系数，W/(m2·℃)。
1、耐寒性多年生宿根蔬菜
第二节 作物对温度的要求
一、蔬菜作物对温度的要求 2、耐寒性蔬菜
第二节 作物对温度的要求
一、蔬菜作物对温度的要求
3、半耐寒性蔬菜
第二节 作物对温度的要求
一、蔬菜作物对温度的要求 4、喜温蔬菜
不耐轻霜， 0 ℃ 就会冻死； 20~30 ℃产量最高； 最高40 ℃生长停止
第二节 作物对温度的要求
一、蔬菜作物对温度的要求
低温危害和高温障碍： 蔬菜作物遇到低温会发生冻害、冷 害、霜害以及一系列生理障碍。
第二节 作物对温度的要求
一、蔬菜作物对温度的要求
低温危害和高温障碍： 蔬菜作物遇到高温会引起植株干枯、 叶片灼伤、果实日灼病，落花落果。
第二节 作物对温度的要求
二、花卉作物对温度的要求
根据对温度的要求不同，花卉作物可分为以 下三种类型：
降温方式
1、加湿（蒸发）降温法：室内喷雾、喷水等 2、遮光法：覆盖遮光 3、通风换气法：换气扇，人工强制通风
1、加湿（蒸发）降温法：湿帘风机
2、屋面喷水
缺点：耗水量大、水易结垢
3、遮阳降温
室内、室外搭建遮阳网、屋面喷白
一、蔬菜作物对温度的要求 5、耐热蔬菜
不耐轻霜， 0 ~1℃ 就会冻死； 25~30 ℃产量最高； 最高40 ℃能正常生长
第二节 作物对温度的要求
一、蔬菜作物对温度的要求
对地温的要求： 地温影响蔬菜根系的生长和活性； 最适地温：15~20 ℃ 最高界限25 ℃ 最低界限13 ℃
第二节 作物对温度的要求
采暖系统 加温热量 100～300W/m2
第0W/m2
日光温室
墙面放热量
30～50W/m2 地面放热量
20～30W/m2
第一节 设施热环境特征
二、热平衡原理
第三章
温室的 热量收支
长波辐射 3～80mm 对流
设备发热
覆盖层传热
Qm
Qw
室内反射
反射
太阳辐射 0.2～3mm
散热量一般 300～700W/m
热风采暖设备（热风炉或暖风机）
热源：燃煤、燃油、燃气、电能、热水、蒸汽 特点：供热系统简单，配置安装灵活、简便，设备费用较 低；系统预热时间短，升温快； 温度稳定性差，停机后温 度降低快。 适用范围：小型温室或供热需求较小的温室，或用于大型 温室辅助加温，尤其适用于短期临时加温 热风温度：30 ℃ ～60℃ 送风量：每m2温室面积送风量27～36 m3/h
对地温的要求： 生长发育要求土温略高于气温， 夏季：浅层地温高于气温，易造成生理障碍，甚至枯死， （采取措施：傍晚喷水，地面铺草、灌溉等） 冬季：土温低于室温，生长受抑制， （采取措施：排水、晒田、薄膜覆盖、增施有机肥等）
第二节 作物对温度的要求
一、花卉作物对温度的要求
低温危害和高温障碍： 花卉作物遇到低温会生理活性会受 到影响，甚至植株会死亡。
确定散热设
备、管道、锅 炉
二、采暖装置与计算
（二）最大采暖负荷的计算
1、能量平衡
维护结构的传 热耗热量
冷风渗透
2、维护结构的传热耗热量
q1 = k F (tn-tw)（1-fr）
tn、tw、k、fr 的确定
tn----冬季室内计算温度
作物各自都有“三基点温度”，在适宜温度条件 下，当其他环境条件得到满足时，作物干物质累 积速度最快，作物生长发育迅速而良好。冬季室 内计算温度由此而定。表3-14
二、采暖装置与计算
（一）采暖的目的与设计的基本程序
1、采暖的目的与设计要求： 目的：作物生长发育要求在一定的温度条件下进行。为了使园艺设 施内的气温、地温保持在作物生长发育的适宜范围内，就必须进行 补充加温。
2、设计的基本程序
调查设施所在
地、需要的结 构类型等
计算
最大采暖 负荷
确定采
暖所用热 媒
第三章 (2) 通过换气放热
Qv = R V F (tr-t0) 式中 Qv—— 整个设施单位时间的换气失热量；
to —— 室外气温，℃； tr —— 室内气温，℃； R—— 每小时的换气次数； V—— 设施的体积 F —— 空气比热。
(3) 土壤传导失热
qs = λ ∂t/ ∂z
第三章
式中 ∂t/ ∂z—— 某一时刻土壤温度的垂直变化， 其中t为土壤温度，z表示土壤深度， ∂ 为微分 符号；
λ—— 土壤导热率；
第二节 作物对温度的要求
温度三基点（最低、最高、最适）
园艺植物对三基点的要求与原产地的温度相关：
原产于 温带的，生长基点温度较低，一般10℃左右开始生长； 亚热带的，在15~16℃时开始生长； 热带的，要求温度更高。
第二节 作物对温度的要求
一、蔬菜作物对温度的要求
根据对温度的要求不同，蔬菜作物可分为以 下五种类型：
热风采暖设备（热风炉或暖风机）
热源：燃煤、燃油、燃气、电能、热水、蒸汽 特点：供热系统简单，配置安装灵活、简便，设备费用较 低；系统预热时间短，升温快； 温度稳定性差，停机后温 度降低快。 适用范围：小型温室或供热需求较小的温室，或用于大型 温室辅助加温，尤其适用于短期临时加温 热风温度：30 ℃ ～60℃ 送风量：每m2温室面积送风量27～36 m3/h
电加热线及地中热水管道加温
电热采暖（热泵）
低压低温
压缩机
高压高温
蒸发 吸热 器
冷凝 器 放热
膨胀阀
低压低温
高压低温
换向阀
压缩机
低压低温
高压高温
蒸
发 吸热 器
1/4 热量来自设备消耗电 冷
能 3/4 热量来自地层
凝
器
放热
膨胀阀
低压低温
高压低温
换供
热暖
器
室 内
换向阀
冬季地源热泵系统供热的运行方式
四、降温方式与设备
第三章 设施热环境及其调控
第一节 设施热环境特征
一、温度变化特征
1、季节变化：冬季比露地短3-5个月；夏季比露地长2-3个月； 春秋季也较露地长20-30天 2、日变化：最高、最低温度出现时间略迟于露地； 3、逆温：通常温室内温度都高于外界，但在无多重覆盖的塑 料拱棚或玻璃温室中，日落后降温速度往往比露地快，常出 现室内气温低于室外气温的现象。