设施农业环境工程学
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设施农业环境工程学
第一章 绪言 第二章 设施光环境及其调控8 第三章 设施热环境及其调控10 第四章 设施气体环境及其调控6
第五章 设施水环境及其调控10 第六章 设施土壤环境及其调控12 第七章 设施环境自动调控系统8 第八章 设施能源工程
温室环境因素
环境调控技术
温度
土壤温度 空气温度
加温、保温、可再生能源利用
⑴ 通过温室围护覆盖材料的传热量
Qw K j 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·℃)。
关于传热系数 K
辐射 对流
对流
导热
辐射
非透明平壁的传热
辐射 对流
Leabharlann Baidu对流
导热 辐射
辐射
透明平壁的传热
非透明平壁的传热系数：
K 1
R 1
1
j 1
i j j o
非透明平壁的传热阻：
W/( m2 ℃)
R 1 j 1
i j j o
m2 ℃/W
式中 i — 内表面换热系数，一般8.7W/(m2·℃)； o — 外表面换热系数，一般23.0W/(m2·℃)； j — 材料的厚度，m； j — 材料的导热系数， W/(m·℃) 。
一、温室采暖工程
1. 采暖系统的类型
⑴采暖的能源 燃煤 燃油 天然气 电能 太阳能 地热能
⑵采暖方式
根据采暖范围分类 全面采暖 局部采暖
根据采暖设备分类
① 热水采暖
② 蒸汽采暖
③ 热风采暖
④ 电热采暖
⑤ 辐射采暖
⑥ 火炉采暖
2. 温室的热平衡分析
⑴采暖热负荷及其确定方法原理
采暖热负荷 在室外气温to下，为维持要求的设施内气温ti，采 暖系统在单位时间内应向温室内提供的热量。
16mm聚碳酸酯(PC)三层中空板 2.9 单层乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜 6.6
单层玻璃纤维增强聚酯(FRP)板 6.3 双层乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜 4.2
单层玻璃纤维增强丙烯(FRA)板 6.3
双层充气聚乙烯(PE)膜
4.3
单层丙烯树脂(有机玻璃 MMA)板 6.3
双层充气聚氯乙烯(PVC)膜
缀铝膜（100%铝膜） 缀铝膜（50%铝膜，50%无膜） 缀铝膜（67%铝膜，33%无膜） 缀铝膜（75%铝膜，25%无膜）
热节省率 a /（%）
34 36 39 42 44 47 15 20 22
K K(1)
K ’ — 主围护覆盖层单独使用时的传热系数，W/(m2∙℃)；
— 采用附加保温覆盖时的热节省率，无附加保温覆盖时为0。
无纺布 混铝薄膜 镀铝薄膜
草帘 复合材料保温被
热节省率 a /（%）
32 35 34 35 25 40 50 70 65
保温覆盖材料
缀铝膜（25%铝膜，75%透明膜） 缀铝膜（33%铝膜，67%透明膜） 缀铝膜（50%铝膜，50%透明膜） 缀铝膜（67%铝膜，33%透明膜） 缀铝膜（75%铝膜，25%透明膜）
采用二层附加保温覆盖时，热节省率= 0.85(1+2)-0.712
透明材料主围护覆盖层单独使用时的传热系数
覆盖材料 单层玻璃
传热系数 W/(m2∙℃)
6.4
覆盖材料 单层聚乙烯(PE)薄膜
传热系数 W/(m2∙℃)
6.8
双层玻璃
4.0
单层聚乙烯(PE)保温膜
6.6
单层聚碳酸酯(PC)板
6.3
双层聚乙烯(PE)薄膜
4.4
6mm聚碳酸酯(PC)双层中空板
4.2
单层聚氯乙烯(PVC)薄膜
空气湿度 通风、降温
CO2环境 光照
--------------- CO2施肥 --------------- 光照调控
根圈环境(水份、养分) --------- 灌溉与施肥
一、温室采暖工程 二、温室内的光照环境及调控 三、温室通风工程 四、温室降温工程 五、二氧化碳施肥 六、节能型日光温室 七、荷兰与中国番茄栽培特点
长波辐射
50
对流
冬季夜间采暖热负荷
长波辐射
30
Qh = Qw+Qf+Qvs
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
3. 温室采暖热负荷的计算
主要参照《温室加热系统设计规范》JB/T 10297-2001
Qh Qw Qf Qv
室外水平面 冬季 350～650 W/m2 夏季 900～1000 W/m2
夜间：
加温温室
采暖系统 加温热量 100～300W/m2
不加温温室
地面放热量 20～30W/m2
日光温室
墙面放热量 30～50W/m地2 面放热量
20～30W/m2
温室的 热量收支
长波辐射 3～80mm 对流
设备发热
覆盖层传热
4.1
单层聚酯(PET)片材
6.3 双层充气乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 4.2
单层乙烯-四氟乙烯(ETFE)片材 6.3 双层充气乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜 4.1
附加保温覆盖的热节省率
保温覆盖材料
聚乙烯(PE)薄膜 聚氯乙烯(PVC)薄膜 乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜
6.6
8mm聚碳酸酯(PC)双层中空板
4.0
单层聚氯乙烯(PVC)保温膜
6.5
10mm聚碳酸酯(PC)双层中空板 3.6
双层聚氯乙烯(PVC)薄膜
4.2
16mm聚碳酸酯(PC)双层中空板 3.3 单层乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 6.7
10mm聚碳酸酯(PC)三层中空板 3.3 双层乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 4.3
确定采暖热负荷的方法 统计温室的所有热量收支（得热、失热），根据 能量平衡的原理，由热平衡方程式计算。
热负荷 = ∑失热 － ∑得热
⑵温室的热平衡分析 温室内的热量来源 白昼：室内外水平面太阳辐射热量
（北纬30°～45°地区、晴好天气、正午时刻）
太阳辐射
室内水平面 冬季 150～400 W/m2 夏季 300～600 W/m2
Qm
Qw
室内反射
反射
太阳辐射 0.2～3mm
吸收
通风Qvs
加温热量Qh
太阳热Qs
光合Qp 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
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
第一章 绪言 第二章 设施光环境及其调控8 第三章 设施热环境及其调控10 第四章 设施气体环境及其调控6
第五章 设施水环境及其调控10 第六章 设施土壤环境及其调控12 第七章 设施环境自动调控系统8 第八章 设施能源工程
温室环境因素
环境调控技术
温度
土壤温度 空气温度
加温、保温、可再生能源利用
⑴ 通过温室围护覆盖材料的传热量
Qw K j 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·℃)。
关于传热系数 K
辐射 对流
对流
导热
辐射
非透明平壁的传热
辐射 对流
Leabharlann Baidu对流
导热 辐射
辐射
透明平壁的传热
非透明平壁的传热系数：
K 1
R 1
1
j 1
i j j o
非透明平壁的传热阻：
W/( m2 ℃)
R 1 j 1
i j j o
m2 ℃/W
式中 i — 内表面换热系数，一般8.7W/(m2·℃)； o — 外表面换热系数，一般23.0W/(m2·℃)； j — 材料的厚度，m； j — 材料的导热系数， W/(m·℃) 。
一、温室采暖工程
1. 采暖系统的类型
⑴采暖的能源 燃煤 燃油 天然气 电能 太阳能 地热能
⑵采暖方式
根据采暖范围分类 全面采暖 局部采暖
根据采暖设备分类
① 热水采暖
② 蒸汽采暖
③ 热风采暖
④ 电热采暖
⑤ 辐射采暖
⑥ 火炉采暖
2. 温室的热平衡分析
⑴采暖热负荷及其确定方法原理
采暖热负荷 在室外气温to下，为维持要求的设施内气温ti，采 暖系统在单位时间内应向温室内提供的热量。
16mm聚碳酸酯(PC)三层中空板 2.9 单层乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜 6.6
单层玻璃纤维增强聚酯(FRP)板 6.3 双层乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜 4.2
单层玻璃纤维增强丙烯(FRA)板 6.3
双层充气聚乙烯(PE)膜
4.3
单层丙烯树脂(有机玻璃 MMA)板 6.3
双层充气聚氯乙烯(PVC)膜
缀铝膜（100%铝膜） 缀铝膜（50%铝膜，50%无膜） 缀铝膜（67%铝膜，33%无膜） 缀铝膜（75%铝膜，25%无膜）
热节省率 a /（%）
34 36 39 42 44 47 15 20 22
K K(1)
K ’ — 主围护覆盖层单独使用时的传热系数，W/(m2∙℃)；
— 采用附加保温覆盖时的热节省率，无附加保温覆盖时为0。
无纺布 混铝薄膜 镀铝薄膜
草帘 复合材料保温被
热节省率 a /（%）
32 35 34 35 25 40 50 70 65
保温覆盖材料
缀铝膜（25%铝膜，75%透明膜） 缀铝膜（33%铝膜，67%透明膜） 缀铝膜（50%铝膜，50%透明膜） 缀铝膜（67%铝膜，33%透明膜） 缀铝膜（75%铝膜，25%透明膜）
采用二层附加保温覆盖时，热节省率= 0.85(1+2)-0.712
透明材料主围护覆盖层单独使用时的传热系数
覆盖材料 单层玻璃
传热系数 W/(m2∙℃)
6.4
覆盖材料 单层聚乙烯(PE)薄膜
传热系数 W/(m2∙℃)
6.8
双层玻璃
4.0
单层聚乙烯(PE)保温膜
6.6
单层聚碳酸酯(PC)板
6.3
双层聚乙烯(PE)薄膜
4.4
6mm聚碳酸酯(PC)双层中空板
4.2
单层聚氯乙烯(PVC)薄膜
空气湿度 通风、降温
CO2环境 光照
--------------- CO2施肥 --------------- 光照调控
根圈环境(水份、养分) --------- 灌溉与施肥
一、温室采暖工程 二、温室内的光照环境及调控 三、温室通风工程 四、温室降温工程 五、二氧化碳施肥 六、节能型日光温室 七、荷兰与中国番茄栽培特点
长波辐射
50
对流
冬季夜间采暖热负荷
长波辐射
30
Qh = Qw+Qf+Qvs
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
3. 温室采暖热负荷的计算
主要参照《温室加热系统设计规范》JB/T 10297-2001
Qh Qw Qf Qv
室外水平面 冬季 350～650 W/m2 夏季 900～1000 W/m2
夜间：
加温温室
采暖系统 加温热量 100～300W/m2
不加温温室
地面放热量 20～30W/m2
日光温室
墙面放热量 30～50W/m地2 面放热量
20～30W/m2
温室的 热量收支
长波辐射 3～80mm 对流
设备发热
覆盖层传热
4.1
单层聚酯(PET)片材
6.3 双层充气乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 4.2
单层乙烯-四氟乙烯(ETFE)片材 6.3 双层充气乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜 4.1
附加保温覆盖的热节省率
保温覆盖材料
聚乙烯(PE)薄膜 聚氯乙烯(PVC)薄膜 乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 乙烯-醋酸乙烯(PO)复合膜
6.6
8mm聚碳酸酯(PC)双层中空板
4.0
单层聚氯乙烯(PVC)保温膜
6.5
10mm聚碳酸酯(PC)双层中空板 3.6
双层聚氯乙烯(PVC)薄膜
4.2
16mm聚碳酸酯(PC)双层中空板 3.3 单层乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 6.7
10mm聚碳酸酯(PC)三层中空板 3.3 双层乙烯-醋酸乙烯(EVA)复合膜 4.3
确定采暖热负荷的方法 统计温室的所有热量收支（得热、失热），根据 能量平衡的原理，由热平衡方程式计算。
热负荷 = ∑失热 － ∑得热
⑵温室的热平衡分析 温室内的热量来源 白昼：室内外水平面太阳辐射热量
（北纬30°～45°地区、晴好天气、正午时刻）
太阳辐射
室内水平面 冬季 150～400 W/m2 夏季 300～600 W/m2
Qm
Qw
室内反射
反射
太阳辐射 0.2～3mm
吸收
通风Qvs
加温热量Qh
太阳热Qs
光合Qp 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
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