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2006年11月3日 作者:chenjianhua [返回]
温室降温的设计与选用

 温室是保护地栽培的主要设施,通过人为的调控,温室内部形成的不同于周围环境的适宜气候条件,以满足作物的生产需要。在温室的设计与建造过程中,如何更好地在设计之初从实际运行的角度对温室的各种环境控制方法作全面的分析和探讨,以科学的态度做出认真的设计和选择,是影响到温室种植企业后期投资收益的重要因素。
  温室的座落地点,应选排水良好之沙壤土质,以利温室的排水。且周围具有大量优良水质供应作物生长之用。其地形应力求平坦,以降低建造成本及方便以后省工省时的机械操作。在北半球,冬季东北季风强,于北或东北方,最好有破风的防风林及小山坵。为因应未来发展,温室、工作房及未来发展区域,应一起规划,使之具有整体性。其配置有单栋分开的,有数栋以工作区或走道相连的,最节省土地及加温能源的为多栋屋檐相连者。单栋分开的,采光较佳,通风及温室控制较容易,但对土地利用较不经济 温室之座落方向, 应为南北或东西走向,依纬度而异。 在北纬40 度以上的温室,东西走向的在冬至温室透入日光较南北走向为佳。在北纬 40度以下的温室,南北走向周年光线透入温室比东北走向者为多。
 光线透入温室的多少,主受温室结构中之支柱、横梁、放置覆盖物的支撑条的粗细及多少等的影响,故温室的优良设计较座落方向更为重要。就是说有的地方纬度低于 40 度,温室的座落方向,不必依以前的说法非东西走向不可,从实务上看主要应依地形及风向决定。另外,有一点值得考虑的是东西走向温室,在地面上受到结构上梁柱支架等遮蔽而产生的阴影将整日维持在固定位置,不像南北走向温室中的阴影可随时间而改变位置。 
  温室降温是温室环境控制的一个重要方面,对于降温所使用的方法也是多种多样,具体要依据周围环境的条件、作物生长所需条件、温室结构、覆盖材料的种类及配套设备的完备程度而定。下面就温室降温的问题进行探讨,希望对同行有所帮助。

一、自然通风
  温室基本降温方式为自然通风与机械通风降温。前者为温室周围或顶层留通风窗(侧窗与天窗),当室内温度由于日照而提高时,热空气会因密度降低而上浮由天窗溢出,而外界空气由侧窗流入造成对流,当温度差异愈大时其流速愈快,但室温仍将大于外温。 
  自然通风在冬天效果最好,因为此时内外空气的温差最大。当天气很热时,内外的空气温差就很小,甚至不存在。事实上,当你最需要通风的时候往往是自然通风最小的时候。若通风是外界风所引起,则较温暖的地区,使用自然通风应有较佳的效果。 对于自然通风,在结构的设计上有以下几个因素要考虑: 
(1)、温室高度 
  对于全靠自然通风降温的温室而言,如果没有其它降温措施,则温室应设计高一些,建议采3.5m以上,若有配合其它降温措施如外遮阴、风机、喷雾等,则温室高度可降低,但仍有其低限,以维持在3m以上为宜。 
(2)、屋脊形状 
  对于锯齿形或圆拱形其类似结构,由于其开窗位置位于屋脊最高处,上升的热空气可以顺利地排出室外,实现空气的自然流动。 
(3)、顶窗的通风口面积 
  对于靠自然通风降温的温室而言,顶窗的通风面积应满足基本的换气量的需要。对于顶窗形式宜采用连续开窗或全开屋面的方式增加通风口的面积,达到良好的降温效果。新型的全开屋面温室的通风面积可达到温室投影面积的100%,使室内外的温差降至最低。 

二、机械通风
  机械通风利用风机作为动力,强制实现室内外通风换气。虽然要消耗一定能源,但其通风效果要优于自然通风,便于根据实际需要进行调节和控制,因此较大型的以及对环境调控较高的温室可采用此方式通风降温。温室中常用的方式为负压通风。
  机械通风方式设计中要注意通风率的选择,有实验表明(对于温室内平均高度为3米左右时),当通风换气次数达到2次/min,温室内外气温差已减少至1-2℃左右,如果继续增加通风量室内的温度降低很小,却使风机的运行能耗与运行费用不必要地增加。因此从经济运行的角度上来考虑,一般通风率应低于1.5次/min。
  另外在通风系统设计中,还要注意风机和进风口的距离,一般应在30-60m之间,过小不能充分发挥其通风效率,过大则从进风口至排风口的室内空气温升增大过多。

三、遮阳降温
(1)、温室外遮阳 
  外遮阳系统通常采取活动式的结构,通过平拉或卷曲的方式实现开闭。遮阳网距屋顶应至少有 20cm 之距离以允许空气流通,以降低空气层的热传导作用。有实验表明20cm以上的流动空气层具有较低的热传导系数。 
(2)、室内遮阳 
  采用室内遮阳系统的目的是阻隔部分进入温室的阳光,通过内遮阳可以有效降低太阳热辐射的强度。目前使用较多的是铝箔材料编织的内遮阳保温幕,其具有遮阳和保温两种功能。对于内遮阳上部的热空气层,可采用顶部开窗或排风扇排出室外。
(3)、侧墙遮阳 
  对于大多数温室建造之初而言,建造者往往忽略侧墙遮阳系统在温室中的作用。对于高大的温室来说侧面遮阳会带来意想不到的效果。侧面遮阳可以采取卷放的方式,即可以减少安装空间,又可以获得较高的密封性能,如果配以铝箔编制保温幕,可以同时实现遮阳和保温的效果。 
(4)、遮阳涂料
  遮阳用涂料可喷洒于温室覆盖材料之上,大部份的涂料在夏季过后即自然剥落,少部份需使用肥皂及刷子来清洗,目前有专业生产商生产专用涂料和专用清洗剂。此类涂料与外部遮阳之原理相同,目的在减少进入温室的阳光。其降温效果不如外部遮阳,因为仍有部份光线可穿透涂料,穿透量的多少视涂料喷洒的厚度而定。此方式在荷兰玻璃温室上应用较广泛,初期一次性投资少,每年需要重新喷涂,较费工费力,每年的费用约在3-5元左右。

四、蒸发降温
  对于常年高温地区或对温度调控要求较高的温室,蒸发降温方法是目前使用最为广泛和有效的技术,具有效果显著、经济可靠的优点。常见者有风机湿帘系统及微雾系统.前者降温极限为外界空气之湿球温度,后者之降温极限则为原来内部空气之湿球温度。 
(1)、风机湿帘系统
  系统的核心是能让水均匀地淋湿整个降温湿帘墙,空气穿透湿帘介质时,与湿润介质表面进行的水气交换空气的显热转化为汽化潜热,实现对空气的加湿与降温。
  一般湿帘安装在温室的北侧山墙一端,风机安装在温室南侧山墙一端。当需要降温时,通过控制系统的指令启动风机,将室内的空气强行抽出,造成负压;同时水泵将水打在对面的湿帘墙上。室外空气被负压吸入室内时,以一定的速度从湿帘的缝隙穿过,导致水分蒸发、降温,冷空气流经温室,吸收室内热量后,经风机排出,从而达到循环降温的目的。
  风机湿帘降温系统设计中,温室通风量的确定要考虑温室所在地的海拔高度、室内太阳辐射强度、温室气流从湿帘到风机的允许温升和湿帘风机之间的距离等因素的影响。美国温室制造业协会制定的《温室设计标准》指出,适度遮阳的温室,当温室所处地理位置的海拔高度<300m,室内最大太阳辐射强度在50000lx左右,温室气流从湿帘到风机的允许温升为4℃,风机湿帘之间的最大距离≥30m时,温室通风量达到2.5m3/(min)即可满足温室夏季降温的要求。
  使用风机湿帘系统时,要求温室的密封性要好,否则会由于热风渗透而影响湿帘的降温效果。
(2)、喷雾降温系统
  喷雾系统所喷出细雾是由水蒸气和极细小的水滴所组成的。传统的雾气产生方式是水经由高压过程通过极小的洞(喷嘴)所产生的。细雾悬浮在空中,且维持一段时间,是以能完全蒸发。另外,雾气的产生亦可透过超音波振荡方式或旋转离心方式产生,因此喷雾降温按照雾化原理可以分为高压雾化系统、低压射流雾化系统和加湿降温喷雾机等几种。
  高压雾化系统就温室降温而言,最佳的雾粒直径为0.17mm,此种雾粒所造成的微雾浓度适中,还具有遮光的效果。另外,浓度适中的微雾在蒸发前弥漫于作物附近,在不影响作物生理的情况下大幅降低作物对灌溉的需求。夏季温室设计采用喷雾降温,需要风机配合使用,以满足夏季降温必须的通风量,并确保作物所需的温、湿度。
  喷雾系统的主要缺点是对水质的要求及经常性的要对喷嘴作维护工作。定期保养可以解决这些问题。
  低压射流雾化系统其雾化原理为气力雾化,系统不需要高压水泵,水系统的工作压力只需0.2-0.4MPa,系统需要增加压缩空气。雾化设备还只有少数生产厂家能够提供,应用较少。
  加湿降温喷雾机其工作原理是利用高速离心机和轴流风机的复合作用将水变成水雾喷射出来,再利用喷出的水雾蒸发使周围环境温度下降,湿度增加,同时由于风机的作用使空气产生对流,还可以起到环流风机的作用。喷雾机可以固定安装也可以单独移动,对温室面积较小使用灵活的场合,其优点较显著。
(3)、屋面喷淋 
  利用微喷系统将水直接喷洒于温室屋顶,靠水份蒸发带走潜热降低屋顶温度,未蒸发的水可经由天沟回收利用。此种降温方式在Venlo型玻璃温室结构中应用较多。
  总之,温室通风降温系统的设计与选择应考虑的因素较多,选择某一种降温方法的同时也可以其他降温方法为辅助,要根据当地的气候条件、环境条件、作物的要求、温室建设的投资规模、后期运行成本等多种因素综合考虑。因地制宜、实事求是、以技术为先导才能为温室使用者做出最佳的选择。

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