夏季不同通風(fēng)方式對(duì)文洛型玻璃溫室熱環(huán)境的影響

袁培 黨奧飛 劉子揚(yáng) 付云飛 康浩杰 呂彥力

摘要?通過(guò)試驗(yàn)方法對(duì)鄭州地區(qū)文洛型玻璃溫室在濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種方式下室內(nèi)熱工參數(shù)的變化特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在機(jī)械通風(fēng)條件下，溫室內(nèi)沿垂直方向存在明顯的溫度梯度，水平面上靠近濕簾側(cè)的溫度低于靠近風(fēng)機(jī)側(cè)的溫度;采用機(jī)械通風(fēng)的方式可將溫室內(nèi)距地面高度1.2 m以下空氣溫度比室外降低3.5～9.0 ℃，垂直方向溫度梯度較大，可考慮加入軸流風(fēng)機(jī)加強(qiáng)溫室內(nèi)空氣流動(dòng);而采用自然通風(fēng)時(shí)，溫室距地面高度1.2 m以下的平均溫度比外界氣溫高3.8 ℃，在外界溫度較低時(shí)自然通風(fēng)的降溫效果較好，適用于夏季初期。

關(guān)鍵詞?文洛型玻璃溫室;機(jī)械通風(fēng);自然通風(fēng);溫度分布

中圖分類(lèi)號(hào)?S26文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào)?0517-6611（2018）33-0165-05

受外界氣候的影響，夏季易導(dǎo)致溫室內(nèi)部環(huán)境溫度過(guò)高，嚴(yán)重影響室內(nèi)作物的生長(zhǎng)，因此需采取有效的降溫措施來(lái)保障溫室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。通風(fēng)是影響溫室溫度的重要因素[1]。目前，溫室的通風(fēng)主要包括2種方式：自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)[2]。自然通風(fēng)降溫效果具有很大的局限性[3]，而機(jī)械通風(fēng)具有通風(fēng)可控、降溫效果明顯、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[4]，但其在運(yùn)行過(guò)程中消耗電能較高。因此，對(duì)比研究?jī)煞N通風(fēng)方式下溫室內(nèi)溫度的分布和變化規(guī)律對(duì)溫室降溫具有重要的意義。

目前，濕簾—風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的降溫方式在溫室中的應(yīng)用取得了很好的成效。而自然通風(fēng)作為最經(jīng)濟(jì)的一種降溫方式，在外界氣溫不太高時(shí)能夠有效地降低溫室內(nèi)部的溫度[5]。張璐瑤等[6]以陜西地區(qū)文洛型玻璃溫室為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量的方法分析了濕簾—風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)的降溫效果和溫室的溫度空間分布。試驗(yàn)結(jié)果表明，溫室內(nèi)1 m高處平均降溫6.7 ℃，最高降溫9.2 ℃，當(dāng)濕簾循環(huán)水低于空氣濕球溫度時(shí)，能夠提高濕簾的蒸發(fā)冷卻效率。宿文等[7]采用試驗(yàn)和模擬相結(jié)合的方法對(duì)濟(jì)南地區(qū)自然通風(fēng)下的日光溫室氣溫分布進(jìn)行了研究，結(jié)果表明通風(fēng)16～23 min即可達(dá)到作物適宜溫度;在不同風(fēng)向下，溫室內(nèi)南北氣溫相差3～4 ℃，南側(cè)東西部氣溫相差1～4 ℃。Flores-velazquez 等[8]分別對(duì)機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)下溫室內(nèi)部的溫度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明溫室的溫度梯度和長(zhǎng)度之間存在較強(qiáng)的線(xiàn)性相關(guān)性，隨著溫室長(zhǎng)度的增加，自然通風(fēng)比機(jī)械通風(fēng)優(yōu)勢(shì)更大。雖然許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)溫室降溫措施和通風(fēng)方式進(jìn)行了大量的研究，但由于溫室具有一定的區(qū)域局限性，地區(qū)間氣候的差異和溫室結(jié)構(gòu)類(lèi)型的多樣性，在引進(jìn)新型現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)溫室時(shí)，需根據(jù)引進(jìn)地區(qū)的氣候條件調(diào)整相應(yīng)的管理措施。

鑒于此，筆者以鄭州地區(qū)的一棟文洛型（Venlo）玻璃溫室為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量的方法對(duì)濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)2種通風(fēng)方式的降溫性能進(jìn)行量化比較分析，揭示濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)對(duì)溫室熱環(huán)境的影響規(guī)律，為鄭州地區(qū)Venlo型玻璃溫室夏季通風(fēng)降溫的控制管理提供理論依據(jù)，為今后鄭州地區(qū)文洛型玻璃溫室夏季溫室作物的生產(chǎn)和管理提供借鑒和參考。

1?試驗(yàn)方案

1.1?試驗(yàn)對(duì)象

以河南省鄭州市鄭州輕工業(yè)學(xué)院文洛型兩跨玻璃溫室作為研究對(duì)象，該玻璃溫室地理位置為113°38′E，34°47′N(xiāo)，溫室的脊向?yàn)槟媳毕颍缍葹?.2 m，脊肩高2.6 m，脊高3.3 m，如圖1所示。溫室南墻上安裝一個(gè)直徑為1.2 m，中心距地面0.9 m的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率為0.75 kW。與風(fēng)機(jī)相對(duì)的北墻上安裝濕簾，濕簾長(zhǎng)4.6 m，高1.2 m，中心距地面0.8 m，濕簾面積5.52 m2，與溫室北墻面積21.24 m2之比約為1∶4。溫室主體結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)鋼，四周?chē)o(hù)玻璃為雙層中空浮法玻璃，屋頂為8 mm厚陽(yáng)光PC板，頂部安裝網(wǎng)狀外遮陽(yáng)網(wǎng)，室內(nèi)安裝內(nèi)遮陽(yáng)網(wǎng)。

1.2?測(cè)點(diǎn)布置與測(cè)試儀器選擇

溫室南北長(zhǎng)度為16.0 m，東西為7.2 m。在不同高度的3個(gè)水平面共設(shè)置27個(gè)測(cè)量點(diǎn)，如圖2所示。此外，在溫室濕簾中心點(diǎn)位置布置測(cè)點(diǎn)S;溫室地面布置測(cè)點(diǎn)D，測(cè)量室內(nèi)地溫變化;室外距西墻1 m，距地面1.5 m高，布置室外測(cè)點(diǎn)W，以監(jiān)測(cè)外界氣溫變化。

該試驗(yàn)溫室內(nèi)空氣溫度測(cè)定采用直徑為0.2 mm帶有冷端補(bǔ)償?shù)腡型熱電偶（銅-鎳熱電偶）;風(fēng)速測(cè)量采用德國(guó)德圖公司的風(fēng)速儀，型號(hào)為T(mén)esto 405V1;采用紅外熱像儀對(duì)溫室內(nèi)溫度分布進(jìn)行拍攝;數(shù)據(jù)采集儀型號(hào)為Keithley 2700。

各測(cè)試儀器參數(shù)見(jiàn)表1。

1.3?試驗(yàn)方法

溫度是影響植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵性因素，在夏季高溫下降溫對(duì)溫室內(nèi)作物的生長(zhǎng)顯得尤為重要。為揭示Venlo型玻璃溫室在2種通風(fēng)方式下的降溫性能以及溫室內(nèi)部溫度的分布和變化規(guī)律，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法如下：

濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)試驗(yàn)方法：鄭州地區(qū)的氣溫在每年的7—8月達(dá)到全年的峰值，因此選擇試驗(yàn)時(shí)間為7月1—7日，關(guān)閉溫室門(mén)窗，展開(kāi)內(nèi)外遮陽(yáng)網(wǎng)，12：00室內(nèi)溫度達(dá)到較高值時(shí)，開(kāi)啟溫室濕簾-風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)，每5 s采集1組溫度數(shù)據(jù)，直至所有溫室內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)的溫度值趨于穩(wěn)定。

如圖3所示，考慮外界環(huán)境對(duì)溫室降溫系統(tǒng)的影響，選取在最不利的外界氣溫環(huán)境（7月2日外界環(huán)境溫度為37.5 ℃、風(fēng)速0.71 m/s）條件下對(duì)溫室濕簾-風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)的降溫性能進(jìn)行研究。分析在中午時(shí)刻濕簾-風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)對(duì)溫室內(nèi)部環(huán)境的降溫特性和溫室溫度分布的影響，并利用紅外熱像儀對(duì)濕簾側(cè)和風(fēng)機(jī)側(cè)的溫度分布進(jìn)行分析。

自然通風(fēng)試驗(yàn)方法：9：00開(kāi)始測(cè)量，到12：00將Venlo型玻璃溫室的通風(fēng)口（包含西墻窗戶(hù)、風(fēng)機(jī)通風(fēng)口、北墻濕簾通風(fēng)口）全部打開(kāi)進(jìn)行自然通風(fēng)，每20 min采集1組溫度值，直至19：00。

對(duì)2組試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)的處理，分別選取溫室距地面不同高度方向、南北方向和東西方向上的溫度變化曲線(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)部的溫度分布和變化進(jìn)行詳細(xì)分析。

就降溫效果而言，濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)產(chǎn)冷量大，降溫效果優(yōu)于自然通風(fēng)。但濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)下的溫室垂直方向存在明顯的溫度梯度，因此在溫室實(shí)際生產(chǎn)中可考慮加入軸流風(fēng)機(jī)加強(qiáng)溫室內(nèi)空氣流動(dòng)，打破室內(nèi)空氣溫度分層從而減小溫度梯度。

試驗(yàn)溫室在夏季高溫下采用濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)能保證溫室內(nèi)部低于1.2 m高度的作物安全越夏，若種植作物冠層高度大于1.2 m，可根據(jù)種植作物的冠層高度提高濕簾、風(fēng)機(jī)的安裝高度，使其處于濕簾-風(fēng)機(jī)通風(fēng)通道內(nèi)以保證種植作物的夏季生產(chǎn)，可為溫室種植者夏季種植區(qū)的布置提供參考。

通過(guò)對(duì)2種通風(fēng)方式的分析，并考慮溫室實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)性，提出適宜鄭州地區(qū)文洛型玻璃溫室使用的夏季通風(fēng)管理方式：初夏（5、6月份）時(shí)時(shí)外界氣溫較低，只采用自然通風(fēng)即可滿(mǎn)足溫室降溫需求;盛夏（7、8月份）外界氣溫較高，需采用濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)方式降溫來(lái)保證溫室內(nèi)適宜作物生長(zhǎng)的溫度。

4?結(jié)論

該研究通過(guò)對(duì)文洛型玻璃溫室夏季濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)2種通風(fēng)方式下的溫室內(nèi)部垂直方向、水平面南北方向和東西方向的溫度變化和分布進(jìn)行試驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論：

（1）在夏季外界氣溫高達(dá)37.5 ℃條件下，采用濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)可將文洛型玻璃溫室內(nèi)平均空氣溫度降低8.8 ℃。其中，位于地面高度1.2 m水平面以下通風(fēng)通道的平均空氣溫度比外界平均氣溫降低3.5～9.0 ℃。

（2）溫室濕簾-風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)將室內(nèi)溫度降至穩(wěn)定后，溫室內(nèi)溫度分布為：溫度從底部到頂部逐漸增加;在水平面上溫度分布較均勻，靠近濕簾側(cè)的溫度比靠近風(fēng)機(jī)側(cè)的溫度低，即從北向南溫度逐漸升高，溫度差值為2.5 ℃，溫度梯度為0.32 ℃/m。溫室內(nèi)部溫度由東向西逐漸升高，溫度差值為0.8 ℃，溫度梯度為0.23 ℃/m。

（3）自然通風(fēng)方式下，溫室距地面1.2 m水平面上的平均空氣溫度比外界氣溫高3.8 ℃。而溫室采用濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)比采用自然通風(fēng)可將室內(nèi)平均氣溫降至更低，降低幅度為7.3～12.8 ℃。

（4）鄭州地區(qū)文洛型玻璃溫室夏季生產(chǎn)的通風(fēng)管理方式：5、6月份只采用自然通風(fēng)可滿(mǎn)足溫室降溫需求;7、8月份則需采用濕簾-風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)方式降溫來(lái)保證溫室內(nèi)適宜作物生長(zhǎng)的溫度。

由于條件限制，該研究尚未考慮溫室通風(fēng)口位置和外界太陽(yáng)輻射等因素對(duì)通風(fēng)降溫下溫室熱環(huán)境的影響，今后需做進(jìn)一步討論和研究。

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