《农业生物环境工程》第3章-农业设施中的通风与降温讲解学习

第三章农业设施中的通风与降温第三章农业设施中的通风与降温第一节农业设施通风的基本形式与要求一、农业设施通风的目的与要求1.通风换气的目的①排除多余热量，抑制高温温室：春、夏、秋季，白昼太阳辐射（每平方米数百W）强烈，室外气温较高，温室在封闭管理时室内气温可高于室外20℃以上。如完全不通风，温室内气温甚至可超过50℃。第三章农业设施中的通风与降温畜禽舍：多余热量主要来自于室外热作用和畜禽产生的代谢热。在20℃左右气温时，畜禽每小时、每kg体重产生的显热，猪、牛等约为4～10kJ，鸡约为15～20kJ。夏季这些热量在室内聚积，加上室外向室内传入的热量，室内将产生较高的气温。在现代集约化高密度养殖条件下，问题更为突出。通风可引入室外相对较低温度空气，排除室内多余热量，防止出现过高气温。第三章农业设施中的通风与降温②引入室外新鲜空气，调控设施内的空气成份温室：白昼植物光合作用吸收CO2，室内CO2浓度降低至100L/L以下，不能满足植物光合作用需要。通风可从引入的室外空气中（CO2浓度350L/L）获得CO2补充。在严寒冬季为保温的需要尽量减少通风时，应考虑进行CO2施肥的措施。除此以外的情况，通风从室外空气中补充CO2是经济可行的方法。畜禽舍：畜禽的呼吸、排泄物等有机物的分解以及管理作业和设备的运行，将产生氨、硫化氢、二氧化碳、甲烷、粪臭素、一氧化碳等有害气体以及粉尘。为保持室内空气卫生，必须通风引进室外新鲜空气。第三章农业设施中的通风与降温2.通风换气设计的基本要求满足有效调控室内气温、湿度和气体成份环境要求的足够通风量通风量能够根据不同需要在一定范围内有效方便地进行调节室内要求具有适宜的气流速度，分布均匀通风换气设备运行可靠，操作控制简便，不妨碍生产管理作业设备耐用、投资费用低、运行效率高，运行管理费用低第三章农业设施中的通风与降温二、通风的基本原理与形式作用范围：全面通风局部通风工作动力：自然通风机械通风1.自然通风借助设施内外的温度差产生的“热压”或室外自然风力产生的“风压”促使空气流动。通风系统投资省、不消耗动力，使用经济，应优先采用。通风能力有限，通风效果易受设施周围地势和室外气候条件（风向、风速、室内外温差大小）等因素影响。第三章农业设施中的通风与降温2.机械通风（强制通风、风机通风）依靠风机产生的风压强制空气流动。通风能力强，效果稳定。可在空气进入室内前进行加温或降温处理，便于组织室内气流和风量调控。设备和维修费用相对较大，运行需消耗电能。设备遮光，运行中产生噪音。第三章农业设施中的通风与降温三、确定全面通风换气量的一般性方法必要通风量——根据控制设施内气温、湿度和调控设施内的空气成份等方面的需要确定的通风量。设计通风量（设计换气量）——设施的通风系统在单位时间内交换的室内外空气体积（设施的设计通风能力）。一般应有：设计通风量≥必要通风量第三章农业设施中的通风与降温通风相关的标准⑴《温室通风降温设计规范》（国家标准）GB/T18621-2002⑵《温室通风设计规范》（农业行业标准）NY/T1451-2007第三章农业设施中的通风与降温第二节农业设施的自然通风一、热压作用下的自然通风1.热压通风的原理Aa，Ab——下部与上部通风窗面积，m2；h——二通风窗中心相距高度，m；pia，poa——下部通风窗内、外空气压力，Pa；pib，pob——上部通风窗内、外空气压力，Pa；rai，rao——室内、外空气密度，kg/m3；ti，to——室内、外空气温度，℃。第三章农业设施中的通风与降温当tito时，rairaopia=pib+raighpoa=pob+raogh而pia=poa，即：pib+raigh=pob+raoghpib－pob=(rao－rai)ghtiraitoraoAbpibAapiapoapobh第三章农业设施中的通风与降温室内某点的空气压力与室外同一高度上未受扰动的空气压力之差称为该点的余压。余压为零的平面称为中和面。余压的计算：Δpx=(rao－rai)ghxPa式中hx——窗口与中和面间高差，窗口在中和面以上为正，以下为负，m；tiraitoraoAbpibAapiapoapobhvbvahahb中和面第三章农业设施中的通风与降温2.热压通风的计算①全部通风窗口布置在二个高度上，且进风口与排风口的流量系数分别相同的情况由流体力学，通风窗口内外空气压差Δp与通过窗口的空气流速v间关系：空气流量为：式中A——通风窗口面积，m2；——通风窗口流量系数。m/s/2Pa21a2arrpvvp/sm/23arpAAvL第三章农业设施中的通风与降温通过进风口与排风口的空气流速va和vb与其内外压力差具有如下关系：有：即：而：poa-pob=raoghpia-pib=raigh2aaoiaoa21vppr2baiobib21vppr)(21)()(2aao2baiobibiaoavvpppprr)(21)()(2aao2baiibiaoboavvpppprr第三章农业设施中的通风与降温由以上关系可得：同时由流动的连续性，进入和流出设施的空气质量流量应相等，有：raoaAava=raibAbvb即：式中Aa，Ab——进风口与排风口面积，m2；a，b——进风口与排风口流量系数。)(21g)(2aao2baiaiaovvhrrrrabbaiaaaobvAAvrr第三章农业设施中的通风与降温将vb代入前式，可解出：用rao/rai≈Ti/To的关系（r≈353/T）代入，有：式中Ti，To——室内、外空气的热力学温度，K。m/sg12aiao2bbaa2aiaoaiaoarrrrrrAAhvm/s1g)(21g)(2g122b2b2a2aioi2b2b2a2aoiioioi2b2b2a2a2o2ioiaAAThTTAATTThTTTTAATThTTv第三章农业设施中的通风与降温进风口风量为：记：则进风口风量的计算式：/sm11g)(21g)(232b2b2a2aioi2b2b2a2aioiaaaaaaAAThTTAAThTTAvAL2b2b2a2a111AAk/smg2g)(23iioiaTThkThTTkL第三章农业设施中的通风与降温同理可得到排风口风量为：o2b2b2a2aooibbbbg211g)(2TThkAAThTTvAL第三章农业设施中的通风与降温关于流量系数：进风与排风口的流量系数与进、排风口形式、形状以及窗扇的位置、开启角度、洞口范围内的设施构件阻挡情况等因素有关，可按表查取。当湿垫作为进风口时，流量系数可取为0.2～0.25。在窗洞口安装有阻碍通风的窗纱、防虫网等时，流量系数应进行折减。式中μ0——无防虫网时的流量系数；F、Fn——通风洞口与防虫网面积，m2；ζn——防虫网通风阻力系数，根据网孔密度和积灰的情况，一般取1.8~4.02nn0)/(1FF第三章农业设施中的通风与降温/smg2g)(23iioiaTThkThTTkL/smg2g)(23oooibTThkThTTkL2b2b2a2a111AAk以上即为热压自然通风的通风量计算式，进风口风量与排风口风量因空气密度的差异而略有不同，工程计算中可忽略其差异，只计算其中之一即可。第三章农业设施中的通风与降温②一般情况下的热压通风量计算先假定中和面的位置，计算各窗口的余压：Δpj=(rao－rai)ghjPa（j=1，2，······）式中hj——各通风窗口至中和面的距离，窗口位于中和面以上为正，以下为负，m。逐一计算各通风窗口的空气质量流量，余压为正时取+，为排风量，余压为负时取－，为进风量。（j=1，2，······）计算结果应满足：否则调整中和面高度，反复计算直至满足条件。kg/s2/2aaaarrrrjjjjjjjjpApALG0jjG第三章农业设施中的通风与降温建筑周围的气流与静压分布二、风压作用下的自然通风1.风压通风的原理室外自然风气流遇建筑物发生绕流，建筑物周围出现变化的气流压力分布。建筑物迎风面静压升高，侧面和背风面静压降低。由于风的作用，在建筑表面形成比远处未受扰动处升高和降低的空气静压称为风压。第三章农业设施中的通风与降温风压以气流静压升高为正压，降低为负压，其大小与气流动压成正比。风压在建筑物各表面的分布与建筑物体型、部位、室外风向等因素有关，在风向一定时，建筑物外表面上某处的风压pv为：式中rao——室外空气密度，kg/m3；vo——室外风速，m/s；C——风压系数，其取值与建筑物外形及具体部位、风向有关。2oaov21vCpr第三章农业设施中的通风与降温2.风压通风的计算先假定室内的空气静压pi，计算各窗口处室外与室内的空气压差：（j=1，2，······）逐一计算各通风窗口的空气质量流量，Δpj为正时取－，为进风量，Δpj为负时取+，为排风量。（j=1，2，······）计算结果应满足：否则调整室内静压pi，反复计算直至满足条件。Paivpppjjkg/s2/2aoivaoaoaorrrrppApALGjjjjjjjj0jjG第三章农业设施中的通风与降温当所有进风口的风压系数和流量系数均相同，分别为Ca,ma，所有排风口的风压系数和流量系数均相同，分别为Cb,mb，风压通风量计算可以简化为：简便估计方法（美国，经验公式）式中：A——进风口或排风口面积总和，m2；E——风压通风有效系数，风向垂直于墙面时取E=0.5～0.6，风向倾斜时取E=0.25～0.35。/sm3baobaCCkvLLL2b2b2a2a111AAk/sm3oEAvL第三章农业设施中的通风与降温三、热压和风压同时作用的自然通风首先假设中和面的高度，则各通风窗口处室内、外空气压差为：（j=1，2，······）式中：rai，rao——室内与室外空气密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；hj——各通风窗口至中和面的距离，窗口位于中和面以上为正，以下为负，m；vo——室外风速，m/s；Cj——各通风窗口的风压系数。2oaoaiao21g)(vChpjjjrrr第三章农业设施中的通风与降温各通风窗口的空气质量流量：（j=1，2，······）式中Aj——各窗洞口面积，m2；j——各窗洞口流量系数。计算中统一取排风量为正，进风量为负。计算结果应满足：否则调整中和面高度再试算，直至满足要求。进风量求和或排风量求和即为自然通风量。kg/s2/2aoaoaorrrjjjjjjjpApAG0jjG第三章农业设施中的通风与降温四、自然通风的组织1.夏季自然通风主要利用风压通风横向（水平方向）组织气流（组织穿堂风）利用较高风速降低动、植物体温2.冬季自然通风主要利用热压通风竖向组织气流，避免冷风直接吹向动、植物体尽量加大进排风口高差——设屋脊天窗，风帽，风压与热压通风兼顾、通风与冬季保温兼顾第三章农业设施中的通风与降温习题15.图示三连栋温室，二侧窗为上卷式卷帘窗，窗洞口全长为30m，窗口下边沿离地高度为0.6m，卷帘全开启时上边沿离地高度为1.8m。在温室每个脊部设有天窗，在图示风向下，天窗仅开启背风面一侧，每个天窗口形成有效通风面积为30m×0.6m的通风口，其中心离地高度为5.4m。试计算在下列三种情况下的温室自然通风量：①室外风速=0，气温为5℃，室内气温为28℃；②室外风速vo=3.5m，温室内外气温均为20℃；③室外风速vo=3.5m，室外气温为5℃，室内气温为28℃。（各通风口的流量系数均取为0.65。）vo第三章农业设施中的通风与降温第三节农业设施的机械通