农业建筑环境工程第三章农业设施中的通风与降温.ppt

1,第三章 农业设施中的 通风与降温,2,第一节 农业设施通风的基本形式与要求,一、农业设施通风换气的目的与要求（） 1、通风换气的目的 排除多余热量，抑制高温 春、夏、秋季，白昼太阳辐射强烈，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。在完全不通风的情况下，室内 气温甚至可超过50。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。,3,4,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410kJ，鸡约为1520kJ。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。,5,补充CO2，维持室内植物正常光合作用必要的CO2浓度,白昼植物光合作用吸收CO2，室内CO2浓度降低。光合作用旺盛时，封闭管理室内CO2浓度降低至100 mL/L（ppm）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330 mL/L）获得CO2补充。在严寒冬季利用换气补充CO2会造成温室很大热量损失时，应考虑进行CO2施肥的措施。除此以外的情况，进行通风从室外空气中获得CO2补充是经济可行的方法。,6,7,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。,8,排除室内水汽，降低室内空气湿度 温室：在封闭管理的情况下，土壤潮湿表面的蒸发和植物蒸腾作用的水汽在室内聚集，往往产生较高的室内空气湿度，夜间室内相对湿度甚至可达95%以上。高湿度环境影响植物的蒸腾，妨碍水份与养份的吸收，不利生长发育，并引发病害。 畜禽舍：畜禽的呼吸和体表蒸发、舍内潮湿地面、饮水设备、饲料和排泄物等产生的水份蒸发，将大量增加室内空气中水汽含量。 通风可有效排除室内水汽，引入室外干燥空气，降低室内空气湿度。,促使室内空气流动，促进植物群落中的气体交换,9,2、 通风换气设计的基本要求,通风系统能够提供足够的通风量，具有有效调控室内气温、湿度和CO2浓度的足够能力，达到满足室内栽培植物正常生长要求的条件。 通风量能够根据不同情况的需要在一定范围内有效调节。 具有适宜的气流速度，一般应为0.31m/s右，分布均匀。 设备投资费用低，耐用、运行效率高，运行管理费用低。 通风换气设备运行可靠，操作控制简便，遮荫面积小，不妨碍室内生产作业。,10,二、通风的基本形式与特点,1、自然通风与机械通风 （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）等因素影响。,11,自然通风系统由通风窗（脊窗、谷间窗、侧窗等）及相应的开闭机构组成，当其开闭采用电动或自动控制时，还包括电机及减速装置、控制器等。我国塑料薄膜日光温室和塑料大棚也多采用揭开棚膜的方法进行自然通风。,12,13,14,15,16,（2）机械通风,又称强制通风，是依靠风机产生的风压强制空气流动，其作用能力强，通风效果稳定。 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，运行需要消耗电能 设备遮光，运行中产生噪音。,17,18,19,2、全面通风与局部通风,全面通风：对设施内进行全面换气，以对整个 设施内的空气温度、湿度和空气成 分进行调控。 局部通风：通风范围仅限于设施的个别地点或 局部区域。 局部排风：在设施内污染附近收集空气中有害 物，集中直接排向设施外。 局部送风：在设施内采取局部送风，局部调控 动植物附近区域环境。,20,三、确定全面通风换气量的一般性方法,必要通风量 根据控制温室内气温、湿度和CO2浓度等方面需要确定的通风量。 设计通风量（设计换气量） 温室通风系统在单位时间内交换的室内外空气体积（温室的设计通风能力）。 一般应有： 设计通风量 必要通风量 （在不致产生混淆时，以后不加以严格区分，二者采用同一符号L表达）,21,通风相关的标准 温室通风降温设计规范 （国家标准） GB/T 18621-2002 温室通风设计规范 （农业行业标准） NY/T 1451-2007,22,换气次数,L 通风量，m3/h或m3/min； V 温室内部空间体积，m3。,23,在不同的时期，通风侧重的目的是不同的，所确定的三个必要通风量的数值相对大小有不同，应按其中最大值确定为该时期的必要通风量。 夏季及前后一段时期，排除多余热量是通风的主要目的，抑制高温的必要通风量最大，该时期通风量满足抑制高温方面要求时，也能满足排湿与补充CO2方面要求。 寒冷时期没有通风抑制高温的要求，则应根据除湿与补充CO2方面要求确定合适的通风量。 夜间排湿是通风的主要目的，则应根据排湿的要求确定合适的通风量。,24,全面通风的基本微分方程式,L全面通风量 x有害物的散发量 y0进风空气中有害物的浓度 y某时刻设施内空气中有害物浓度 V设施内空气体积 微小时间间隔 时间设施内空气有害物浓度增量,25,在稳定状态下，全面通风体积流量L：,又,所以,m3/s,26,全面通风质量流量G：,x有害物的散发量， J/kg，g/kg或ml/kg z设施内有害物浓度，J/kg，g/kg或ml/kg z0进风空气中有害物浓度， J/kg,g/kg或ml/kg,27,（1）消除余热,Q设施内余热量,J/s cp空气的定压质量比热, cp=1030J/(kg.) tp排出空气的温度, ti进风空气温度,28,（2）调节空气成分,x 设施内某气体的散发量,g/s y0进风空气中该气体的浓度,g/m3 y某时刻设施内空气该气体的浓度 ,g/m3,29,（3）排除多余水汽,W设施内需排除的多余水汽量,g/s dp排出空气的含湿量,g/kg dj进风空气的含湿量,g/kg,kg/s,m3/s,30,第二节 农业设施的自然通风,自然通风因投资省、运行不消耗动力，节能、经济，在温室通风中得到广泛采用。 自然通风系统的设计工作是根据其通风原理，依据温室通风的要求，合理确定通风窗的位置和大小。,31,自然通风系统,32,一、热压作用下的自然通风,热压通风是利用温室内外气温不同而形成的空气压力差促使空气流动。,1、热压通风的原理,33,Fa，Fb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； ai，ao 室内、外空气密度，kg/m3； ti，to 室内、外空气温度，。 当ti to时， ai ao,34,如图所示情况,根据流体力学静力学原理: pia=pib+aigh poa=pob+ aogh 而pia=poa， 即： pib+ aigh = pob+ aogh pibpob = (ao ai)gh 当ti to时， ai 0 可见，天窗内侧空气压力高于室外一侧压力，这 个压力差即为热压 。,35,只要打开天窗，空气就要从内向外流动，使得室内空气压力降低，下部侧窗内空气压力随之降低，使得piapoa，室外空气从侧窗外向室内流动 。,pib pob,36,将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。余压沿设施高度方向的分 布如图所示。 在上部窗口处，余压pibpob为正，向外排风； 下部窗口处余压piapoa为负，向内进风。 余压从下至上逐步由负值增大为正值，其中某高度处余压为零，该高度的平面称为中和面。 利用中和面的概念，某窗口处的余压px可采用下式 计算： px=(ao ai)ghx Pa 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；,37,下部与上部通风窗口的余压分别为：,pa=(ao ai)gha Pa pb=(ao ai)ghb Pa 式中 ha，hb 分别为下部和上部通风窗口与中和面的高度差，m。,38,2、中和面位置的确定,当进排气口面积已知时，中和面与进风口中心之间的高差hj为：,39,窗口的局部阻力系数查下表或根据,40,41,当进排气口面积未知时，可按下式计算：,42,3、热压通风的计算,由气体伯努利方程：,因为：Zo=Zi，Vo=0,空气流量为 ：,43,通过进风口Fa与排风口Fb的空气流速va和vb与其内外压力差具有如下关系：,poa - pob=aogh pia - pib= aigh,又,44,由以上关系可得： 同时由流动的连续性方程，进入和流出设施的空气质量流量应相等，有： 即：,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。, （1）, （2）,45,由（1）和（2）联立解之： 由353/T，有 ao / aiTi / To，代入上式，有,式中 Ti，To 室内、外空气的热力学温度，K。,46,则热压通风产生的进风口风量为： 记：,47,则进风口风量的计算式： 同理可得到排风口风量为： 以上二式即为热压自然通风系统的通风量计算 式，进风口风量与排风口风量因空气密度差异略有不 同，工程计算中可忽略其差异，只计算其中之一即可,48,关于流量系数,进风口与排风口的流量系数与进、排风口的形式、窗洞口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。 当湿垫安装在进风口时，流量系数可取为0.20.25。 当防虫网安装在进风口时，流量系数为： 0通风窗口未安装防虫网时的流量系数； n 防虫网的通风阻力系数，对于2040目的防虫网， 可根据其积尘程度，在1.84.0范围内取值，积尘严 重时取较大值； A通风窗洞口计算面积，m2； An防虫网面积，m2。,49,进、排风窗口流量系数,50,51,对于通风窗口分布于三个以上高度,利用中和面的概念，先假定中和面的位置，计算 各窗口的余压： 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。 通过各通风窗洞口的空气质量流量可逐一用下式计算,（j=1，2，）,52,上式中： 当余压为正时取正值，为排风量，取 a = ai； 余压为负时取负值，为进风量，取a = ao。 空气密度可近似按ai = 353 / Ti 与 ao = 353 / To计算。 算结果应满足： 如上式不能满足，则应适当调整中和面高度，重新试算，直至满足要求。 若 ，中和轴偏下，应上移。,53,北京地区某连栋塑料温室，东西方向共8连栋，单栋跨度为8m，温室东西长64m，南北宽33m，面积2112m2。温室设有侧窗和谷间天窗自然通风系统（见下图），东西二侧的侧窗长度30m，高度1.6m，中心离地面高度1.4m；共5个天窗，通长33m，开启到最大时天窗实际过风高度0.8m，窗口中心离地高度3.6m。试计算在春季室外气温24、室内气温30 时的自然通风量能否满足排除室内150W/m2热量的要求。,54,解：计算必要通风量 取排除空气的温度tp=ti=30，进风空气温度tj=to=24 ， 则必要通风量： 热压自然通风量 通风窗面积：Aa=23016=96m2 Ab=132m2 进排风通风窗口高度差： h=36-14=22m 取a=b=0.63,55,则热压通风量： 满足要求,56,某温室采用自然通风，其侧窗通风面积为50m2，中心离地高度1m，天窗通风面积为60m2，中心离地高度4m，侧窗与天窗的流量系数均为0.65，则在室外气温10，室内气温28，室外风速较小可忽略不计时，其自然通风量可达到多少？单位时间内，其能够排除的热量为多少？,57,进、排气窗口面积的确定,（1）排风温度（tp）,td作业地带温度 h地板到排气口中心的垂直距离 a温度剃度，一般a=1.0,58,（2）进排风窗孔的面积,59,按通风量平衡方程，Ga=Gb，且近似认为： 则上述公式可简化为： 可见进排风窗孔面积比是随中和轴的位置变化。,60,一座自然通风猪舍，饲养100头育成猪，每头68 100kg育成猪夏季通风换气量为3.36m3/分.头， 如果猪舍的进排风窗孔的中心高度差为3m，进、 排风窗孔的面积比为2:1，流量系数 , 夏 季通风室外计算温度为26，排风窗中心到猪舍地 面的垂直距离为4m，试计算猪舍夏季的进、排风 窗口的面积。,61,猪舍进、排风窗口的面积比为,62,进气窗口面积：,夏季猪舍内温度允许比室外计算温度高3,63,排气窗口面积：,64,二、风压作用下的自然通风,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。 建筑物迎风面气流受阻，形成滞流区，流速降低、静压升高； 侧面和背风面气流流速增大和产生涡流，静压降低。,65,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。 由于风压的作用，建筑物迎风面室外空气压力大于室内，侧面和背风面室外气压小于室内，外部空气将从迎风墙面上的开口处进入室内，从侧面或背风面开口处流出。,66,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可采用下式计算： ao 室外空气密度，kg/m3； vo 室外风速，m/s； C 风压体型系数，其取值与建筑物外形及具体部位、风向有关。,68,风压通风的计算,情况一： 温室所有进风口的风压系数和流量系数均相同，分 别为Ca，a，所有排风口的风压系数和流量系数均相同， 分别为Cb，b。 风口的内外压差与通过风口的流速间具有下列关系,pva，pvb 进风口(a)与排风口(b)外侧风压，Pa； pi 温室内空气压力，Pa； ai， ao 室内与室外空气密度，kg/m3； va，vb 进风口与排风口空气流速，m/s；,69,等式左端相加： 式中vo室外风速，m/s； Ca，Cb 进风口与排风口风压体型系数 等式右端相加：,则,70,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： 以上二式连立，解出：,即：,71,则风压通风产生的进风口风量为： 同理有排风口风量为：,即：,其中：,72,情况二： 不属于情况一的其它一般性情况 在各窗洞口处室外与室内的空气压差为： pvj 各窗洞口处风压，Pa。 通过各通风窗洞口的空气质量流量可逐一用下式计算 Aj 各窗洞口面积，m2； j 各窗洞口流量系数。,（j=1，2，）,（j=1，2，）,73,但一般情况下pi并不已知，计算中可先假定一个数值（如取pi0），逐一计算各窗洞口空气流量，显然进风量总和应与排风量总和相等，应有： 当上式不能满足时，调整pi的大小再进行试算，直至满足要求。 所有进风口的进风量之和或所有排风口的排风量之和即风压自然通风量。 作为更加简便的估计方法，在美国常使用下面的经验公式计算风压通风量：,F进风口面积总和或排风口面积总和，m2； E风压通风有效系数，风向垂直于墙面时取E=0.50.6，风向倾斜时取E=0.250.35。,74,三、热压风压共同作用的自然通风,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： ai， ao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各通风窗口的风压体型系数。,（j=1，2，）,75,各通风窗口的空气质量流量： Fj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： 当上式不能满足时，调整中和面的高度再进行试算，直至满足要求。 进风量求和或排风量求和即为所给条件下自然通风的通风量。,（j=1，2，）,76,实际情况下，温室是同时存在风压与热压二种自然通风作用的。这时通风量的计算较为复杂，实用上可采用如下方法估计通风的效果，通风量为 Lw，Lt分别为按风压和热压单独作用情况下计算的通风量，m3/s。,77,由于室外自然风力和风向有不断变化的特点，同时受地形、附近建筑物及树木等障碍物的影响，因此利用风压的自然通风效果具有较大的不确定性。在设计中，为保证温室具有足够的通风能力，只考虑热压作用进行计算，据此设计自然通风系统，确定通风窗口面积。但是，自然通风系统的设计布置方案以及生产中的运行管理等，也必须同时考虑风力对自然通风的影响。,78,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30m0.6m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：室外风速=0，气温为5，室内气温为28；室外风速vo=3.5m，温室内外气温均为20；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。）,79,四、自然通风的组织,1、夏季自然通风 应设置足够的进、排气口面积，使设施内通 风流畅，没有滞留的场所。 合理组织好穿堂风，即在满足夏季通风为主的 有窗式畜禽舍里，往往采取对面开窗（南北）， 而且常打开畜舍两端的门，以组织好穿堂风；此 外还可以加设天窗或增加上部排气口标高、接近 地面处还可以安装百叶窗等措施,80,2、冬季自然通风,南方地区，在设施上部开设少量的排气孔就 可以满足热压换气的要求。 北方地区，为了减少热量通过维护结构散 失，对其保温和密闭性能要求比较高，以保持 室内适宜的环境温度。因此必须注意设置合理 的通风制度。,81,第三节 农业设施的机械通风,一、农业设施机械通风的基本形式 （一）进气式通风（正压通风系统） 采用风机将室外新鲜空气强制送入室内，使室内空气 压力形成高于室外的正压，迫使室内空气从排气口流出。 对温室密闭性要求低； 进风口集中，便于对进风进行加温等预处理； 出风口风速较高，易造成吹向植物的过高风速，室内气流分布不均，不便采用大通风量。 多在风机出风口连接塑料薄膜风管，通过风管上分布的小孔，将气流均匀分配输送入室内。,82,当建筑跨度小于12m时，室内可单设一条进风管道；当建筑跨度大于12m 时，可设两条进风管道。进风管道内设计空气流速为1m/s左右，管道均匀送风口的出流速度一般小于4m/s。,83,（二）排气通风系统（负压通风系统）,将风机布置在排风口，通过风机向室外排风，使室内空气压力形成低于室外的负压，室外空气从温室的进风口被吸入室内。,84,特点： 易于实现大风量通风，换气效率高； 室内气流分布均匀； 便于在进风口安装湿垫等降温设备； 系统简单、施工和维护方便、投资和运行费用较低等； 要求温室有较好的密闭性。,85,排气通风系统的布置：,一般风机安装在温室一端山墙，室内气流平行于屋脊与屋面方向，通风断面固定，通风阻力较小，室内气流分布均匀。 一般应使室内气流平行于植物种植行的方向，以减小植物对通风气流的阻力。 风机和进风口间的距离，一般应在30m70m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。 为保证风机顺畅排风，排风口与邻近温室、建筑或其它障碍物间的距离一般应大于1.5倍风机直径。 相邻温室风机排风口相对时，二者间距离应大于5m，否则风机位置应错开。,86,87,88,1、上部排风,适用于气候温和的地区，建筑物跨度一般小于9m，如果停电，还可以利用热压作自然通风。,89,2、下部排风,风机安装在侧墙下部， 进气口设置在屋顶部 分。很多做法为进气口 设在檐口部分，可沿屋 檐通长设置，有足够的 进风口面积，且沿建筑 纵向气流分布均匀，可 有效改善舍内的空气质 量。,90,3、横向通风,畜舍跨度大于9m时，排 气风机可以安装在一侧 纵墙上，新鲜空气从对 面纵墙上的进气口进入 舍内。若跨度加大，易 造成舍内空气温度分布 不均匀，且气流速度偏 低，故常用于跨度小于 20m 以内的密闭式畜禽 舍。,91,4、纵向通风,在农业建筑一端的山墙上安装全部排气风机， 在另一端山墙上设置所有进风口，从而在建筑物形 成纵向的通风换气。,92,93,横向通风,纵向通风,96,纵向通风优点:,(1)舍内气流速度分布均匀,气流死角少； (2)用较小的通风量获得较高的舍内气流速度,促进畜禽身体的散热； (3)风机数量减少,节约设备和运行费用； (4)排风集中在脏道一侧,避免了并列相邻畜禽之间的排气污染； (5)畜禽之间没有排气污染,可缩小畜禽舍之间的卫生防疫间距,节约场地建设用地。,97,（三）进排气通风系统,又称联合式通风，把一种同时采用风机送 风和风机排风，室内空气压力接近或等于室外 压力。 因使用设备较多、投资费用高，实际生产 中应用较少，仅在较高特殊要求、而以上通风 系统不能满足时采用。,98,99,二、风机的类型、性能与选择,通风系统对风机的要求，除了应有足够的风量外，还要求能够克服通风系统的通风阻力，使空气经过风机后压力升高，建立起风机前后稳定的压力差，这个压力差称为风机的静压，其大小应等于通风系统的通风阻力，一般也可近似认为就等于温室内外空气压力差。 选用风机时应根据通风系统的阻力大小，从风机特性曲线或风机性能表中查算出风机所能提供的通风量大小。,100,风机的技术性能指标,风量（m3/h） 满足通风量要求； 风压(静压)（Pa） 克服通风系统的通风阻力，在一般的进气通风和排气通风系统中，通风阻力近似等于温室内外的空气压力差。 耗能（功率）与效率、噪音大小,101,102,风机的类型,离心式风机,叶轮旋转方向和气流流向不具逆转性； 比转数较小，风压大而空气流量相对较小； 风压1000Pa3000Pa，或更高； 适用于较长管路送风，或气流需经过加热或冷却设备等通风阻力较高的情况。,103,轴流式风机,104,叶轮旋转方向和气流流向具可逆转性； 比转数较高，流量大，风压低（适合温室及其他农业建筑使用要求）； 风压一般在数百Pa以下，（农用低压大流量风机一般50Pa以下）； 耗能少、效率较高，安装和维护简单； 最佳工作范围较窄，风量不便调节。（一般不采用设置调节风门调节阻力大小的方法调节轴流风机的流量，需要调节时，可采用改变转速的方法，或采用数台风机，通过改变投入运行的风机数量的方法来改变总的通风量。） 适用于不采用空气处理设备和不经过管道输送、风机直接连通温室内外空间的大多数进气通风与排气通风系统,105,农用低压大流量轴流风机 系列产品规格与性能,流量和风压大小与叶轮直径、叶片倾斜角度等结构参数以及叶轮转速有关 叶轮直径范围为5601400mm； 适用工作静压：约1050Pa； 风量约达800055000m3/h（单位功率通风量3560(m3/h)/W）； 噪声约在70dB以下。,106,农用低压大流量轴流风机系列产品性能,107,108,风机的选择与配置,选型主要依据：温室的必要通风量和通风阻力。 1）温室通风系统的通风阻力 在不采用空气处理设备和不经过管道输送、风机 直接连通温室内外空间的大多数进气通风与排气通风 系统中，通风阻力一般为1030Pa，或由下式计算：,a空气密度，kg/m3； L通风量，m3/s； 通风口流量系数； A进气口或排气口面积，m2。,109,如计算出的通风阻力过大，说明通风口面积不够，应予加大。 在通风口装有湿垫时，通风阻力约为2040Pa。 在一般估算时，也可一律按静压为32Pa确定风机的工况，计算风量。 如室外自然风影响风机通风时，风机静压还应增大，可按5060Pa估计。或在32Pa静压确定的风机风量基础上，增加10%15%。,110,2）风机的配置,型号和数量，总风量满足必要通风量的要求； 为使室内气流分布均匀，风机的间距一般应小于8米，风机与进风口间距离越短，风机的间距应越小； 大直径风机效率一般比小直径风机高，但单台风量过大、台数过少时，不便分级调节风量，应综合考虑效率与方便调节的要求，合理选择风机型号、数量，可以采用多台大小风机，适当分组控制后，以满足不同情况下的通风要求。,111,室内循环通风,当温室窗户关闭时，室内外基本上不存在自 然通风。此时，由于温室覆盖材料的散热等原 因，会导致室内温度、湿度等重要的环境因子分 布不均，对于室内某一区域，温度和湿度也将变 得很不稳定，直接影响作物生长的均匀性，在某 些温度或湿度十分不宜的区域，更会对作物生长 产生恶劣影响。此时，必须采用室内循环通风， 使温室内气候均匀一致，为作物维持一个稳定而 适宜的气候环境。另外，采用湿帘风机降温的温 室，循环通风也是非常必要的。,112,平行式,113,连续式,114,115,116,117,三、通风管道的水力计算,假定流速法计算步骤： 绘制通风系统轴测图，对各管段进行编号，标注长度和风量； 选择风管内的空气流速； 一般工业通风管道中常用的空气流速（m/s）,118,根据各管段的风量和选择的风速，确定各管段的断面尺寸，并根据通风管道的统一规格进行调整，再用规格化的端面尺寸及风量算出风管内实际流速； 计算沿程阻力和局部阻力； 对并联管路进行阻力平衡，计算系统的总阻力； 根据系统的总阻力和总风量选择风机。,KL风量附加安全系数， KL=1.01.1 KP风压附加安全系数， KP=1.11.15,124,第四节 进排气口气流分布,一、进气口空气射流 1、空气射流的概念与分类 空气从孔口或管嘴以一定速度流出后，气流 在空间的运动过程，称为气体淹没射流，简称 气体射流。 主要讨论的是出流后的流速场、温度场和浓 度场。,125,分类,按流态：层流射流和紊流射流 按是否受限：自由射流和受限射流 按射流温度与室温差异：等温射流和非等温射流 对于非等温射流：冷射流和热射流 按孔口形式：圆形、矩形、缝隙射流,126,2、等温自由紊流射流,由于射流为紊流型，紊流的横向脉动造成射 流与周围介质之间不断发生质量、动量交换，带 动周围介质流动，使射流的质量流量、射流的横 断面沿x方向不断增加，形成了向周围扩散的锥体 状流动场。,127,128,129,射流轴心速度计算公式： 射流断面直径计算公式： x射流断面至射流出口的距离； Vx射程x处的射流轴心速度； V0射流出口速度； dx射程x处射流直径； d0送风口直径； a紊流系数。,130,a与出口断面上紊流强度（ ）有关，越大，说明射流在喷嘴前已“紊乱化”，具有较大的与周围介质混合的能力；此外，还与射流出口断面上速度分布的均匀性有关，越均匀，值越小.,131,3、非等温受限射流,（1）轴心温差计算公式： Tx射流主体段内横断面上轴心点与周围空 气温度的差值。 T0射流出口与周围空 气温度的差值。,132,热量扩散比动量扩散快些，即射流的温度扩散角大于速度扩散角，因而射流的温度衰减比速度衰减更快。,133,（2）阿基米德数Ar,To射流出口温度 Ti室内空气温度 当To Ti（热射流），Ar 0，射流上弯 当To Ti（冷射流），Ar 0，射流下弯,Ar在非等温射流中起重要的作用，决定射流弯曲程度的主要因素，综合反映浮升力与惯性力两方面的作用。,134,只考虑重力和浮力作用： 轴心轨迹实验公式： 出口轴线与水平面夹角为时，轴心轨迹为：,135,（3）贴附效应,射流贴近天花板的一侧不能卷吸空气，因而速度增加，静压减小；但是射流的下部却因流速小而静压大，这样上下的压力差将射流向上举，使气流贴附于板面流动，造成射流的贴附现象。 在工程中常利用贴附效应来增加送风口的射 流射程，并可减少水平射流的下降距离。,136,137,二、排气口空气流动规律,排气口速度场近似一个稍扁的球面，等速面为椭球面。,138,三、进气口与排气口形式,1、进气口 （1）缝隙式进气口 缝隙式进气口的位置决定于畜舍的跨度,小于12m，沿两侧屋檐下设置连续的缝隙式进气口,大于12m，应增加天花板中央的缝隙式进气口,139,140,缝隙式进气口的流速,进气射流特征： 1、进气射流的初始速度直接影响射流气体只任意一点的 空气速度； 2、进气射流的射程（x）与进气口初始速度(v0)成正比； 3、进气射流的初始速度越高，射流气流下沉就越 慢，新鲜空气和畜舍内空气的混合就与越充分； 4、进气射流的动量依赖于进气初始速度和空气流量。,141,冬季 缝隙 式进 气口 设置,142,综上所述，无论在冬季还是在夏季，都必须要求进气口高气流速度的重要性。根据设施通风系统的形式、建筑的跨度等因素来考虑。任何形式的进气口的射流速度应为3.5 5.0m/s，其相对应的进气口内外空气压差为1020Pa，当进气口的射流速度低于1 2m/s，对畜禽舍内空气分布是很不利的。,143,进气口的面积,当空气流过进气口时，由于孔口的收缩效应，喷射出的气流横断面将收缩为孔口总的有效面积的60 80，收缩后会增加空气的初始速度。,144,L畜舍通风量，m3/s； 孔口收缩系数，一般取0.6； V进口空气流速，m/s。,145,进气口的控制,146,（2）矩形进气口,在天棚或侧墙上 等距离设置矩形 进气口，保证舍 内气流分布均 匀。侧墙上相邻 进气口中心距离 为跨度的0.4倍， 窗间墙一般为 1.01.5m。,跨度小于9m时，可采用一侧进气的横向通风； 跨度大于9m时，应采用中央屋脊排气，两侧纵墙进气。,147,2、排气口,大量研究证明：排气口的位置对舍内气流分布影响不大，而影响新鲜空气分布的主要因素是进气口的位置、形状和面积。 较合理的通风系统是在背风面集中布置一个或两个排风点。 排气风机的外侧安置百叶窗，以免风机停转时发生室外空气的倒灌现象；里侧应安装金属网罩，防止风机叶片伤害牲畜。,148,第六节 农业设施的降温技术,一、概述 无降温设施时的温室控温能力一般情况最大限度仅 能控制室温室外气温12 我国的夏季气候条件 在长江流域及其以南的多数地区（除少数地区，如昆明 等地以外） 七、八月平均气温达28左右； 最高气温30日数平均每年50130日； 最高气温35天气的日数平均每年1530日。 在黄河流域及其以北，也有较多地区 七、八月平均气温达到25以上； 最高气温30的日数平均每年3080日； 最高气温35的日数平均每年125日。,149,150,151,人工降温措施：机械制冷 冷水降温 蒸发降温,机械制冷 利用压缩制冷设备制冷； 制冷量大，降温能力强，不受外界条件限制； 制冷的同时可除湿； 设备投资费用高； 运行费用高。,152,冷水降温 利用低温冷水吸收空气中的热量，降低空气的温度； 降温效果取决于冷水温度，如水温足够低，气温可降低至湿球温度以下，可除湿； 耗水量大。,153,蒸发降温 水在空气中蒸发，从空气中吸收热量，降低空气温度； 设备简单，费用低（约为机械制冷降温系统的七分之一）； 降温效果显著，运行费用低（约为机械制冷降温系统的十分之一）； 耗水量小。,154,分析比较,冷水降温冷水温度12，吸热后温度升高到22，温升10消耗每kg冷水所吸收的热量为41.8kJ 蒸发降温每kg水蒸发所能吸收的热量为2442kJ 消耗每kg水从空气中吸收的热量，蒸发降温为冷水降温方法的58倍； 或在吸收相同热量的情况下，蒸发降温的耗水量仅为冷水降温的1/58； 不足之处： 降温的同时，会增加空气的湿度； 降温效果受气候条件影响，在湿度较大的天气下不能获得好的降温效果。,155,二、蒸发降温原理,蒸发降温的技术与设施二大类：湿垫（湿帘） 雾化 湿垫降温 水附着在吸水材料表面，与流经材料表面的空气接触而蒸发吸热。 雾化降温 雾化水滴喷入空气中，与空气接触蒸发吸热。,156,蒸发降温的热力过程,绝热加湿降温过程 等焓加湿过程,157,蒸发降温过程中空气的状态近似沿等焓线变化； 空气的状态变化：温度下降，含湿量增大，相对湿度增大，焓近似不变； 蒸发降温的极限是空气的湿球温度。 例： a点的室外空气状态为干球温度35，湿球 温度为25，相对湿度45%，含湿量为16g/kg干空 气。经蒸发降温后的b点干球温度降低为26，气 温下降了9，而含湿量增加到19.5g/kg干空气， 增加了3.5g/kg干空气，相对湿度增加到90%，而 焓基本保持76kJ/kg干空气不变。,158,经蒸发降温设备处理后，空气实际能够达到的温度越接近湿球温度，说明其降温过程进行越充分。 通常采用降温效率 作为评价蒸发降温技术和设备的降温性能优劣的指标：,ta，tb 降温前、后的空气温度（干球温度）， tw空气的湿球温度，。,159,tatw为空气的干球与湿球温度差，是理想情 况下蒸发降温可以达到的最大降温幅度，而tatb 为空气经蒸发降温处理后实际达到的降温幅度。 可见降温效率 是反映蒸发降温技术或设备的降温 能力与理论最大可能降温能力接近程度的评价指 标，其值小于1。,160,已知降温技术和设备的降温效率 ，根据室外 气候条件，可计算空气经降温处理后的气温为： 由上可知，蒸发降温的降温效果（降温幅度）的影响因素： 1、降温设施的性能（降温效率 ）； 2、室外气象条件，天气越干燥，干、湿球温差越大，降温效果越好。反之在潮湿的天气下，干、湿球温差较小，则即使降温设施降温效率较高，也不会取得较好的降温效果，这是蒸发降温的最大弱点。,161,162,我国气候条件下蒸发降温适应性的简单分析,黄河流域及以北地区 在需降温的室外气温较高时刻（正午），相对湿度约在40%50%甚至更低，蒸发降温有较好的效果； 降温幅度通常可达710； 夏季空调室外计算湿球温度在27以下，在蒸发降温设备一定的降温效率下，室外空气经过蒸发降温处理，气温约可降低至2628； 考虑空气进入温室后的温升，气温一般约可控制在2830以下。,163,长江流域及以南地区 连阴雨天气相对湿度高达80%，但该时期气温多在30以下； 在需降温的室外气温较高时刻（正午），相对湿度约为50%60%，蒸发降温可发挥较明显的效果； 蒸发降温幅度可达58； 夏季空调室外计算湿球温度约为2728.5，室外空气在经过蒸发降温处理后，气温约可降低至2830； 考虑空气进入温室后的温升，气温一般约可控制在2932以下。,164,蒸发降温耗水量,da，db 降温前、后的空气含湿量，g/kg干空气 L通风量，m3/s v湿空气比容，m3/kg干空气,165,蒸发降温耗水量的简化计算,由： 考虑到蒸发降温的湿空气热力过程近似为等焓过程，降温前、后焓近似不变的关系，有：,kJ/kg干空气,166,即： 式中的系数： 物理意义：使单位体积空气的温度每降低1所需蒸发水量，在温室蒸发降温常见的空气状态变化范围内，其值变化不大，约等于0.450.48g/(m3)，在工程计算中一般可直接取为0.46g/(m3)即可。即有： E = kd(tatb)L0.46(tatb)L g/s,167,三、湿垫风机蒸发降温系统,168,169,170,171,174,175,176,1、湿垫的特性,材料：白杨刨花、棕丝、 多孔混凝土板、塑料、棉 麻或化纤纺织物等等多孔 疏松的材料，波纹纸质湿 垫最为多用。 尺寸：波纹纸质湿垫厚 80200mm，高度一般 12m。,177,特点： 通风阻力较小 热质交换表面积大、降温效率高，工作稳定可靠 安装使用简便 长期使用时空气中尘垢与水中盐类在纸帘上的沉积将降低其效率，并增大通风阻力 使用后易产生收缩与变形，使用寿命还有待提高,178,湿垫的技术性能：,降温效率 70%90% 通风阻力 1060Pa 与 主要与湿垫厚度及过垫风速vp（通风量/湿垫面积）有关。 湿垫越厚、过垫风速越低，则降温效率越高； 湿垫越厚、过垫风速越高，则通风阻力越大。,179,为使湿垫具有较高的降温效率，同时减小通风阻力，过垫风速不宜过高，但也不能过低，否则使需要的湿垫面积过分增大，设备费用增加，一般取过垫风速为12m/s。,180,2、湿垫风机降温系统设计计算,湿垫面积： L设计通风量，m3/s； vp过垫风速，m/s，一般取vp12m/s。 根据所需湿垫面积，可确定湿垫高度和宽（长）度，一般湿垫高度为12m。,181,湿垫降温的水循环系统的供水量： Lw=3600nwE/106 m3/h E = kd(tatb)L0.46(tatb)L g/s nw湿垫耗水系数，即湿垫供水量与实际蒸发水量之 比，一般取nw515，水质或环境条件较差时取 较大值。 或： Lw=nLLp m3/h Lp湿垫长度，m； nL经验系数，t/(mh)，可取nL0.10.5t/(mh)，湿 垫高度较大时取较大值。,182,循环水池的容积：,Lp，Hp，Bp 分别为湿垫的长度、高度、厚度，m nV经验系数，一般可取nV0.30.5。,m3,183,例35： 北京地区某密闭式蛋鸡舍，跨度为12m，饲 养间长57m，舍内空间平均净高为3.2m。经分析 计算在夏季鸡舍内部需要排除的余热为 Q=8500W。该鸡舍拟采用纵向负压通风的湿垫 风机降温系统，试计算要保证舍内平均气温不 高于29时所需要通风量和湿垫用量，并选择 风机和确定湿垫供水量。,184,解 确定室外气象计算参数 北京地区：室外干球温度ta=33.2 室外湿球温度tw=26.4 确定通风系统的进风和排风的温度 舍外空气经湿垫降温后进入鸡舍温度: 排风温度:,185,计算必要通风量 通风量满足舍内通风横断面上平均风速的要求 设计通风量按较大值确定为L=38.4m3/s=138240m3/h 选用风机 选用4台9FJ12.5和2台9FJ7.1风机,暂按静压32Pa,186,计算湿垫用量 取过流风速vp=1.5m/s 确定采用厚度Bp=100mm,高度Hp=1.8m,湿垫 总宽度Lp=16m,则湿垫的实际面积Ap=28.8m 湿垫分成两部分对称地布置在鸡舍的一端, 每部分宽8m,面积14.4m2.,187,根据已确定的风机与湿垫验算前面的计算结果 由选择的湿垫实际计算面积计算过流风速 查得通风阻力为18Pa,与假定有较大差距,查 得湿垫通风效率为76,与前面假使也存在差距. 查得18Pa时,六台风机的总风量: L=431000+2 13200=150400 m3/s 过垫风速:,188,再查得该风速下湿垫通风阻力p=20Pa,两台 风机总风量: L= 430900+2 13200=150000 m3/h 过垫风速: 计算结果趋于一致,所以确定实际总风量为 150000m3/h,过垫风速为1.45m/s,通风阻力为20Pa, 并查得降温效率为75 .则进风气温:,189,排风温度: 排除舍内多余热量再验算必要通风量 湿垫供水系统的计算 每部分湿垫进入鸡舍的空气流量为: 1500002=75000m3/h=20.83m3/s,190,空气经湿垫降温后的气温为ta与tj,蒸发量为: 取耗水系数nw=10,则供水量: 循环水池的容积:,191,华北某地区某密闭式鸡舍跨度为12m，长80m，舍内净高2.5m。考虑夏季通风降温的要求，拟采用湿垫纵向通风系统，在鸡舍一端安装风机，另一端安装湿垫。为促进鸡只体热散发，按舍内达到1.8m/s的平均气流速度确定通风量。试选择和配置合适的湿垫风机降温系统，选配风机、湿垫和供水量。如按舍内气温从进风口至排风口有3左右的温升，试计算在夏季（空调室外计算干球温度为34.8，室外计算湿球温度tw=26.7）舍内的平均气温（进风口与排风口气温平均值）为多少。,192,3、湿垫冷风机,型式: 下吹式 上吹式 侧吹式 使用灵活，对温室密闭性无要求，方便控制降温后的冷风输送方向和位置； 每台风量20009000m3/h； 设备投资费用比湿垫风机降温系统大。,193,四、喷雾降温系统,雾化降温是采用液力或气力雾化的方法向空气中直接喷入雾滴使之蒸发冷却空气。水喷成雾状后，其总表面积大大增加，雾滴越小，单位体积的表面积越大，越有利于增加与空气的接触表面积，加速蒸发。雾化降温有室内细雾降温与集中雾化降温等多种方式。,194,1、室内细雾降温,是在温室内直接喷雾的方法。为使雾滴在喷出后，能在下落地面的过程中完全蒸发，防止其落下淋湿植物或造成地面积水，以致室内湿度过高，产生病害及管理不便，要求雾滴高度细化。,195,雾粒分布,196,不同直径雾粒的蒸发时间,197,特征,投资较低； 安装简便，使用灵活（自然通风与机械通风均可使用）； 可兼用于喷洒消毒、除病虫的药剂； 全室内平均降温效率20%60%； 要求雾滴直径在50m80m以下； 喷雾量难于根据使用条件进行调节，易喷雾过量，造成淋湿动、植物、地面积水和室内过高湿度的情况。,198,喷雾设备,液力雾化 气力雾化 离心式雾化 液力雾化 采用高压水泵产生高压水流，通过液力喷嘴喷出雾化。 雾化量大，设备简单，设备费和运行费用低； 雾滴粒径的大小取决于喷嘴和喷雾压力，压力越高雾滴越细，通常采用0.72MPa的喷雾压力。 较好的液力雾化喷嘴，采用较高的喷雾压力，其雾滴粒径仍较大（其最大粒径达120m左右）。,199,气力雾化 采用高速空气流进行雾化，需要压缩空气设备，投 资较高，实际应用很少。 离心式雾化： 将水流送到高速旋转的圆盘，当水从圆盘边缘高速 甩出时与空气撞击而被雾化。产生的雾滴粒径小，不需高 压水泵，不会产生堵塞。但需高转速的动力，设备费用较 高。另外，其产生的雾滴四处飞散，导向性差，为此，离 心式雾化器往往做成和轴流风机组合成一体的设备喷 雾风机，利用轴流风机排风口的射流输送雾滴和控制雾滴 撒布的方向。,200,201,202,为使雾滴喷出后有足够的在空气