设施温度环境及其调控

1、第三节第三节 温度环境及其调控温度环境及其调控 一、温室作物对环境的基本要求一、温室作物对环境的基本要求 二、温室的热平衡原理二、温室的热平衡原理 三、保温技术三、保温技术 四、加温技术四、加温技术 五、降温技术五、降温技术 表表1 1 几种果菜类蔬菜生育的适宜气温、地温及界限温度几种果菜类蔬菜生育的适宜气温、地温及界限温度 1 1、温度三基点、温度三基点 一、一、温室作物对温度的基本要求温室作物对温度的基本要求 蔬菜蔬菜 种类种类 昼气温昼气温夜气温夜气温地温地温 最高最高 界限界限 最适最适 温温 最适最适 温温 最低最低 界限界限 最高最高 界限界限 最适最适 温温 最低最低 界限界限

2、番茄番茄35 25 20 138525 18 15 13 茄子茄子35 28 23 18 13 1025 20 18 13 甜椒甜椒35 30 25 20 15 1225 20 18 13 黄瓜黄瓜35 28 23 15 10 825 20 18 13 西瓜西瓜35 28 23 18 13 1025 20 18 13 温室温室 甜瓜甜瓜 35 30 25 23 18 1525 20 18 13 普通普通 甜瓜甜瓜 35 25 20 15 10 825 18 15 13 南瓜南瓜35 25 20 15 10 825 18 15 13 一、一、温室作物对温度的基本要求温室作物对温度的基本要求 表表

3、2 2 几种果菜类蔬菜生育的适宜气温、地温及界限温度几种果菜类蔬菜生育的适宜气温、地温及界限温度 （单位：（单位：） 蔬菜种类蔬菜种类 气温气温 最高气温最高气温最适温最适温最低界限最低界限 菠菜菠菜2520158 萝卜萝卜2520158 大白菜大白菜2318135 芹菜芹菜2318135 茼蒿茼蒿2520158 莴苣莴苣2520158 甘蓝甘蓝201772 花椰菜花椰菜2220102 韭菜韭菜3024122 温室韭黄温室韭黄30271710 一、一、温室作物对温度的基本要求温室作物对温度的基本要求 2 2、变温管理：、变温管理： 依据随光照昼夜变化的作物生理活动的中心，将依据随光照昼夜变化的

4、作物生理活动的中心，将 一日的时间划分为促进光合作用时间带、促进光合一日的时间划分为促进光合作用时间带、促进光合 产物转运的时间带和抑制呼吸消耗时间带等若干时产物转运的时间带和抑制呼吸消耗时间带等若干时 段。段。 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 1 1、温室温度变化特征、温室温度变化特征 (1)(1)、气温的季节变化、气温的季节变化 温室内的温度 状况随太阳辐射和室外气温的变化而 变化。有昼高夜低、大温差的特点。 日光温室内的冬季天数可比露地缩短 35个月，夏天可延长23个月，春 秋季也可延长2030d。 （2 2）、气温的日变化）、气温的日变化 春季不加温温 室

5、气温日变化规律，其最高与最低气 温出现的时间略迟于露地，但室内日 温差要显著大于露地。 上午日出后，每小时可升温5-8，正午时可以高于室外15-20。 下午每小时可降3-6，至凌晨最低。中国北方的节能型日光温室， 由于采光、保温性好，冬季日温差高达1530，在北纬40左右 地区不加温或基本不加温下能生产出黄瓜等喜温果菜。 图1 无加温温室内温度的日变化 i:室内气温 o：室外气温 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 1 1、温室温度变化特征、温室温度变化特征 (3)(3)、温室内气温的空间分布、温室内气温的空间分布 空间分布具有一定的不均匀性。 (4)(4)、设施内、

6、设施内“逆温逆温”现象现象 通常温室内温度都高于外界，但在无多重覆盖的塑 料拱棚或玻璃温室中，日落后降温速度往往比露地快，常 常出现室内气温反而低于室外气温12的逆温现象。此 外室内气温的分布存在不均匀状况，一般室温上部高于下 部，中部高于四周。 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 2 2、温室的热平衡原理、温室的热平衡原理 温室内的热量Q=进入温室内的热 量（Qi）散失的热量（Qo）。 温室内的热量来自两方面：一是太 阳幅射能，另一部分早班人工加热量。 热量的支出则包括如下几个方面： 地面、覆盖物、作物表面有效辐射失热 ；以对流方式，温室内土壤表面与空气 之间、空气

7、与覆盖物之间热量交换，并 通过覆盖物表面失热；温室内土壤覆盖 表面蒸发、作物蒸腾、覆盖物表面蒸发 ，以潜热形式失热；通过排气将显热和 潜热排出；土壤传导失热。 综上所述，可写出温室的热量平衡议程式如下： svcifgr qqqqqqq （5.1） 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 2 2、温室热支出的各种途径、温室热支出的各种途径 (1)(1)、贯流放热、贯流放热 把透过覆盖材 料或围护结构的热量叫做温室表 面的贯流传热量。 贯流传热量的表达式如下： )( or ttAvhtQt （5.2） 式中：Qt贯流传热量，kJh-1; Aw温室表面积，m2； ht热贯流率，

8、kJm-2h-1-1； tr温室内气温； to温室外气温。 热贯流率的表达式为： rororr h d ha ht 11 1 式中r, ro,hr,hro分别为温室内外的对 流传热率和辐射传热率，为导热率，d为 材料厚度。 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 2 2、温室热支出的各种途径、温室热支出的各种途径 (1)(1)、贯流放热、贯流放热 由式（5.2）可知，热贯流Qt就是由室内外温差引起的， 由室内流到室外的全部热量。表3列出若干物质的热贯流率。 表表3 3 各种物质的热贯流率各种物质的热贯流率 （单位（单位J J：km-2h-1-1km-2h-1-1） 种类种

9、类规格（规格（mm）热贯流率热贯流率种类种类规格（规格（cm）热贯流率热贯流率 玻璃玻璃2.520.92木条木条厚厚83.77 玻璃玻璃33.520.08砖墙（面抹砖墙（面抹 灰）灰） 厚厚385.77 聚氯乙烯聚氯乙烯单层单层23.01钢管钢管47.8453.97 聚氯乙烯聚氯乙烯双层双层12.55土墙土墙厚厚504.18 聚乙烯聚乙烯单层单层24.29草苫草苫12.55 合成树脂板合成树脂板FRP，FRA， MMA 20.92钢筋混凝土钢筋混凝土518.41 同上同上双层双层14.64钢筋混凝土钢筋混凝土1015.90 (2)(2)、通风换气放热、通风换气放热 温室内自然通风或强制通风，建

10、筑 材料的裂缝，覆盖物的破损，门、窗缝隙等，都会导致室 内的热量流失。 温室内通风换气失热量 包括显热失热和潜热失热两 部分，显热失热量的表达式如下： Qv=RVF(tr-to) 式中：Qv整个设施单位时间的换气失热量； R每小时换气次数（表4）; F空气比热，F=1.3 kJm-2h-1-1; V设施的体积，m3。 2 2、温室热支出的各种途径、温室热支出的各种途径 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 2 2、温室热支出的各种途径、温室热支出的各种途径 (2)(2)、通风换气放热、通风换气放热 表表4 4

11、 每小时换气次数（温室密闭时）每小时换气次数（温室密闭时） 保护地类型保护地类型覆盖形式覆盖形式R R（次（次hh-1 -1） ） 玻璃温室玻璃温室单层单层1.51.5 玻璃温室玻璃温室双层双层1.01.0 塑料大棚塑料大棚单层单层2.02.0 塑料大棚塑料大棚双层双层1.11.1 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 2 2、温室热支出的各种途径、温室热支出的各种途径 (3)(3)、土壤传导失、土壤传导失 z t qs 土壤传导失热包括土壤上下层之间的传热和土壤横 向传热，垂直方向上的传导失热，可以用土壤传热方程表示。 式中 z t 表示某一时刻土壤温度的垂直变化。其

12、中t表示土壤温 质地、万分等有关外，还与土壤湿度有关，随土壤湿度增大而增大。 度，z表示土壤深度，为微分符号。是土壤的导热率， 除与土壤 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 2 2、温室热支出的各种途径、温室热支出的各种途径 (3)(3)、土壤传导失、土壤传导失 综上所述，不加温的目光温室内热收支平衡可用综上所述，不加温的目光温室内热收支平衡可用 上页图上页图5-185-18加以概括，夜间室内空气的热量来源是地加以概括，夜间室内空气的热量来源是地 中供热，热量失散主要是贯流放热和换气放热，据测中供热，热量失散主要是贯流放热和换气放热，据测 定不加温温室通过贯流放热占总

13、耗热定不加温温室通过贯流放热占总耗热75%-80%75%-80%，缝隙散，缝隙散 热也叫通换气放热，北方的日光温室由于密封性好，热也叫通换气放热，北方的日光温室由于密封性好， 占总耗热量的占总耗热量的5%-6%5%-6%，土壤横向热传导约占总耗热量，土壤横向热传导约占总耗热量 13%-15%13%-15%。 二、二、温室的温度环境特点与热平衡温室的温度环境特点与热平衡 2 2、温室热支出的各种途径、温室热支出的各种途径 (3)(3)、土壤传导失、土壤传导失 三、三、温室保温技术温室保温技术 1 1、温室保温措施、温室保温措施 根据上述热收支状况分析，保温措施要考虑减少贯流放热、换 气放热和地中

14、热传导，在白天尽量加大室内土壤对太阳辐射的吸收 率。 (1)(1)、采用多层覆盖，减少贯流放热量、采用多层覆盖，减少贯流放热量 多层覆盖是最有效、实用、 经济的方法。 表表5-1 5-1 不加温温室多层覆盖室内外温差不加温温室多层覆盖室内外温差 层数层数 温差温差 单层覆盖单层覆盖双层覆盖双层覆盖 三层覆盖三层覆盖 四层覆盖四层覆盖 无小棚无小棚一重为小棚一重为小棚 平均（平均（）+2.3+2.3+4.8+4.8+6.3+6.3+9.0+9.0+9.0+9.0 标准差标准差1.11.11.41.41.41.40.70.70.70.7 最小（最小（）-1.7-1.7+1.7+1.7+4.1+4.

15、1+8.0+8.0 最大（最大（）+4.5+4.5+7.0+7.0+7.6+7.6+9.0+9.0 备注备注大部分一层为小棚膜大部分一层为小棚膜 三、三、温室保温技术温室保温技术 1 1、温室保温措施、温室保温措施 (1)(1)、采用多层覆盖，减少贯流放热量、采用多层覆盖，减少贯流放热量 固定双重覆盖 保温覆盖 双重中空板 充气膜塑料棚 固定式双重覆盖（俗称双大棚） 保温帘 一层保温帘 二层保温帘 保温帘 草帘 泡沫塑料保温被 其它 小拱棚 浮面覆盖 三、三、温室保温技术温室保温技术 1 1、温室保温措施、温室保温措施 (1)(1)、采用多层覆盖，减少贯流放热量、采用多层覆盖，减少贯流放热量

16、三、三、温室保温技术温室保温技术 1 1、温室保温措施、温室保温措施 (2)(2)、增大温室透光率、增大温室透光率 (3)(3)、增大增大保温比、增大增大保温比 (4)(4)、设置防寒沟，防止地中热量横向流出、设置防寒沟，防止地中热量横向流出 (5)(5)、农业设施的保温（建筑保温）、农业设施的保温（建筑保温） 总热阻： i oi o R t ntt R )( min ti-冬季室内计算温度 to-冬季室外计算温度 n-温度修正系数 Ri-内表面换热阻 t-室内气温与外壁内表面之间的容许温差。 保温层厚度： )( minxooxx RR 三、三、温室保温技术温室保温技术 2 2、常用农业生产温

17、室的保温设计要求、常用农业生产温室的保温设计要求 表表6 6 通常畜舍内要求的适宜温度通常畜舍内要求的适宜温度 种类种类 畜禽要求的环境温度（畜禽要求的环境温度（） 畜舍控制的温度（畜舍控制的温度（） 成年乳牛成年乳牛最佳产奶温度最佳产奶温度10-2010-20，但，但6-256-25对产量影响不大对产量影响不大 5-165-16 肉牛肉牛最佳温度最佳温度 牛犊牛犊 出生时为出生时为10-1510-15，此后逐渐下降，在小肉牛生产中，需，此后逐渐下降，在小肉牛生产中，需 要较高的温度，为要较高的温度，为15-2215-22 成年猪成年猪适宜环境温度为适宜环境温度为4-304-30，高温时应防护

18、太阳辐射，高温时应防护太阳辐射 2-242-24 育肥猪育肥猪在断奶时为在断奶时为2525，长到，长到90-110kg90-110kg时降低到时降低到1515 产仔母猪产仔母猪 母猪为母猪为15-2015-20，仔猪出生时为，仔猪出生时为3030，其后逐渐降到，其后逐渐降到2121， 断奶时为断奶时为2525 产蛋鸡产蛋鸡最佳温度最佳温度20-2520-255-295-29 肉鸡肉鸡在舍内饲养为在舍内饲养为16-2516-2513-2413-24 孵化器孵化器 刚出生的小鸡为刚出生的小鸡为3535，然后每天大约下降，然后每天大约下降0.50.5，四周以，四周以 后降至后降至18-2018-20

19、 25-3025-30 三、三、温室保温技术温室保温技术 2 2、常用农业生产温室的保温设计要求、常用农业生产温室的保温设计要求 表表9 9 农场建筑需要的总热阻值农场建筑需要的总热阻值 气候地区气候地区总热阻值总热阻值 （m m2 2）/W/W 墙墙天花板天花板 温暖地区（温暖地区（00）1.591.592.122.12 适中地区（适中地区（0-0- 1010） 1.591.592.822.82 寒冷地区（寒冷地区（- 1010） 2.472.473.593.59 三、三、温室保温技术温室保温技术 2 2、常用农业生产温室的保温设计要求、常用农业生产温室的保温设计要求 表表10 10 日光温

20、室围护结构低限热阻值日光温室围护结构低限热阻值 室外设计温度室外设计温度 低限热阻值低限热阻值 （m m2 2）/W/W 后墙、山墙后墙、山墙后屋面后屋面 441.11.11.41.4 12121.41.41.41.4 21211.41.42.12.1 26262.12.12.82.8 32322.82.83.53.5 三、三、温室保温技术温室保温技术 2 2、常用农业生产温室的保温设计要求、常用农业生产温室的保温设计要求 表表12 12 畜舍的最低总热阻畜舍的最低总热阻 冬季总度冬季总度 日日 推荐的最低总热阻值推荐的最低总热阻值 （m m2 2）/W/W 前开敞式畜舍前开敞式畜舍半开敞畜舍

21、半开敞畜舍环境控制畜舍环境控制畜舍 墙墙屋顶屋顶墙墙屋顶屋顶墙墙屋顶屋顶 2 5006 0016 0011.061.062.122.124.404.403.533.535.815.81 三、三、温室保温技术温室保温技术 2 2、常用农业生产温室的保温设计要求、常用农业生产温室的保温设计要求 表表11 11 北方主要城市日光温室墙体设计参考值北方主要城市日光温室墙体设计参考值 城市城市 室外设室外设 计温度计温度 墙体低限热阻值墙体低限热阻值 土墙厚度土墙厚度 （m） （m2）/W 最大值最大值 最小最小 值值 郑州郑州 71.211.04 0.86 西安西安 81.251.08 0.96 济南

22、济南 101.331.15 0.98 北京北京 121.401.21 1.04 银川银川 181.401.21 1.11 沈阳沈阳 211.401.21 1.11 乌鲁木齐乌鲁木齐 24 2.101.81 1.21 哈尔滨哈尔滨 29 2.502.16 1.81 四、四、加温技术加温技术 1 1、常用的加温方式及特点、常用的加温方式及特点 表表13 13 采暖方式的种类与特点采暖方式的种类与特点 （吴毅明等依据冈田修正，（吴毅明等依据冈田修正，19901990） 采暖方式采暖方式方式要点方式要点采暖效果采暖效果控制性能控制性能维修管理维修管理设备费用设备费用适用对象适用对象其他其他 热风采暖热

23、风采暖直接加热空直接加热空 气气 停机后缺少停机后缺少 保温性，温保温性，温 度不稳定度不稳定 预热时间预热时间 短，升温快短，升温快 因不用水，因不用水， 容易操作容易操作 比热水采暖比热水采暖各种温室各种温室不用配管和不用配管和 散热器，作散热器，作 业性好，燃业性好，燃 气由室内补气由室内补 充时，必充时，必 须通风换气须通风换气 热水采暖热水采暖用用6080 热水循环，热水循环， 或由热水变或由热水变 换成热气吹换成热气吹 入室内入室内 因水暖加热因水暖加热 温度低，加温度低，加 热缓和，余热缓和，余 热多，停机热多，停机 后保温性好后保温性好 预热时间预热时间 长，可根据长，可根据

24、负荷的变动负荷的变动 改变热水温改变热水温 度度 对锅炉要求对锅炉要求 比蒸汽的比蒸汽的 低，水质处低，水质处 理较容易理较容易 要用配管和要用配管和 散热器，成散热器，成 本较高本较高 大型温室大型温室在寒冷地方在寒冷地方 管道怕冻，管道怕冻， 需充分集护需充分集护 蒸气采暖蒸气采暖用用100 110蒸汽蒸汽 采暖，可转采暖，可转 换成热水和换成热水和 热风采暖热风采暖 余热少，停余热少，停 机后缺少保机后缺少保 温性温性 预热时间预热时间 短，自动控短，自动控 制稍难制稍难 对锅炉要求对锅炉要求 高，水质处高，水质处 理不严格理不严格 时，输水管时，输水管 易被腐蚀易被腐蚀 比热水采暖比热

25、水采暖 成本高成本高 大型温室大型温室 群，在高差群，在高差 大的地形上大的地形上 建造的温室建造的温室 可做土壤消可做土壤消 毒，散热管毒，散热管 较难配置较难配置 适当，容易适当，容易 产生局部高产生局部高 温温 四、四、加温技术加温技术 1 1、常用的加温方式及特点、常用的加温方式及特点 表表13 13 采暖方式的种类与特点采暖方式的种类与特点 （吴毅明等依据冈田修正，（吴毅明等依据冈田修正，19901990） 采暖采暖 方式方式 方式方式 要点要点 采暖采暖 效果效果 控制控制 性能性能 维修维修 管理管理 设备设备 费用费用 适用适用 对象对象 其他其他 电热电热 采暖采暖 用电用电

26、 热温热温 床线床线 和电和电 暖风暖风 加热加热 采暖采暖 器器 停机停机 后缺后缺 少保少保 温性温性 预热预热 时间时间 短，短， 控制控制 性最性最 好好 操作操作 最容最容 易易 设备设备 费用费用 低低 小型小型 育苗育苗 温室，温室， 土壤土壤 加温加温 辅助辅助 采暖采暖 耗电耗电 多，多， 生产生产 用不用不 经济经济 辐射辐射 采暖采暖 用液用液 化石化石 油气油气 红外红外 燃烧燃烧 取暖取暖 炉炉 停机停机 后缺后缺 少保少保 温性，温性， 可升可升 高植高植 物体物体 温温 预热预热 时间时间 短，短， 控制控制 容易容易 使用使用 方便方便 容易容易 设备设备 费用

27、费用 低低 临时临时 辅助辅助 采暖采暖 耗气耗气 多，多， 大量大量 用不用不 经济，经济， 有二有二 氧化氧化 碳施碳施 用效用效 果果 火炉火炉 采暖采暖 用地用地 炉或炉或 铁炉、铁炉、 烧煤，烧煤， 用烟用烟 囱散囱散 热取热取 暖暖 封火封火 后仍后仍 有一有一 定保定保 温性，温性， 有辐有辐 射加射加 温效温效 果果 预热预热 时间时间 长，长， 烧火烧火 费劳费劳 力，力， 不易不易 控制控制 较容较容 易维易维 护，护， 但操但操 作费作费 工工 设备设备 费用费用 低低 土温土温 室室 必须必须 注意注意 通风，通风， 防止防止 煤气煤气 中毒中毒 四、四、加温技术加温技

28、术 1 1、常用的加温方式及特点、常用的加温方式及特点 四、四、加温技术加温技术 2 2、最大采暖负荷的计算、最大采暖负荷的计算 在栽培期间最冷季节保持作物正常生育所需补充的热量，叫做 最大采暖负荷。 wssvtgg fqAqqAQ)( 式中：Qg最大采暖负荷，kJh-1; Ag温室表面积，m2; As温室内地面积，m2; qt单位面积的贯流热量，kJm-2h- 1; qv单位面积的换气传热量，kJm-2h-1; qs单位面积的地中传热量，kJm-2h- 1; fw风速校正系数（一般有保温覆盖的温室fw=1.0，强风地区单层覆盖的温室fw=1.1）； （1 1）贯流热量计算）贯流热量计算 上式

29、中的贯流热量（qr）可用下式求得： )1)( roitt fQQhq 式中：qt单位面积的贯流热量kJm-2h-1； ht热贯流率，kJm-2h-1，与覆盖材料的辐射特性有关，玻璃、合成树脂 板ht=27.209kJ.m-2.h-1.-1，聚氯乙烯薄膜ht=23.023kJ.m-2.h-1.-1,聚乙烯薄膜 ht=24.279 kJ.m-2.h-1.-1; Qi室内设定温度，；Qo室外设定温度，； Fr保温覆盖的节热率。 四、四、加温技术加温技术 2 2、最大采暖负荷的计算、最大采暖负荷的计算 表表14 14 保温覆盖的节热率（保温覆盖的节热率（frfr） ( (岗田，岗田，1980)1980) 保温方法保温方法保温覆盖材料保温覆盖材料 f fr r 玻璃玻璃薄膜薄膜 双层覆盖双层覆盖玻璃玻璃PVCPVC薄膜薄膜0.400.400.450.45 玻璃玻璃PEPE薄膜薄膜0.350.350.450.45 PEPE薄膜薄膜0.340.340.350.35 单层保温幕单层保温幕PVCPVC薄膜薄膜0.350.350.400.40 不织布不织布0.