风机湿帘安装高度-

1、进行了湿帘风机安装高度对降温效果影响的对比试验。试验结果表明:对于冠层高度不超过2m 的低矮作物,普通安装高度(湿帘高0.9m 、风机高0.5m 左右时,中、下层温度分别在30和28左右,可以满足作物生长发育的温度要求;但对于番茄等植株高大的作物,其冠层常达到温室上层的高温区(3435,适当提高安装位置(湿帘高2m 、风机高1m 左右,使得风机的流速场高于植株冠层顶部0.5m 左右,使作物冠层的空气温度只有2931,气温的垂直梯度只有4左右。关键词:湿帘风机降温系统安装高度中图分类号:S 625.1;S 625+3文献标识码:AC o o l i n gE f f e c t o fD i f

2、 f e r e n t I n s t a l l a t i o nH e i g h t o fWe t -c u r t a i nF a n -c o o l i n gS y s t e mZ h a n gS h u g e S o n gWe i t a n g T e n gG u a n g h u i G a oL i h o n g H u a n gZ h i d o n g(C h i n aA g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t yA b s t r a c tP r e s e n t l y ,t h e p r o

3、 b l e m e x i s t s g e n e r a l l yt h a t t h e v e r t i c a l t e m p e r a t u r e g r a d i e n t i ng r e e n h o u s e i s o f t e nm o r e t h a n 10i ns u m m e r .T o s o l v e t h i s p r o b l e m ,c o m p a r i s o ne x p e r i m e n t s w e r e c a r r i e d o u ti n o r d e rt od e

4、 t e r m i n eh o w t h ei n s t a l l a t i o n h e i g h to fw e t c u r t a i n a n d f a n -c o o l i n g s y s t e m i n f l u e n c e si t s c o o l i n ge f f e c t .T e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h et e m p e r a t u r eo f m i d d l ea n db o t t o m l a y e r s w e r e 30a n d 28i

5、 nt h e o r d i n a r y i n s t a l l a t i o nh e i g h t o f t h e c o o l i n gs y s t e m (t h e h e i g h t o f w e t c u r t a i n a n d f a n s w e r e 0.9m a n d 0.5m ,r e s p e c t i v e l y .T h i s c o u l d s a t i s f y t h eg r o w t h r e q u i r e m e n t o f c r o p s w h o s e c a

6、n o p yd i dn o t e x c e e d 2m b u t t h et e m p e r a t u r eo f u p p e r l a y e r w a s a b o u t 3435i nt h eo r d i n a r yi n s t a l l a t i o nh e i g h to f t h e c o o l i n gs y s t e m ,w h i c h c o u l d c a u s e g r o w t ho b s t a c l e f o r c r o p s w i t ht a l l a n db i g

7、 c a n o p y ,s u c ha st o m a t o .R a i s i n gt h ei n s t a l l a t i o n h e i g h to f t h e c o o l i n gs y s t e m (t h eh e i g h to fw e t c u r t a i na n d f a n s w e r ea b o u t 2m a n d 1m ,r e s p e c t i v e l y c o u l dl o w e r e f f e c t i v e l yt h et e m p e r a t u r eo

8、f u p p e r l a y e r .E x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e a i r t e m p e r a t u r e o f u p p e r l a y e r i n c o r r e s p o n d e n c e w i t h c a n o p y w a s c o o l e dd o w na t 2931a n dt h e v e r t i c a l t e m p e r a t u r e g r a d i e n t w a s o n l y 4.

9、K e y w o r d s We t c u r t a i n ,F a n s ,C o o l i n gs y s t e m ,I n s t a l l a t i o nh e i g h t收稿日期:20041103*北京市教育委员会共建项目建设计划资助(项目编号:X K 100190550张树阁中国农业大学工学院副研究员博士,100083北京市宋卫堂中国农业大学理学院副教授博士滕光辉中国农业大学水利与土木工程学院教授博士高丽红中国农业大学农学与生物技术学院教授博士黄之栋中国农业大学水利与土木工程学院教授引言我国从20世纪80年代开始,利用湿帘风机降温系统,对温室降温的热环

10、境进行研究1。湿帘风机降温系统的原理是:借助高温下水分蒸发将空气中的湿热吸收,转变为水蒸气中的潜热进行降温2=。由于其具有设备简单、成本低、产冷量大、运行可靠、安装方便等优点,在温室、畜舍等农业建筑上得到广泛应用,是较先进的夏季降温方式3。但目前湿帘风机降温系统也存在缺点,如温室内气温不均匀,垂直温差可达810等4。童莉等利用C F D数值模拟,讨论了湿帘高度对温室可控距离的影响,指出湿帘高度越大,可控距离越大5。在北京地区,夏季室外气温常达到35以上。温室缺乏降温措施或降温效果不良时,室内温度则会达到40左右,将严重影响作物的正常生长发育。因此,温室夏季降温就成为设施园艺作物越夏栽培的关键。

11、为了解决温室内气温不均匀、垂直温差大的问题,以满足种植冠层高大的番茄越夏长季节栽培为目的,对2种湿帘风机安装高度下的温室温度场进行试验。1材料与方法分别在2种湿帘风机降温系统的安装高度条件下,进行了夏季温室降温效果的试验研究。在华北型三连栋双层充气膜试验温室北墙安装湿帘,底部距地面高度0.9m,顶部距地面的高度2.7m,风机安装于南墙,距地面高度0.5m;在阶梯形不对称屋面三连栋玻璃试验温室北墙安装湿帘,底部距地面高度2m,顶部距地面的高度3.8m,风机安装于南墙,距地面高度1m6。测试时间都为2003年7月23日13:0014:00。1.1华北型三连栋双层充气膜试验温室华北型三连栋双层充气膜

12、试验温室为圆拱型、南北走向,分3跨、跨度8m,开间3m、分7个开间,总面积504m2。天沟高3.5m、屋脊高5.2m。南山墙为玻璃与P C板,东西侧墙为P C板与卷帘薄膜充气窗,北山墙为彩板聚苯乙烯复合保温板。湿帘长22 m,高1.8m。6台轴流风机,风机直径1.25m,风量25000m3/h。温室及湿帘风机降温系统安装位置如图1所示。温室内温度场测点分上、中、下3个层面,分别距地面高度3m、2m、1m。每一层面上纵横虚线交叉点及与温室边界交点为测试点。采用营养液深液流栽培方式,种植无限生长型番茄9株,每跨种植3株,株间中心距6m,每株冠层面积约40m2,冠层距地面高度2.5m。1.2阶梯形不

13、对称屋面三连栋玻璃试验温室阶梯形不对称屋面三连栋玻璃温室为东西走向,分3跨、跨度9m,7开间,每开间4m,总面积756 m2。从南跨到北跨,屋面呈逐渐升高的阶梯形;各跨为大南坡面、小北面的不对称屋面;温室除基础和北墙外,均采用玻璃作为覆盖材料。湿帘长25m,高1.8m。7台轴流风机,风机直径1.25m,风量为25 000m3/h。温室及湿帘风机降温系统安装位置如图2所示。图1双层充气膜温室及温度场测点布置示意图F i g.1S k e t c ho f d o u b l e-d e c ka e r i f y i n gm e m b r a n eg r e e n h o u s e

14、a n dt e m p e r a t u r e f i e l dm e a s u r i n gp o s i t i o n s1.湿帘2.风机图2阶梯形不对称屋面三连栋玻璃温室示意图F i g.2S k e t c ho f s t e p w i s e n o n-s y m m e t r i c a l3-s p a ng l a s s g r e e n h o u s e1.南跨2.中跨3.北跨4.天窗5.湿帘6.侧窗7.基础8.风机如图3所示,温度场测点也分上、中、下3个层面,每一层面上纵横虚线交叉点及与温室边界交点为测试点。图3玻璃温室温度场测试点分布示意图F

15、i g.3S k e t c ho f t e m p e r a t u r e f i e l dt e s t p o i n t l o c a t i o ni ng l a s s g r e e n h o u s e温室北跨采用营养液深液流,栽培无限生长型番茄4株,株间中心距6m,每株番茄冠层面积约29农业机械学报2006年40m2,冠层距地面高度2.9m。中跨采用浮板毛管法(F C H营养液栽培方式,等距布置13个栽培槽,每个栽培槽种植2行番茄。栽培槽南北走向,与降温时气流走向相同。南跨采用粗砂栽培方式,等距布置13个栽培槽,每个栽培槽种植2行番茄。栽培槽也是南北走向。中跨和

16、南跨中种植的番茄采取长季节栽培,生长架缆绳高2.5m。当植株长高到缆绳时,进行坐秧整枝,使得冠层顶部距地面不超过2.5m。2结果与分析2.1华北型三连栋双层充气膜温室的降温试验温室作物冠层内空气温度上升到35时,开启湿帘风机降温系统进行降温。图4为当气温稳定时,温室上、中、下层面及C断面的温度场。从图4a4c可以看出,中层的温度比上层低4左右,下层的温度又比中层低2左右,这是因为中、下层处于湿帘风机降温系统的气流通道中,并且又在番茄植株冠层的阴影内,因此温度要比上层低。中、下层温度分别在30和28左右,在番茄生长发育的适温范围内。对于冠层高度不超过2m的低矮作物,其冠层分布在气流通道上,试验温

17、室湿帘风机降温系统的降温效果,能够满足作物生长发育的适温要求。由图4c知,上层温度基本稳定在3435,这是因为上层只是处于湿帘风机降温系统气流通道的边缘,由于水汽湿重,主要对气流通道起降温作用,对上层的降温效果较差。当然,由于水的蒸发,气流通道上边缘也会有一定的温度下降,这一点可以从图4d中温室2.53m高度处的温度值得到。这样便在番茄冠层区域内出现高温,致使气温达到作物生长发育适温的高限。另外,按照图1温度测试点的布置位置进行风速测定的结果表明,温室内上层面的风速明显低于中层和下层面,且上层面的风速最不均匀,对应图1中A、C、E位置沿温室气流方向,上层面(作物冠层出现风速为零区域,即在作物冠

18、层内出现热空气滞流区;对应B、D位置沿温室气流方向上层面亦呈现较低风速(小于0.1m/s,这是由于B、D系列正处于没有作物冠层分布的通道上,空气流动阻力小于作物冠层内阻力所致。中下层面风速为0.10.3m/s。从而在盛夏高温季节,作物冠层由于生长在高温下,作物蒸腾加剧,叶片会因失水过多而严重萎蔫,甚至死亡。由图4d可以看出,温室湿帘风机降温系统正常工作时,由于湿帘、风机位置较低致使气流场较低,温室内距地面2m以上位置温度达到3132;2.5m以上即番茄冠层处达到3435。对于像番茄这种长季节栽培的作物,虽然该温室平均温度不高,但由于其湿帘风机降温系统的安装位置较低,已不能有效地降低作物冠层内的

19、温度,来满足图4双层充气膜温室开启降温系统时各层温度场F i g.4T e m p e r a t u r e f i e l dl a y e r s o f d o u b l e-d e c ka e r i f y i n gm e m b r a n e g r e e n h o u s e a t c o o l i n gs y s t e m o p e n i n g(a下层(b中层(c上层(dC断面番茄正常生长发育的适温要求。因此,对于番茄等植株冠层高大的作物,虽然目前一般连栋温室的平均气温调控范围可以满足生长发育的要求,但由于湿帘风机降温系统的布置不够合理,造成温室内垂

20、直温度梯度较大,冠层温度过高,影响作物的正常生长。而冠层高度不超过2m的低矮作物,由于冠层分布在气流通道上,湿帘风机降温系统的降温效果能够满足作物生长发育的适温要求。2.2阶梯形不对称屋面三连栋玻璃温室的降温试验使用清华同方温度自记仪,自动采集和记录温度数据,时间间隔5m i n。图5a5c为阶梯形三连栋玻璃温室,上、中、下3个层面的温度场,图5d为图3中温室D断面的温度场。由图5a5c可以看出,当湿帘风机降温系统正常运行时,温室下层的温度在2627之间,中层的温度在2829之间,上层的温度在2931之间;同一层面内,靠近风机的温度高于靠近湿帘的温度,即温度从北向南呈逐渐升高的趋势。上层温度场

21、与中层温度场相比,靠近湿帘的北跨、中跨其上层温度与中层温度接近,只是靠近风机位置的上层温度高于中层温度,并且温差不大,只有0.51。下层39第3期张树阁等: 湿帘风机降温系统安装高度对降温效果的影响温度明显低于中层和上层,温差在4左右。按照玻璃温室温度场测试点分布示图3所示测试点的布置,对玻璃温室风速进行测试。测试结果表明,玻璃温室上、中、下3个层面流速场分布与华北型三连栋双层充气膜试验温室湿帘风机降温系统满负荷工作时流速场分布相比较,对应作物冠层位置即上层面的风速有明显的提高,风速为0.20.8m /s ,玻璃温室的流速场得到进一步提高。中、下层面风速也有所提高,分别为0.61.0m /s

22、、0.41.0m /s。从而玻璃温室上、中、下层的温度低于华北型三连栋双层图5玻璃温室开启降温系统时各层温度场F i g .5T e m p e r a t u r e f i e l dl a y e r s o f g l a s s g r e e n h o u s e a t c o o l i n gs y s t e m o p e n i n g(a上层(b中层(c下层(dD 断面充气膜试验温室中、下层温度。由图5d 知,从温度场空间分布看,虽然不同跨的不同层面温度有所差异,但在同一跨对应作物冠层内的温度场分布则较均匀,中层的温度分布最均匀,其温差不到1。另外,温室上、中、下层的温度虽有差别,但从下层到上层温度在2630之间,均在作物生长的适温范围内。靠近湿帘一跨的温度与靠近风机一跨的温度相比,前者比后者温度低,且温度分布均匀。2.3两种安装高度降温