1、2023-1-5设施温度环境及其调控设施温度环境及其调控设施温度环境及其调控设施温度环境及其调控 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、降温技术设施温度环境及其调控表表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
2、最适最适温温最低最低界限界限番茄番茄352520138525181513茄子茄子35282318131025201813甜椒甜椒35302520151225201813黄瓜黄瓜3528231510825201813西瓜西瓜35282318131025201813温室温室甜瓜甜瓜35302523181525201813普通普通甜瓜甜瓜3525201510825181513南瓜南瓜3525201510825181513设施温度环境及其调控一、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
3、：（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设施温度环境及其调控一、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，依据随光照昼夜变化的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、促进光将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
4、的时间带和抑制呼吸消耗时间带等若干合产物转运的时间带和抑制呼吸消耗时间带等若干时段。时段。设施温度环境及其调控二、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、温室温度变化特征征(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
5、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：室外气温设施温度环境及其调控二、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、温室温度变化特征征(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、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
6、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。设施温度环境及其调控二、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、温室的热平衡原理理 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
7、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：（5.1）设施温度环境及其调控二、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：（5.2）式中：Qt贯流传热量，kJh-1;Aw温室表面积，m2；ht热贯流率，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：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。设施温度环境及其调控二、二、温室的温度环
8、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47.8453.9
9、7 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，MMA20.92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设施温度环境及其调控(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
10、 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设施温度环境及其调控二、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 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
11、.1设施温度环境及其调控二、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 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。式中表示某一时刻土壤温度的垂直变化。其中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，除与土壤设施温度环境及其调控二、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
12、壤传导失设施温度环境及其调控 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
13、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、土壤传导失设施温度环境及其调控三、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
14、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+4.1+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设施温度环境及其调控三、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，
15、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 设施温度环境及其调控三、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，减少贯流放热量设施温度环境及其调控三、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（
16、建筑保温）、农业设施的保温（建筑保温）总热阻：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：设施温度环境及其调控三、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
17、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-
18、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18-2018-2025-3025-30设施温度环境及其调控三、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.
19、592.822.82寒冷地区（寒冷地区（-1010）2.472.473.593.59设施温度环境及其调控三、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441.11.11.41.412121.41.41.41.421211.41.42.12.126262.12.12.82.832322.82.83.53.5设施温度环境及其调控三、三、温室保温技术温室保温技术2 2、常用农
20、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设施温度环境及其调控三、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
21、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 242.101.81 1.21哈尔滨哈尔滨 292.502.16 1.81设施温度环境及其调控四、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
22、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
23、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100110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
24、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设施温度环境及其调控四、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
25、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
26、，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设施温度环境及其调控四、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设施温度环境及其调控四、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
27、常生育所需补充的热量，叫做最大采暖负荷。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 上式中的贯流热量（qr）可用下式求得：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
28、=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。设施温度环境及其调控四、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0.350.350.450.45PEPE薄膜薄膜0.340.340.350.35单层
29、保温幕单层保温幕PVCPVC薄膜薄膜0.350.350.400.40不织布不织布0.250.250.300.30镀铝反光膜镀铝反光膜0.500.500.550.55双层保温幕双层保温幕两层两层PEPE薄膜薄膜0.450.450.450.45PEPE膜加光膜膜加光膜0.650.650.650.65外保温覆盖外保温覆盖草苫草苫0.600.600.650.65设施温度环境及其调控四、四、加温技术加温技术3 3、换气传热量的计算、换气传热量的计算换气传热量（qv）的计算公式：式中：qv单位面积的换气传热量，kJ.m-2.h-1；hv换气传热系数，kJ.m-2.h-1.-1表表14 14 保温覆盖的节热
30、率（保温覆盖的节热率（frfr）(岗田，岗田，1980)1980)温室种类温室种类H Hv v(kJ.m(kJ.m-2-2.h.h-1-1.-1-1)玻璃温室玻璃温室1.2592.0931.2592.093塑料薄膜温室（大棚）塑料薄膜温室（大棚）0.8371.6740.8371.674有保温覆盖的温室大棚有保温覆盖的温室大棚0.0000.8370.0000.837完全密闭的温室大棚完全密闭的温室大棚0.0000.000设施温度环境及其调控四、四、加温技术加温技术4 4、地中传热的计算、地中传热的计算 地中传热量（qs）一般可参照表15取值，表中数值带正号表示向下（地中）传热，即增大加温负荷；带
31、负号则表示向上（地表）传热，即减少加温负荷。表中数值可做计算时参考使用。表表16 16 地中传热量（地中传热量（qsqs）值）值温度温度（）无保温覆盖无保温覆盖有保温覆盖有保温覆盖温暖地温暖地区区寒冷地寒冷地区区温暖地温暖地区区寒冷地寒冷地区区1010-20-20-15-15-15-15-10-101515-10-10-5-5-5-50 020200 0+5+5+5+5+10+103030+25+25+30+304040+45+45+50+50设施温度环境及其调控五、五、降温技术降温技术1 1、遮阳降温、遮阳降温2 2、屋顶喷淋降温、屋顶喷淋降温3 3、蒸发冷却降温、蒸发冷却降温(1)(1)、湿帘排气法、湿帘排气法设施温度环境及其调控设施温度环境及其调控(2)(2)、细雾喷散发、细雾喷散发3 3、蒸发冷却降温、蒸发冷却降温五、五、降温技术降温技术设施温度环境及其调控4 4、通风换气降温、通风换气降温五、五、降温技术降温技术2023-1-5设施温度环境及其调控
