第二章农业设施中的通风与降温课件

1第第2 2章章 农业设施中的通风与降温农业设施中的通风与降温华中农业大学工学院华中农业大学工学院11农业设施环境控制第2章 农业设施中的通风与降温华中农业大学2第一节 农业设施通风的基本形式与要求一、农业设施通风的目的与要求1 1、通风换气的目的、通风换气的目的排除多余热量，抑制高温排除多余热量，抑制高温 温温室室：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。22第一节 农业设施通风的基本形式与要求23畜禽舍：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。33畜禽舍：34引入室外新鲜空气，调控设施内的空气成份引入室外新鲜空气，调控设施内的空气成份温温室室：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350L/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。畜畜禽禽舍舍：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。44引入室外新鲜空气，调控设施内的空气成份45排除室内水汽，降低室内空气湿度排除室内水汽，降低室内空气湿度温温室室：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。畜畜禽禽舍舍：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。55排除室内水汽，降低室内空气湿度562.2.通风换气设计的基本要求通风换气设计的基本要求u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u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u室内要求具有适宜的气流速度，分布均匀u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u设备耐用、投资费用低、运行效率高，运行管理费用低662.通风换气设计的基本要求67二、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1.1.自然通风自然通风 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。u 通风系统投资省、不消耗动力，使用经济，应优先采用。u 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。77二、通风的基本原理与形式782.2.机械通风（强制通风、风机通风）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。u 通风能力强，效果稳定。u 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。u 设备和维修费用相对较大，运行需消耗电能。u 设备遮光，运行中产生噪音。882.机械通风（强制通风、风机通风）89三、确定全面通风换气量的一般性方法必要通风量必要通风量 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99三、确定全面通风换气量的一般性方法910 在生产应用中，有时也采用“换气次数”来表示通风量的大小，换气次数与通风量的关系为：式中 n换气次数，次/h或次/min；L 通风量，m3/h或m3/min；V 设施内部空间体积，m3。nL/V1010 在生产应用中，有时也采用“换气次数”来表示通风量11 为了确定设施的全面通风换气量，需分析设施内有害物浓度与通风量间的关系。这里有害物是广义的，包括多余热量、水汽以及有害气体等。忽略设施内外空气密度差异(进风量与排风量相等)，并假定进入设施内的设施外空气以及设施内散发的有害物与设施内空气的混合是在瞬间完成的，则设施内有害物浓度与全面通风量之间的关系为：1111 为了确定设施的全面通风换气量，需分析设施12上式称为全面通风的基本微分方程式。1212上式称为全面通风的基本微分方程式。1213即可认为y基本趋于稳定，所需全面通风量为：1313即可认为y基本趋于稳定，所需全面通风量为：1314 将体积流量L换作质量流量G(kg/s)，单位空气体积的有害物浓度y换作单位空气质量表达的有害物浓度z(J/kg，g/kg或m1/kg)，经过相同的分析，可得稳定状态下更普通适用的全面通风量计算式为：该式即可用于不同通风目的时的全面通风量计算。1414 将体积流量L换作质量流量G(kg/s)，单151515151616161617通风相关的标准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 1451-20071717通风相关的标准1718第二节 农业设施的自然通风一、热压作用下的自然通风1.1.热压通风的原理热压通风的原理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；r rai，r rao 室内、外空气密度，kg/m3；ti，to 室内、外空气温度，。1818第二节 农业设施的自然通风1819当当ti to时时，r rai to时，rai 100 m）。）。气力雾化气力雾化 采采用用高高速速空空气气流流进进行行雾雾化化，需需要要压压缩缩空空气气设设备备，投投资较高，实际应用很少。资较高，实际应用很少。8080 喷雾设备8081 离心式雾化离心式雾化 水水流流送送到到高高速速旋旋转转的的圆圆盘盘，从从其其边边缘缘高高速速甩甩出出与与空空气气撞撞击击而而雾雾化化。雾雾滴滴小小，不不需需高高压压水水泵泵，不不堵堵塞塞。但但需需高高转转速速的的动动力力，设设备备费费较较高高。雾雾滴滴四四处处飞飞散散，方方向向性性差差。为为此此，离离心心式式雾雾化化器器多多与与轴轴流流风风机机组组合合成成一一体体 喷喷雾雾风风机机，利利用用轴轴流流风风机机排排风风口口的射流输送雾滴和控制雾滴撒布的方向。的射流输送雾滴和控制雾滴撒布的方向。8181 离心式雾化8182 室内细雾降温对雾滴直径的要求室内细雾降温对雾滴直径的要求 雾雾滴滴直直径径应应小小于于由由下下式式决决定定的的数数值值，以以保保证证雾雾滴滴在在降降落到地面以前即完全蒸发完毕。落到地面以前即完全蒸发完毕。式中式中he 喷雾设备的安装高度，喷雾设备的安装高度，m;d0 雾滴的直径，雾滴的直径，mm；ti，tw 室内空气干球与湿球温度，室内空气干球与湿球温度，。室内细雾降温的喷雾量室内细雾降温的喷雾量E=kd(totw)L 0.46(totw)L g/s 式中式中 to，tw 室外空气干球与湿球温度，室外空气干球与湿球温度，；L 设施通风量，设施通风量，m3/s。8282 室内细雾降温对雾滴直径的要求82832.2.集中雾化降温集中雾化降温3.3.屋面喷水降温屋面喷水降温 在在屋屋面面上上设设置置喷喷水水管管路路和和喷喷嘴嘴，将将水水喷喷洒洒在在屋屋面面上上吸吸热热降降温温。其其优优点点是是系系统统简简单单，且且不不会会增增加加室室内内湿湿度度，可可有有效效减减少少通通过过屋屋面面传传入入室室内内的的热热量量。但但降降温温效效果果有有限限。在在温温室室屋屋面面喷水时，还会产生屋面结垢的污染，影响屋面的透光率。喷水时，还会产生屋面结垢的污染，影响屋面的透光率。83832.集中雾化降温83844.4.雾帘降温雾帘降温84844.雾帘降温84855.喷淋降温喷淋降温u 主要靠淋湿动物身体，水在动物体表蒸发直接带走体热。主要靠淋湿动物身体，水在动物体表蒸发直接带走体热。u 降温直接，效果显著，简便易行。降温直接，效果显著，简便易行。u 喷喷淋淋降降温温系系统统能能适适用用于于机机械械或或自自然然通通风风舍舍，容容易易在在现现有有房舍中加装，房舍中采用水泥地面或漏缝地板以利排水。房舍中加装，房舍中采用水泥地面或漏缝地板以利排水。u 水水滴滴不不要要求求很很细细，对对喷喷淋淋设设备备要要求求很很低低，喷喷水水压压力力70250kPa，自来水压力足够时可省去水泵。自来水压力足够时可省去水泵。u 喷淋降温系统的投资与运行费用均较低。喷淋降温系统的投资与运行费用均较低。u 使用范围有限，主要用于成猪舍与牛舍。使用范围有限，主要用于成猪舍与牛舍。85855.喷淋降温85861 1、通风换气的目的、通风换气的目的排除多余热量，抑制高温。引入室外新鲜空气，调控设施内的空气成份。排除室内水汽，降低室内空气湿度。2、通风的基本原理与形式、通风的基本原理与形式（1）作用范围：全面通风，局部通风（2）工作动力：a.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。b.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。复习回顾复习回顾86861、通风换气的目的复习回顾86873、确定全面通风换气量的一般性方法、确定全面通风换气量的一般性方法必必要要通通风风量量: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。设设计计通通风风量量: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：设计通风量设计通风量 必要通风量必要通风量4 4、“换气次数换气次数”来表示通风量的大小，换气次数与通风量的关系为：nL/V 式中 n换气次数，次/h或次/min；L 通风量，m3/h或m3/min；V 设施内部空间体积，m3。即可认为y基本趋于稳定，所需全面通风量为：87873、确定全面通风换气量的一般性方法8788用 r rao/r raiTi/To的关系（r r 353/T，Cp=1030）5、必要通风量计算8888用 rao/raiTi/To的关系（r 3895、必要通风量计算89895、必要通风量计算89906.6.热压通风的原理热压通风的原理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，。7.7.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余压。余压为零 的平面称为中和面中和面。余压的 计算：px=(r raor rai)ghx Pa 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；90906.热压通风的原理90918.热压通风的计算热压通风的计算关关于于流流量量系系数数 ：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。91918.热压通风的计算关于流量系数 ：进风与排风口的流量92例例3-1 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，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(图32)，东西两侧的侧窗长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断面宽度为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150 W/m2热量的要求。（已知：r 353/T，Cp=1030，;）9292例3-1 北京地区某连栋塑料温室，东西方向共8连栋，单93 10.10.当当所所有有进风口口的的风压系系数数和和流流量量系系数数均均相相同同，分分别为Ca,a，所所有有排排风口口的的风压系系数数和和流流量量系系数数均均相相同同，分分别为Cb,b，风压通通风量量计算可以算可以简化化为：9393 10.当所有进风口的风压系数和流量系数均相同94+建筑周围的气流与静压分布9.风压作用下的自然通风风压通风的原理风压通风的原理 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。复习回顾复习回顾9494+建筑周围的气流与静压分布9.风95 例3-2 一栋有窗式蛋鸡舍，南、北两侧墙上分别有宽高2.4m1.5m 单层上悬窗20个，试计算在室外风速为3.0 m/s，风向为北风（近似垂直于两侧墙），窗开启达到最大（窗扇与堵面呈45。角）时的通风量。(已知：已知：C北北=0.8，C南南=-0.5，北北=0.51，南南=0.52)9595 例3-2 一栋有窗式蛋鸡舍，南、北两侧墙上分别有宽99611.自然通风的组织1.夏季自然通风u 主要利用风压通风主要利用风压通风u 横向（水平方向）组织气流（组织穿堂风）横向（水平方向）组织气流（组织穿堂风）u 利用较高风速降低动、植物体温利用较高风速降低动、植物体温2.2.冬季自然通风冬季自然通风u 主要利用热压通风主要利用热压通风u 竖向组织气流，避免冷风直接吹向动、植物体竖向组织气流，避免冷风直接吹向动、植物体u 尽尽量量加加大大进进排排风风口口高高差差设设屋屋脊脊天天窗窗，风风帽帽，风压与热压通风兼顾、通风与冬季保温兼顾风压与热压通风兼顾、通风与冬季保温兼顾969611.自然通风的组织969712.农业设施的机械通风的基本形式（1）进气式通风系统 （正压通风系统）u 对设施密闭性要求低；对设施密闭性要求低；u 进风口集中，便于对进风进行加温、过滤等预处理；进风口集中，便于对进风进行加温、过滤等预处理；u 设设施施内内的的空空气气正正压压可可阻阻止止外外部部粉粉尘尘和和微微生生物物随随空空气气从从门门窗等缝隙处进入污染设施内环境，设施内卫生条件较好。窗等缝隙处进入污染设施内环境，设施内卫生条件较好。979712.农业设施的机械通风的基本形式9798（2）排气式通风系统（负压通风系统）u 易于实现大风量通风；易于实现大风量通风；u 室内气流分布均匀；室内气流分布均匀；u 便于在进风口安装湿垫等降温设备；便于在进风口安装湿垫等降温设备；u 要求设施有较好的密闭性；要求设施有较好的密闭性；u 与外界的卫生隔离较差。与外界的卫生隔离较差。9898（2）排气式通风系统（负压通风系统）9899（3）进排气通风系统（联合式通风系统）同同时时采采用用风风机机送送风风和和风风机机排排风风，室室内内空空气气压压力力接近或等于室外压力，或可调。接近或等于室外压力，或可调。（4）舍内气流循环系统 进进排排气气口口均均在在室室内内。可可促促进进室室内内气气流流流流动动，虽虽不不能能有有效效交交换换室室内内外外空空气气，但但可可使使室室内内空空气气温温度度等等参参数数和和成成分分分分布布均均匀匀，提提高高室室内内气气流流速速度度，促促进进畜畜禽体表散热，或促进植物蒸腾和吸收禽体表散热，或促进植物蒸腾和吸收COCO2 2。999999100a.a.上部排风上部排风u 小风量通风；小风量通风；u 可自然通风与机可自然通风与机械通风两用；械通风两用；u 下部进风卫生条下部进风卫生条件差；件差；u 风机维护不便。风机维护不便。辅助进气口进风口风机进风口 水果贮藏库排气通风系统13.排气式通风系统的几种类型100100a.上部排风辅助进气口进风口风机进风口 水果贮藏库排101b.b.屋顶或檐口进气，下部屋顶或檐口进气，下部排风排风u 卫生条件较好；u 檐口进气舍内纵向气流分布均匀；u 檐口可设置调节板，调节风量方便；u 进气下沉前可贴附顶棚较长距离，与舍内空气充分混合均匀，冬季可避免冷风直吹动物。侧墙排风机粪坑排风机侧墙排风机缝隙地板粪坑排风机檐下进风口101101b.屋顶或檐口进气，下部排风侧墙排风机粪坑排风机侧墙102c.c.横向通风横向通风u 风机安装位置低，维护方便；u 适用长度较小，跨度相对较大的建筑。d.d.纵向通风纵向通风 纵向通风是在畜禽舍通风工程中，适应长度远大于跨度的畜禽舍的建筑特点。102102c.横向通风d.纵向通风102103 14.14.纵向通风与横向通风的比较纵向通风与横向通风的比较舍内气流速度分布均匀，死角少。舍内气流流动断面积远比横向通风小，易用较小的通风量获得较高的舍内气流速度，利于在夏季通风中提高舍内风速，促进畜禽身体的散热。风机数量比横向通风少，节省设备和运行费用。排风集中于畜禽场区脏道一端，避免并列相邻畜禽舍之间的排气污染，有利于卫生防疫。由于相邻畜禽舍之间没有排气干扰和污染，因此禽舍之间卫生防疫间隔可大大缩小，利于节约畜禽场建设用地和投资。纵向通风的缺点：从进风口至出风口，空气温度等环境参数在纵向有较大变化。103103 14.纵向通风与横向通风的比较10310415.15.风机的技术性能指标风机的技术性能指标风量（m3/h）满足通风量要求；风压（Pa）克服通风系统的通风阻力；耗能（功率）与效率、噪音大小。16.16.风机类型分类风机类型分类离离心心式式风风机机：叶轮旋转方向和气流流向不具逆转性；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u轴轴流流式式风风机机：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（适合大部分农业设施使用要求）10410415.风机的技术性能指标10410518.18.人工降温的方式人工降温的方式机械制冷（利用压缩制冷设备制冷）机械制冷（利用压缩制冷设备制冷）u 制冷量大，降温能力强，不受外界条件限制；制冷量大，降温能力强，不受外界条件限制；u 制冷的同时可除湿；制冷的同时可除湿；u 设备投资费用与运行费用高。设备投资费用与运行费用高。冷水降温（低温冷水吸收空气中的热量）冷水降温（低温冷水吸收空气中的热量）u 降降温温效效果果取取决决于于冷冷水水温温度度，如如水水温温足足够够低低，气气温温可可降降低低至至湿球温度以下；湿球温度以下；u 冷水温度在露点温度以下时，可除湿；冷水温度在露点温度以下时，可除湿；u 需低温水源，耗水量大。需低温水源，耗水量大。蒸蒸发发降降温温（水水在在空空气气中中蒸蒸发发，从从空空气气中中吸吸收收热热量量，降降低低空空气温度，利用水蒸发需要吸收的潜热）气温度，利用水蒸发需要吸收的潜热）u 降温效果显著，耗水量小。降温效果显著，耗水量小。10510518.人工降温的方式10510619.蒸发降温的技术原理及特点蒸发降温的技术原理及特点二大类蒸发降温的技术与设施：二大类蒸发降温的技术与设施：u 湿湿垫垫降降温温 水水附附着着在在吸吸水水材材料料表表面面，与与流流经经材材料料表表面面的空气接触而蒸发吸热的空气接触而蒸发吸热u 雾雾化化降降温温 雾雾化化水水滴滴喷喷入入空空气气中中，与与空空气气接接触触蒸蒸发发吸吸热热u 蒸发降温的极限是空气的湿球温度蒸发降温的极限是空气的湿球温度。干球干球 湿球湿球温度温度 温度温度20.喷雾降温系降温系统(1)室内细雾降温；(2)集中雾化降温；(3)屋面喷水降温；(4)雾帘降温;(5)喷淋降温。10610619.蒸发降温的技术原理及特点 蒸发降温的极限是空放映放映结束！结束！无悔无愧于昨天，丰硕殷实无悔无愧于昨天，丰硕殷实的今天，充满希望的明天。的今天，充满希望的明天。107放映结束！无悔无愧于昨天，丰硕殷实的今天，充满希望的明天。1