第三章设施热环境及其调控 第三章设施热环境及其调控 恭本求 主讲：杨振超 二出资子提染特纳国长、司节拉卡及化。 第三章设施热环境及其调控 第一节设施热环境特征 1934年中国学者张宝坤结合物候现象与农 温室环境控制系统 业牛产，提出了一种分委方法。 为气候变化条件下的作物提供安全保证 ·四季划分指标 平均气 于10C为冬季 2 候平均气温在10C一2C之何为春秋季」 ·候平均气温达到10℃，与桃花初开、杨柳抽青的日 ,视个视达到22，蝉鸣悦耳。 园艺设施学 1
园艺设施学 1 第三章 设施热环境及其调控 主讲：杨振超 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 2 第三章 设施热环境及其调控 基本内容： Z （1）设施热环境特征 Z （2）作物对热环境的要求 Z （3）设施热环境的调节技术及设备 基本要求： Z （1）掌握设施环境热的构成、影响因素、调节技术及设备。 Z （2）理解不同设施环境热的变化规律及与其他因素的关系 Z （3）了解作物对温度环境的要求、温度环境调节设备的发展现状与趋 势 教学重点及难点： Z （1）教学重点是温度环境的构成、影响因素、调节技术及变化规律。 Z （2）教学难点是设施温度环境调节技术。 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 3 第三章 设施热环境及其调控 第一节 设施热环境特征 Z 一、温室温度变化特征 Z 二、温室的热平衡原理 第二节 作物对温度的要求 Z 一、蔬菜作物对温度的要求 （一）温度三基点 （二）蔬菜作物对地温的要求 （三）蔬菜作物对温周期的要求 （四）低温和高温障碍 Z 二、花卉作物对温度的要求 （一）花卉对温度三基点的要求 （二）花卉作物对地温的要求 （三）水温 （四）花卉作物对温周期的要求 （四）低温和高温障碍 Z 三、果树作物对温度的要求 （一）温度的三基点 （三）果树作物对温周期的要求 （四）低温和高温障碍 第三节 设施热环境的调节技术与设备 Z 一、保温措施 Z 二、加温技术 Z 三、采暖装置与计算 （一）采暖的目的与设计的基本程序 （二）最大采暖负荷的计算 （三）采暖装置 （四）设备机器容量计算和辅助管配置 Z 三、降温方式与设备 （一）蒸发降温 （二）屋面喷水降温 （三）遮荫降温 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 4 第一节 设施热环境特征 一、温度变化特征 Z 1．气温的季节变化 日光温室内的冬季 天数可比露地缩短3～5个月，夏天可延 长2～3个月，春秋季也可延长20～30d （见图3-1）。 Z 2．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。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15～30℃，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。 Z 3．设施内“逆温”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1～2℃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。 图3-1 无加温温室内温度的日变化 θi :室内气温 θo：室外气温 （高仓） 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 5 1934年中国学者张宝坤结合物候现象与农 业生产，提出了一种分季方法。 四季划分指标： Z候平均气温小于10℃为冬季； Z候平均气温大于22℃为夏季; Z候平均气温在10℃～22℃之间为春秋季。 候平均气温达到10℃，与桃花初开、杨柳抽青的日 期大致相符； 候平均气温达到22℃，蝉鸣悦耳，是入夏的标志； 候平均气温降至22℃以下，作为夏去秋来的日期， 是与燕子南归、秋天景象相吻合。 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 6 温室环境控制系统 为气候变化条件下的作物提供安全保证
二、热平衡原理 Two,the heat balance principle of greenhouse ·温室的热量平衡方程式 4,+g,=92+4+g。+9。+g :q,人工加热量 :9,对流传导失热量（显热部分） The air temperature: :q潜热失热品 :9,地中传热量 ::士我横失 :9,通风换气热量（包括显热和潜热两部分） aa+8a4d8aagaton 2日期 1.贯流放热 e,=A.h,(t,-to) ·式中： Q -贯流传热量，kJh1: owheat:mainly be aA一温室表面积，m2: heat loss by ventilation h一热贯流率，kJmr2hr1℃-1 e of solid ma 第三环线及其调 表31各种物质的热贯流率 (单：m2h-1C-1) 2.通过换气放热 热油率种 规 n) 092 ·Qw=RVF(t-t 。式中： 3kJ-m2-h1C-1 V一设的体积。 园艺设施学
园艺设施学 2 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 7 二、热平衡原理 温室的热量平衡方程式 Z： 人工加热量 Z： 对流传导失热量（显热部分） Z： 潜热失热量 Z： 地中传热量 Z： 土壤横向失热 Z： 通风换气热量（包括显热和潜热两部分） 图3-2 温室热量收支模式图 r g f i c v s q + q = q + q + q + q + q r q c q qi s q s q′ v q 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 8 Two, the heat balance principle of greenhouse ∆ Q= Qin- Qout ZWhen: Qin> Qout, The air temperature rise; Z Qin< Qout, The air temperature fall; Z Qin= Qout, The air temperature is constant; The Qin mainly includes: Qr and Qg; The Qout mainly includes: Qt , Qv and Qs; The ∆ Q mainly includes: Ql , Qc, Qa and Qp The greenhouse heat balance equation: Qr +Qg=Qt +Qv+Qs+Ql +Qc+Qa+Qp 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 9 The greenhouse heat balance equation： Qr +Qg=Qt +Qv+Qs+Ql +Qc+Qa+Qp Qr : the total radiation in greenhouse, mainly be decided by the sun radiation, the greenhouse light transmittance, photic area and time; Qg: The artificial heat; mainly be decided by capacity of heating equipments and heating area and time; Qt: cross-flow heat: mainly be decided by cover material and structure; Qv: heat loss by ventilation Qs: the heat quantity from the soil, Ql : The latent heat exchange Qc: The heat exchange of solid material, Qa: The heat exchange of air warming, Qp: The heat quantity of crop photosynthesis. 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 10 1．贯流放热 式中： ZQt ——贯流传热量，kJ·h-1; ZAw—温室表面积，m2； Zht —热贯流率，kJ·m-2·h-1℃-1； Ztr —温室内气温； Zto—温室外气温。 ( ) 0 Q A h t t t = w t r − 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 11 表3-1 各种物质的热贯流率 （单位J：k·m-2·h-1℃-1） 同上 双层 14.64 钢筋混凝土 10 15.90 FRP， 20.92 钢筋混凝土 5 18.41 FRA， MMA 合成树脂板 聚乙烯 单层 24.29 草苫 12.55 聚氯乙烯 双层 12.55 土墙 厚50 4.18 47.84~53.9 7 聚氯乙烯 单层 23.01 钢管 玻璃 3~3.5 20.08 砖墙（面抹灰） 厚38 5.77 玻璃 2.5 20.92 木条 厚8 3.77 规格 热贯流率 （cm） 规格 热贯流率 种类 （mm） 种类 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 12 2．通过换气放热 Qv=R·V·F（tr -t0） 式中： ZQv—整个设施单位时间的换气失热量； ZR—每小时换气次数（表3-2）; ZF—空气比热，F=1.3 kJ·m-2·h-1℃-1; ZV—设施的体积，m3
表32每小时换气次数（温室密闭时） 3.土壤传导失热 保护地类型 覆盖形式 R(次r) 皮璃温室 单尽 横向传 1.5 璃温 双层 1.0 塑料大棚 单层 2.0 塑料大棚 双层 2A Air Temperature(C,F) ·综上所述，不加温的日光温室内热收支平 衡，夜间室内空气的热量来源是地中供热 缝隙散热也叫通换气放热 北方的日 光温室由于密封性好，占总耗热量的5% 6%,土壤横向热传导约占总耗热量13%- 15%。 onds more to oe temperature rathe Temperature and plant growth 19My182 Linear range .. Air tomperature could be very different from loaf to mperature) 园艺设施学
园艺设施学 3 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 13 表3-2 每小时换气次数（温室密闭时） 塑料大棚 双层 1.1 塑料大棚 单层 2.0 玻璃温室 双层 1.0 玻璃温室 单层 1.5 R（次·h 保护地类型 覆盖形式 -1） 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 14 3．土壤传导失热 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。 z t qs ∂ ∂ = λ 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 15 综上所述，不加温的日光温室内热收支平 衡，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 定不加温温室通过贯流放热占总耗热75%- 80%，缝隙散热也叫通换气放热，北方的日 光温室由于密封性好，占总耗热量的5%- 6%，土壤横向热传导约占总耗热量13%- 15%。 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 16 Air Temperature (℃, ℉) Plant temperature affected by Z Radiation energy transfer Z Convective heat transfer Z Latent heat transfer Complex relationship between growth and temperature Z Factor in the reaction rates of various metabolic processes Z Each crop has specific day/night temperature set-points Z Crops responds more to average temperature rather than min/max. 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 17 Air temperature could be very different from leaf temperature! 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 18
Optimum temperatures Varied with different growth stages Increase with increasing CO2 conc 10C,20DAE】 Varied with solar radiation. Varied with objectives(whole plant growth flowering,carbohydrate translocation. etc) =500 26c290 米条*米券 20'C ration on net phote Average temperature rng4-h c ge n Average temperature determines the growth and development rate of plants,regardless of actual changes in instantaneous temperature AA. This theory is true when instantaneous 园艺设施学
园艺设施学 4 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 19 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 20 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 21 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 22 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 23 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 24
第二节作物对温度的要求 ·一、蔬菜作物对温度的要求 。(一)温度三基点 ·不同作物都有各自温度要求的“三基点”，即最 低温度、适温度和最高温度。 生育适温 生育适温 各种蔬菜植物进行正常的生长发育，要 。仕 生活适温 在生育适温范围之外，一定的最低温度 /磨// 同 0 适应温度或生活适温】 致死温度 三基点温度*料 超过生活适应温度，植物就停 止生长或受伤害，造成死亡的温度 称为致死温度。 生长发育停止的最低温度 临界致死温度 最高温度和生长发育最快的 当温度低到一定程度， 植株死 亡率或细胞死亡率达到50%时，这 最适温度，称为三基点温 度。 时的温度称为临界致死低温。相应 地还存在临界致死高温。 园艺设施学 5
园艺设施学 5 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 25 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 26 第二节 作物对温度的要求 一、蔬菜作物对温度的要求 （一）温度三基点 不同作物都有各自温度要求的“三基点”，即最 低温度、适温度和最高温度。 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 27 生育适温 生育适温与生活适温* 致死温度与临界致死温度** 三基点温度*** 100 75 50 25 0 0 10 20 30 40 莴苣 番茄 黄瓜 生 长 率 % 温度/℃ 图1 温度对植物生长的影响（田崎忠良，1978） 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 28 •生育适温 各种蔬菜植物进行正常的生长发育，要 求一定的温度范围。在此温度范围内，同化 作用强，生长良好，能生产出最多最好的产 品。这一温度范围称为生育适温。 •生活适温 在生育适温范围之外，一定的最低温度 和最高温度范围内，生育缓慢趋于停止，同 化作用微弱，消耗较多，植株能较长期地保 持生命力而不死亡。这一温度范围称为生活 适应温度或生活适温。 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 29 •致死温度 超过生活适应温度，植物就停 止生长或受伤害，造成死亡的温度 称为致死温度。 •临界致死温度 当温度低到一定程度，植株死 亡率或细胞死亡率达到50%时，这 时的温度称为临界致死低温。相应 地还存在临界致死高温。 2013年10月12日星期六 第三章 设施热环境及其调控 30 三基点温度*** 生长发育停止的最低温度、 最高温度和生长发育最快的 最适温度，称为三基点温 度