《农业生物环境工程》第3章 农业设施中的通风与降温.ppt
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1、第三章 农业设施中的通风与降温,第三章农业设施中的通风与降温,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.通风换气的目的 排除多余热量,抑制高温 温室: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。,第三章农业设施中的通风与降温,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
2、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。,第三章农业设施中的通风与降温,引入室外新鲜空气,调控设施内的空气成份温室:白昼植物光合作用吸收CO2,室内CO2浓度降低至100L/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。畜禽舍: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
3、气卫生,必须通风引进室外新鲜空气。,第三章农业设施中的通风与降温,排除室内水汽,降低室内空气湿度温室: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。畜禽舍: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。,第三章农业设施中的通风与降温,2.通风换气设计的基本要求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通
4、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室内要求具有适宜的气流速度,分布均匀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设备耐用、投资费用低、运行效率高,运行管理费用低,第三章农业设施中的通风与降温,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.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。通风系统投资省、不消耗动力,使用经济,应优先采用。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。,第三章农业设施中的通风与降温,2.机械通风(强制通风、风机通风)
5、依靠风机产生的风压强制空气流动。通风能力强,效果稳定。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。设备和维修费用相对较大,运行需消耗电能。设备遮光,运行中产生噪音。,第三章农业设施中的通风与降温,三、确定全面通风换气量的一般性方法必要通风量 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,第三章农业设施中的通风与降温,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
6、)NY/T 1451-2007,第三章农业设施中的通风与降温,第二节 农业设施的自然通风一、热压作用下的自然通风1.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,。,第三章农业设施中的通风与降温,当ti to时,rai raopia=pib+raigh poa=pob+raogh而pia=poa,即:pib+raigh=pob+raogh pibpob=(raorai)gh,第三章农业设
7、施中的通风与降温,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压。余压为零 的平面称为中和面。余压的 计算:px=(raorai)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;,第三章农业设施中的通风与降温,2.热压通风的计算 全部通风窗口布置在二个高度上,且进风口与排风口的流量系数分别相同的情况 由流体力学,通风窗口内外空气压差p与通过窗口的空气流速v间关系:空气流量为:式中A 通风窗口面积,m2;m 通风窗口流量系数。,第三章农业设施中的通风与降温,通过进风口与排风口的空气流速va和vb与其内外压力差具有如下关系:有:即:而:poa
8、-pob=raogh pia-pib=raigh,第三章农业设施中的通风与降温,由以上关系可得:同时由流动的连续性,进入和流出设施的空气质量流量应相等,有:rao ma Aa va=rai mb Ab vb 即:式中 Aa,Ab 进风口与排风口面积,m2;ma,mb 进风口与排风口流量系数。,第三章农业设施中的通风与降温,将vb代入前式,可解出:用 rao/raiTi/To的关系(r 353/T)代入,有:式中 Ti,To 室内、外空气的热力学温度,K。,第三章农业设施中的通风与降温,进风口风量为:记:则进风口风量的计算式:,第三章农业设施中的通风与降温,同理可得到排风口风量为:,第三章农业设
9、施中的通风与降温,关于流量系数: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。当湿垫作为进风口时,流量系数可取为0.20.25。在窗洞口安装有阻碍通风的窗纱、防虫网等时,流量系数应进行折减。式中 0 无防虫网时的流量系数;F、Fn 通风洞口与防虫网面积,m2;n 防虫网通风阻力系数,根据网孔密度和积灰的情况,一般取1.84.0,第三章农业设施中的通风与降温,以上即为热压自然通风的通风量计算式,进风口风量与排风口风量因空气密度的差异而略有不同,工程计算中可忽略其差异,只计算其中之一即可。,第三章农业设施中的通风与降温,一
10、般情况下的热压通风量计算 先假定中和面的位置,计算各窗口的余压:pj=(raorai)ghj Pa(j=1,2,)式中hj 各通风窗口至中和面的距离,窗口位于中和面以上为正,以下为负,m。逐一计算各通风窗口的空气质量流量,余压为正时取+,为排风量,余压为负时取,为进风量。(j=1,2,)计算结果应满足:否则调整中和面高度,反复计算直至满足条件。,第三章农业设施中的通风与降温,二、风压作用下的自然通风,1.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
11、为风压。,第三章农业设施中的通风与降温,风压以气流静压升高为正压,降低为负压,其大小与气流动压成正比。风压在建筑物各表面的分布与建筑物体型、部位、室外风向等因素有关,在风向一定时,建筑物外表面上某处的风压pv为:式中rao 室外空气密度,kg/m3;vo 室外风速,m/s;C 风压系数,其取值与建筑物外形 及具体部位、风向有关。,第三章农业设施中的通风与降温,2.风压通风的计算 先假定室内的空气静压pi,计算各窗口处室外与室内的空气压差:(j=1,2,)逐一计算各通风窗口的空气质量流量,pj为正时取,为进风量,pj为负时取+,为排风量。(j=1,2,)计算结果应满足:否则调整室内静压pi,反复
12、计算直至满足条件。,第三章农业设施中的通风与降温,当所有进风口的风压系数和流量系数均相同,分别为Ca,ma,所有排风口的风压系数和流量系数均相同,分别为Cb,mb,风压通风量计算可以简化为:简便估计方法(美国,经验公式)式中:A 进风口或排风口面积总和,m2;E 风压通风有效系数,风向垂直于墙面时取E=0.50.6,风向倾斜时取E=0.250.35。,第三章农业设施中的通风与降温,三、热压和风压同时作用的自然通风,首先假设中和面的高度,则各通风窗口处室内、外空气压差为:(j=1,2,)式中:rai,rao室内与室外空气密度,kg/m3;g 重力加速度,m/s2;hj 各通风窗口至中和面的距离,
13、窗口位于中和面以上为正,以下为负,m;vo 室外风速,m/s;Cj 各通风窗口的风压系数。,第三章农业设施中的通风与降温,各通风窗口的空气质量流量:(j=1,2,)式中Aj 各窗洞口面积,m2;mj 各窗洞口流量系数。计算中统一取排风量为正,进风量为负。计算结果应满足:否则调整中和面高度再试算,直至满足要求。进风量求和或排风量求和即为自然通风量。,第三章农业设施中的通风与降温,四、自然通风的组织1.夏季自然通风 主要利用风压通风 横向(水平方向)组织气流(组织穿堂风)利用较高风速降低动、植物体温2.冬季自然通风 主要利用热压通风 竖向组织气流,避免冷风直接吹向动、植物体 尽量加大进排风口高差设
14、屋脊天窗,风帽,风压与热压通风兼顾、通风与冬季保温兼顾,第三章农业设施中的通风与降温,习题15.图示三连栋温室,二侧窗为上卷式卷帘窗,窗洞口全长为30m,窗口下边沿离地高度为0.6m,卷帘全开启时上边沿离地高度为1.8m。在温室每个脊部设有天窗,在图示风向下,天窗仅开启背风面一侧,每个天窗口形成有效通风面积为30m0.6m的通风口,其中心离地高度为5.4m。试计算在下列三种情况下的温室自然通风量:室外风速=0,气温为5,室内气温为28;室外风速vo=3.5m,温室内外气温均为20;室外风速vo=3.5m,室外气温为5,室内气温为28。(各通风口的流量系数均取为0.65。),第三章农业设施中的通
15、风与降温,第三节 农业设施的机械通风一、机械通风的基本形式(一)进气式通风系统(正压通风系统)对设施密闭性要求低;进风口集中,便于对进风进行加温、过滤等预处理;设施内的空气正压可阻止外部粉尘和微生物随空气从门窗等缝隙处进入污染设施内环境,设施内卫生条件较好。,第三章农业设施中的通风与降温,出风口风速较高,易造成吹向动物或植物的过高风速,室内气流分布不均,不便采用大通风量。多在风机出风口连接塑料薄膜风管,通过风管上分布的小孔,将气流均匀分配输送入室内。,第三章农业设施中的通风与降温,(二)排气式通风系统(负压通风系统)易于实现大风量通风;室内气流分布均匀;便于在进风口安装湿垫等降温设备;要求设施
16、有较好的密闭性;与外界的卫生隔离较差。,第三章农业设施中的通风与降温,1.上部排风 小风量通风;可自然通风与 机械通风两用;下部进风 卫生条件差;风机维护不便。,水果贮藏库排气通风系统,第三章农业设施中的通风与降温,2.屋顶或檐口进气,下部排风 卫生条件较好;檐口进气舍内纵向气流分布均匀;檐口可设置调节板,调节风量方便;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。,第三章农业设施中的通风与降温,3.横向通风 风机安装位置低,维护方便;适用长度较小,跨度相对较大的建筑。,第三章农业设施中的通风与降温,4.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
17、的畜禽舍的建筑特点,所采用的一种机械通风方式,在其出现以后,大量替代过去多采用的横向通风方式,成为一种在畜禽舍通风中得到大量采用的一种通风方式。,第三章农业设施中的通风与降温,横向通风,第三章农业设施中的通风与降温,纵向通风,第三章农业设施中的通风与降温,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,容易用较小的通风量获得较高的舍内气流速度,有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。,第三章农业设施中的通风与降温,由于相邻畜
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