西北型日光溫室內風速分布及其與室外風速和通風面積的關系

更新時間：2010-10-14 點擊次數：3813

在國內外溫室生產中, 自然通風有3 個基本功能: 補充二氧化碳; 調節室內的溫度和濕度; 在溫室內部形成一定的氣流, 增強光合、呼吸和蒸騰作用。國內外許多專家對溫室內的氣流運動和風速分布情況進行了初步研究, 但主要針對大型連棟溫室。而我國目前主要的溫室類型是節能日光溫室, 其面積已約達70 萬hm2。由于日光溫室內的風速分布和大小與室外風速和通風面積的關系尚不清楚, 因而難以對其實現科學的量化管理。通風管理是日光溫室生產過程中zui重要的環境調控手段之一, 合理的通風既可以防止病蟲害的滋生與蔓延, 又可以提高農產品的產量和品質。本研究探討了西北型日光溫室內的風速分布規律及其與室外風速和通風面積的關系, 以期為日光溫室的生產管理和結構設計提供技術指導和理論依據。使用儀器推薦：植物葉面積儀、活體葉面積儀 http://www.agr17.com.cn/product/index.html。

1　材料與方法

1. 1　試驗溫室

試驗于2004204～ 06 在楊凌景卉公司的西北型日光溫室內進行, 溫室東西走向, 長60 m , 跨度8 m ,脊高3. 6 m , 拱梁間距1 m; 側窗為卷膜開窗, 下沿距地面1 m , 跨度1 m; 天窗跨度1 m; 后墻平行布置10個通風口, 距地面1. 1 m , 面積30 cm ×30 cm。日光溫室骨架為鍍鋅鋼管拱架, 覆蓋無滴聚乙烯薄膜, 外覆復合保溫被, 保溫被每天8: 00 揭開, 17: 30 蓋嚴,后墻內夾保溫層, 天窗、側窗都為卷簾式, 天窗為電機帶動, 側窗為手動。溫室內種植非洲菊, 株高20 cm左右。

1. 2　試驗方法

試驗通過調節卷膜開窗的寬度設置了12. 7% ,17. 45% , 18. 8% 和25. 2% 等4 個不同的開窗面積,于2004204205 8: 00～ 17: 00 測量晴天溫室內外的風速, 每小時記錄1 次數據, zui后對數據進行分析。試驗共設10 個觀測點, 室內均勻分布9 個（圖1） , 在距離溫室20m 遠的空曠地帶設一個室外觀測點。各觀測點在垂直方向上分別設100, 50 和20 cm 3 個測量高度。用KANOMAX6004 型式風速儀測定風速, 用上海產便攜式ZJ 122A 型溫濕度自記鐘記錄溫度和濕度。

1. 2. 1　日光溫室內風速日變化規律的研究　選擇晴天的數據, 對不同時刻、不同高度水平室內所有測量點的風速數據求平均值, 即可得到不同時刻、不同水平高度的室內風速; 將室外20, 50 和100 cm 的所有風速值求平均值, 即室外風速, zui后分析室內風速的日變化情況。

1. 2. 2　日光溫室內風速的水平分布規律　由圖1

可知, 觀測點1～ 3 號為東測點, 4～ 6 號為中測點, 7～ 9 號為西測點; 1, 4, 7 號為北觀測點, 3, 6, 9 號為南測點, 2, 5, 8 號位于溫室的中軸線上。對1～ 3,4～ 6和7～ 9 號點觀測值分別求平均值, 統計分析后得溫室內風速的東西分布情況; 將1, 4, 7 號, 2, 5, 8號和3, 6, 9 號點觀測值求平均值, 統計分析后得溫室內風速的南北分布情況。

1. 2. 3　日光溫室內風速與室外風速的關系　將測得的試驗數據進行統計分析, 找出各個時刻對應的室內、外風速值, 進行回歸分析。

1. 2. 4　通風面積不同時日光溫室內的風速折減率

和溫升　通風面積不同, 則溫室內的通風效果也不同, 可以用風速折減率（R ）來討論不同通風面積下的室內通風效果。R = 1 - V iöVo

式中,V i 和V o 分別為溫室內、外的風速（m ös）。試驗同時分析了日光溫室內溫度較室外溫度的上升值與通風面積之間的關系。設置了12. 7% ,17. 45% , 18. 8% 和25. 2% 4 個通風面積比, 分別進行室內外共10 個點、3 個高度水平風速的測量, 對測得的1 080 個數據進行統計分析。

2　結果與分析

2. 1　西北型日光溫室內風速的日變化規律　　西北型日光溫室內風速與室外風速的日變化情況見圖2。

F ig. 2　D iurnal variat ion of air speed inside and outside no rthw est type sunligh t greenhouse　　從圖2 可以看出, 日光溫室內風速日變化明顯受到室外風速的影響, 總體趨勢呈雙峰曲線, 上午9:00 和中午13: 00 風速較大, 早晚風速較小。通風情況下, 13: 00 時室內風速zui大, 12: 00 時風速zui小; 室內垂直方向上的風速雖然有些時段有所不同, 但總體變化趨勢是風速隨著高度的增加而增大。風速變化除了主要受室外風速的影響外, 還受室內熱壓的作用。上午（8: 00～ 10: 00）開棚（側窗打開以及天窗開啟為開棚）時, 由于棚內溫度較棚外高, 從而產生較大的溫度差, 導致棚內外的氣流交換較快, 造成上午氣流交換加強, 風速變化不平穩; 中午（12: 00～ 14:00） , 室內溫度升高, 空氣上下溫度差增大, 因此中午風速zui大; 下午（15: 00～ 17: 00） , 由于棚內外溫度基本平衡, 氣流交換變弱, 因而風速變化平穩。

2. 2　西北型日光溫室內風速水平分布

從圖3 可以看出, 溫室中風速在東西方向的水平分布規律為: 溫室東部和中部的風速差異不大, 西部風速明顯大于東部和中部, 這主要是由于溫室的第9 期楊振超等: 西北型日光溫室內風速分布及其與室外風速和通風面積的關系37

　從圖2 可以看出, 日光溫室內風速日變化明顯受到室外風速的影響, 總體趨勢呈雙峰曲線, 上午9:00 和中午13: 00 風速較大, 早晚風速較小。通風情況下, 13: 00 時室內風速zui大, 12: 00 時風速zui小; 室內垂直方向上的風速雖然有些時段有所不同, 但總體變化趨勢是風速隨著高度的增加而增大。風速變化除了主要受室外風速的影響外, 還受室內熱壓的作用。上午（8: 00～ 10: 00）開棚（側窗打開以及天窗開啟為開棚）時, 由于棚內溫度較棚外高, 從而產生較大的溫度差, 導致棚內外的氣流交換較快, 造成上午氣流交換加強, 風速變化不平穩; 中午（12: 00～ 14:00） , 室內溫度升高, 空氣上下溫度差增大, 因此中午風速zui大; 下午（15: 00～ 17: 00） , 由于棚內外溫度基本平衡, 氣流交換變弱, 因而風速變化平穩。

2. 2　西北型日光溫室內風速水平分布

從圖3 可以看出, 溫室中風速在東西方向的水平分布規律為: 溫室東部和中部的風速差異不大, 西部風速明顯大于東部和中部, 這主要是由于溫室的操作間在西側墻上, 因此造成西部風速較大。若排除操作間開口的影響, 溫室內風速在東西方向上應無明顯差異。從圖4 可知, 溫室內風速在南北方向的水平分布規律為: 中排測量點的風速明顯小于南北兩排測量點的風速。由此可以看出, 在溫室前開口和頂開窗同時打開的情況下, 溫室內風速南北方向水平分布規律呈V 字型, 并且離窗口越近, 風速越大。這主要是因為北測量點距離頂窗較近, 南測量點距離南側通風口較近, 而中部測量點離窗口較遠。另外,溫室通風除了室外風速的影響外, 還受室內外溫度差造成的熱壓作用的影響, 在頂通風和底通風同時開啟的情況下, 會形成前底窗進風, 頂窗排風的自然循環, 因此越靠近通風窗口, 風速越大。2. 3　西北型日光溫室室外風速對室內風速的影響在溫室中, 通過調節頂通風和前部底通風, 溫室的zui大通風面積可以達到25. 2% （通風口面積與溫室總占地面積之比）。2004205217, 在通風面積zui大條件下, 白天對室內外各點的風速和溫度進行測量,經統計分析可以看出, 室內風速主要受室外風速的影響, 且二者存在較強的線性關系（圖5）。在室外風速相同的情況下, 室內風速隨著測點高度的增加而增大, 且室外風速對室內風速的影響也增大。

2. 4　通風面積對西北型日光溫室內風速折減率和溫升的影響

從圖6 可以看出, 風速的折減率隨著測點高度的增加而增大; 總體來看, 隨著通風面積的增大, 風速折減緩慢降低, 再迅速降低, zui后又緩慢降低（100 cm 高度處出現輕微增加）。表明在20～ 100 cm高度, 從風速折減率的角度來看, 通風效果*的通風面積比大約為18%～ 25%。圖7 表明, 在通風面積比從12. 7% 上升到25. 2% 時, 室內溫升先迅速降低, 后緩慢降低, 溫室內的平均溫升從2. 36 ℃降到1. 34 ℃, 其中在通風面積比為18. 8%～ 25. 2% 時溫升下降緩慢。結合圖6的分析可以初步得出, 西北型日光溫室通風效果*的通風面積比為18%～ 25%。

3　結論與討論

溫室自然通風的原理包括熱壓作用和風壓作用, 前者是利用溫度差而產生室內外空氣的壓力差,形成熱壓作用的通風; 后者是利用風吹向建筑物時,迎風面產生正壓、背風面產生負壓, 從而形成風壓作用的通風。熱壓作用的變化相對較小, 而風壓作用的隨機性很大。由于自然通風應用廣泛, 在許多情況下風壓引起的自然通風會有舉足輕重的作用。本研究結果顯示, 西北型日光溫室內的風速日變化規律基本上呈雙峰曲線, 這主要是因為在上午8: 00 左右, 由于溫室開窗通風, 室內的高溫高濕氣體因熱壓的作用迅速向外排出, 室外溫度較低的新鮮空氣進入室內, 使室內的風速達到第1 個高峰; 隨著空氣交換的進行, 室內外的溫度逐漸達到平衡, 室內風速開始降低; 在中午時刻, 由于溫室內外溫差加大, 室內的風速又一次增大, 達到第2 次高峰; 下午時段, 由于溫室內外的溫差逐漸減小, 室內風速逐漸減小。因此日光溫室內的風速日變化呈雙峰曲線。在25. 2% 的通風面積比下, 西北型日光溫室室內風速與室外風速有顯著的線性關系, 這與M eirTei 等和W ang 等對大型連棟溫室的研究結論一致。因此可以認為, 在國內的節能日光溫室中,室內風速隨室外風速的增大而增大, 隨室外風速的減小而減小。日光溫室內的風速在水平方向的分布規律為東西方向變化不大, 南北方向呈V 字型分布,其根本原因是距離通風口距離的不同, 離通風口越近, 風速越大, 反之越小。

日光溫室內風速的大小可直接調節室內的小氣候, 如降低溫度, 排除濕氣, 增加CO 2 含量, 適宜的風速還有利于作物的光合、呼吸和蒸騰作用。日光溫室內的風速與通風面積密切相關, 因此研究日光溫室的通風面積非常重要。以往通風面積的確定主要采用經驗參數, 至今尚無此方面的研究報道。本試驗研究了通風面積與風速折減率之間的關系, 以及通風面積與溫室內溫升的關系, 結果表明, 西北型日光溫室通風效果*時的通風面積比為18%～25% , 這對于指導溫室結構設計、提高溫室管理水平和日光溫室的環境調控能力均有重要意義。西北型節能日光溫室是西北地區溫室生產的主要溫室類型, 具有造價低、保溫性能好等優點, 十分適合西北地區設施農業生產, 研究其室內的風速分布規律可以進一步優化溫室結構。本試驗初步闡明了西北型節能日光溫室中風速的分布和變化規律,結果對于日光溫室通風面積的優化設計和溫室的生產管理具有一定的參考價值和指導意義。

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