降温技术在农业温室中的应用探讨

来源：SCI期刊网分类：农业论文时间：2022-05-10 09:47 热度：

摘要：摘要：阐述了温室夏季的主要降温方法，主要有通风降温、遮阳降温、湿帘风机、高压喷雾等降温措施;对各个降温系统进行比较，提出各项系统的优缺点;最后，根据作者理解，对温室降温系统

　　摘要：阐述了温室夏季的主要降温方法，主要有通风降温、遮阳降温、湿帘风机、高压喷雾等降温措施;对各个降温系统进行比较，提出各项系统的优缺点;最后，根据作者理解，对温室降温系统的发展趋势做出一些预测。

降温技术在农业温室中的应用探讨

　　关键词：环境夏季温室降温方法

　　夏季采取经济而有效的降温措施降低温室内的温度，为作物提供一个良好的生长环境，以提高温室效益一直都是一个亟待解决的问题，近些年，在科研工作者的努力之下，已经在这方面取得了很多成就。但现在温室降温依然存在一些问题，诸如能量浪费、运行成本高等问题，在国家节能减排的大背景下，对已有降温措施进行合理优化改造并积极探索新型降温模式，十分有意义。

　　1温室常用降温措施

　　1.1通风降温

　　通风降温是夏季温室最常用的降温措施，通过通风系统将温室内外的冷热空气进行有效置换，达到降温目的。按照通风系统的工作动力不同，分为自然通风和机械通风两种形式。

　　1.1.1 自然通风

　　自然通风是利用温室内外的温差产生的“热压” 或外界自然风力产生的“风压”促使空气流动的一种通风方式[1I。自然通风降温近些年一直是国内外研究的热点。但鉴于自然通风的降温原理，我国夏季大部分地区风速较小，自然通风不能起到很好的降温效果。因此要合理设计温室的结构，加强温室的空气对流，以期达到良好的降温效果。

　　传统自然通风虽然在降温经济性上有很大的优势，当外界太阳辐射不强的时候，能够较好的缓解温室内温度较高的问题;而当外界太阳辐射较大，此时仅仅利用自然通风降温，远远不能满足植物生长所需温度要求。近年来温室建设工程中大量采用将通风降温与湿帘风机降温系统以及外遮阳等系统联合的方式。

　　1.1.2机械通风

　　当温室内的温度较高，自然通风不佳，不能很好地解决降温问题的时候，通常采用机械通风强化温室内空气与外界的对流换热，将室内的热空气转移到室外，提高降温的效果。机械通风的合理应用不仅提高了温室降温幅度，对于加强室内空气流动，促进温室内部温湿度均匀具有重要意义。湿帘风机降温系统造成温室内湿度过大，影响作物生长，采用辅助排风系统可以起到调节室内湿度的作用…。

　　机械通风降温措施虽然使得温室与外界的换气量得到很大提高，但考虑到它的降温机理仅仅依靠强制通风换气不能起到明显的降温效果，常态下当基本通风量超过0.05 m3/m2·s时，风机降温效果也不再明显[3l。

　　为了进一步提高通风降温的效果，需要对温室的通风性能提出更高要求。近些年来，研究人员在原温室研究的基础上，改变普通温室的结构，开发出了新型温室，优化了温室的结构，如屋顶全开启式温室。屋顶全开式温室增加屋顶张角，使温室内外完全相通，通风换气比接近100%[4|，相比较普通的温室顶通风，通风面积变大，提高了温室与外界的对流换气能力，在自然通风的情况下，能够取得优于普通温室的降温效果。

　　1.2遮阳降温

　　遮阳的目的在于通过遮阳材料，降低进人温室内的太阳辐射强度或者减少温室的太阳辐射时间。采用遮阳降温能够使夏季温室室温降低3～6℃[引，按照遮阳位置的不同，主要分为内遮阳降温和外遮阳降温。

　　1.2.1内遮阳降温

　　虽然内遮阳网能够减少室外进入室内的太阳辐射，但是内遮阳也会从两个方面阻碍了温室的降温效果：一、内遮阳将来自太阳辐射的一部分能量积聚在遮阳网与顶部覆盖薄膜之间的封闭空间内，使得在该封闭空间内形成了一个高温空间区，温度有时高达60℃[s1;二、当内遮阳网在室内展开时，阻挡了作物和地面的长波辐射散热，最终导致作物生长空间的温度上升[6]。

　　1.2.2外遮阳降温

　　外遮阳网无论从性价比以及降温效果来说都值得在实际工程中推广，虽然外遮阳降温效果有限，仅能使室内温度降低3"C～4℃，但是它能够从根本上减少进入温室的无效太阳辐射，降低了其他降温措施的负荷，在实际工程中与湿帘风机降温系统联合使用，能够取得低于室外温度的温室环境。

　　1.2.3遮阳网上喷淋降温

　　近些年来，研究人员选择将喷雾降温系统与遮阳降温技术相结合，提出了一种在遮阳网上喷雾的新型降温方法。根据遮阳网位置的不同，主要有在外遮阳网上喷淋和内遮阳网上喷淋两种形式，如图 1和图2所示。

　　两种降温系统克服了喷淋玻璃屋面降温幅度较小，水资源浪费以及室内喷雾降温造成湿度过大的缺点，采用在遮阳网上喷淋的设计思路，将雾滴喷洒在屋顶与遮阳网之间的高温区域，减少温室上方的负荷。这样的设计思路主要体现的优势是：一、减少对温室内环境相对湿度的影响，落在遮阳网上没有完全蒸发的雾滴能够继续在遮阳网上完成蒸发冷却过程[，1;二、遮阳网上喷淋降温系统与温室内喷雾降温系统相比，对喷雾等设备的要求较低。

　　1.3湿帘风机降温系统

　　湿帘风机降温效果明显，在我国已经成为一种运作较为成熟的温室夏季降温手段。但它本身也有很多有待改进的地方：从系统运行效果来看，湿帘风机系统运行时在降低温室温度的同时使得温室内 ’ 奈奈 I 奈名 I 尜尜内遮阳图2内遮阳网喷淋降温装置的空气湿度很大，对植物生长带来影响㈨;同时，系统运行时会在气流方向上形成温度梯度，一定程度上限制了温室的设计尺寸;湿帘风机降温系统在高湿度地区降温幅度较小;从运行成本角度来看，湿帘风机系统初投资较大，风机、水泵能耗较大，系统运行一段时间会在其表面常常积聚水垢和水苔，同时长期运行会使湿帘产生收缩变形，影响运行效率和使用年限[1 3;针对这些问题，提出相应的解决方案就显得十分必要。

　　1.3.1合理布置多单元温室

　　湿帘风机系统在气流流动的方向上会形成温度梯度，靠近湿帘的位置温度较低，靠近风机的位置温度相对较高，这不仅直接影响了系统的降温效果，而且大大限制了温室的尺寸，使得湿帘风机之间的距离一般要求在40m左右。为了突破这个限制，生 3所示。产中常常改变传统湿帘风机系统的布置结构，如图

　　将几个温室降温单元组合布置，使得大部分的湿帘壁板面对主导风向，大部分风机顺着风向排风，当风机不得需要不吹向距离风机1.5倍风机直径的障碍物时，最好选用屋顶式排风机[9]。这种温室设计思路，提高了温室的土地利用效率，使得温室作物种植更加灵活，对于我国建设2 hm：及以上面积的温室都有较好的借鉴意义。

　　1.3.2合理划分温室大小空调环境

　　当外界的空气经过湿帘处理成湿冷的空气送到植物生长区，在吸收了植物、苗床以及太阳辐射热后，空气温度上升[9]，温室下部作物生长区的冷空气会与上部的热空气混合，存在冷量浪费。如图4 所示，在温室垂直方向上将整个温室作物生长空间划分为小环境，屋顶以下，内遮阳以及内保温等设备所在的空间为大环境。作物生长的小环境需要保持在相对湿度50%75%才能够取得最佳生长环境[10】，而大环境不仅没有较高要求，太阳辐射造成的多余冷负荷积累在屋顶与内遮阳网空间的热量会对温室的降温带来一定负担，仅作通风处理即可。

　　对温室大小环境进行合理划分并且保持其温湿度场的稳定性主要有两方面的优势：一、作物对于温度的要求是十分复杂的。具体表现为植物生长发育的不同时期所需的最佳温度是不一样的，同时，温室中通常种植若干不同的作物，合理区分温室的大小环境，有利于作物生长的小环境温湿度稳定，使作物在适宜的环境中生长。二、将处理的冷空气集中分布于植物生长区，不仅可以减少能量浪费，而且能够节约填料，减少系统风机、水泵的能耗。

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　　随着蒸发冷却设备的发展完善，还可对温室采用直接蒸发冷却器或间接+直接两级蒸发冷却器集中送风的方式进行夏季降温[10|，如图5所示，在温室中合理布置蒸发式冷却器，仅对作物生长的小环境进行温湿度调节，这样不仅使温室小环境气流组织更加便于控制，温湿度较稳定，同时，减少了能量浪费，而且一些对温湿度有特殊要求的作物得到合理照顾。

　　1.3.3除湿降温系统

　　在我国长江以北，夏季最热月平均相对湿度在 75%以上的地区，湿帘降温冷却系统一般能使平均室内温度低于室外5℃以上，相对湿度约增加至80%。

　　但在长江以南的沿海地区，由于夏季最热月平均相对湿度达83%[10]，降温效果就不明显，张继元通过在湿垫一风机降温系统的基础上增加了一个除湿室，湿空气经过除湿室后，除湿剂吸收水分而逐渐被稀释而使空气湿度下降。通过这种方式获得的低湿度的空气，使直接蒸发冷却系统获得较大的降温幅度【11I。除湿降温系统不仅能够较好的解决在高湿度地区、高湿度季节(梅雨季节等时节)的温室降温问题，而且可以有效降低温室的湿度，为作物的生长提供适宜的湿度环境。

　　1.4喷雾降温

　　高压喷雾降温是目前在温室中应用的较先进的降温方法，水经过过滤系统后进入高压泵，水在很高的压力(4 MPa以上)下通过管路流过孔径非常小的喷嘴(直径为15¨m)形成直径为20 I|m以下的细雾滴，雾滴弥漫整个温室与空气混合，利用水的蒸发潜热，大量吸收空气中的热量，从而达到降温的目的[1]。

　　但基于喷雾降温的降温原理，它也有一些自身的不足：雾粒的蒸发时间与雾粒直径有直接关系，通常减少雾粒的出口直径，能够缩短雾粒的蒸发时间，提高蒸发率。影响雾粒的出口直径因素较多，例如喷嘴孔径、喷雾压力等，细雾降温系统的喷嘴孔径仅为O.1～0.3 mm【l2|，这就导致对水质或者说过滤系统以及喷嘴质量要求较高;为了能够得到细小的雾滴，需要较高的压力，同样对加压设备提出了较高要求;没有充分雾化的水滴会淋湿植物表面，在植物表面会出现盐类聚集，影响植物的生长[n]。

　　一些蒸发降温新技术的提出，如电子雾化降温、集中雾化降温系统等为解决喷雾降温问题提供了较好的借鉴。 2温室降温的发展趋势预测利用太阳能在夏季温室内降温，不仅可以降低蔬菜花卉生产成本，而且可以节约能源，对环境没有污染，因此对利用太阳能在夏季温室内降温研究.非常值得探索。例如光电转换驱动水泵、风机;太阳能驱动水一溴化锂系统;太阳能驱动敞开型再生式氯化锂吸收式制冷系统;太阳能驱动固体吸收式空调系统;太阳能驱动固体吸附式空调系统等[H】。

　　区分温室的大小环境，进行个性化供冷。在某些需要特定温湿度的区域设置蒸发冷却器，进行小环境的温湿度调节，在不需要额外照顾的地方由湿帘风机统一调节大环境的温湿度;本着个性化温湿度调节的思路，只对作物生长区内的空气进行温湿度调节，不需调节非作物生长区的空气温湿度。在温室的不同区域安排不同的空调方案，这样便大大降低了温室的供冷能耗。

　　3结论

　　以上介绍的温室降温方法，包括通风降温、遮阳降温、湿帘风机降温系统、喷雾降温系统，无论是单项降温措施还是它们之间的组合应用，都取得了较好的效果。但实际这些方法也各自存在不足，如能量浪费、运行成本高等问题。选择合适的降温系统除了要根据客观条件如地理气候条件、作物种类等因素，也要考虑系统初投资、运行管理费用等经济因素。

　　全开式温室、多单元温室湿帘风机布置方案从优化温室结构设计的角度对温室降温提供了新的设计思路，遮阳网喷淋降温系统对已有的降温措施遮阳降温和喷雾降温技术进行重新优化组合，起到了更好的降温效果。区分温室大小环境，对大小环境分别进行温湿度控制以及在温室中布置蒸发式冷气机的思路不仅优化温室气流组织，而且节省能量损失。除湿降温系统对于高湿度地区应用蒸发冷却降温提供新的思路。——论文作者：张璐瑶黄翔

　　参考文献

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　　[6] 王庆吉，张百良.几种降温措施在温室夏季降温中的应用研究[J]-农业工程学报，2006，22 (9)：257.260.

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　　[10]黄翔.蒸发冷却空调理论与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

　　[11]赵纯青，张继元.温室除湿降温系统中除湿室结构设计[J].华中农业大学学报，2004，23 (3)：355.358.