日光温室调温增湿交换系统的设计与研究

杨光+肖戟+钟文才+范志华

摘 要：根据空气调温增湿后对农作物的生长影响明显等特点，设置在试验日光温室内设计与安装湿草帘调节降温装置系统，通过空气粒子和水分子蒸气在湿草帘表面层的传质传热特征，建立和完成湿草帘调温控湿所需的数学模块。经系统试验测试，该模块能准确地显示出空气通过湿草帘后温度和湿度的改变，为试验日光温室关键环节中调节温度湿热交换系统的研究与设计提供了理论依据。

关键词：湿草帘物；调温；增湿；调节空气

中图分类号：S625.1 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.07.001

0 引言

空氣通过湿草帘，与其表层的足量水分充分接触，再由其各自运动传递媒质和热量，完成日光温室内空气调温增湿的过程。在以色列等中东地区国家，设施农业已被普及尤其是调温增湿技术的应用，形成了日光温室大棚农作物种植系统以及家畜饲养等温控系统。特别是我国吉林省西部地区，如白城、前郭等地，其技术也已经被广泛应用。

1 利用流通空气中的湿度降温对农作物适应性的影响

农作物被流通空气中的水分子湿润后逐渐降温后其特点是湿度增加，因此，应用湿草帘物日光温室的降温增湿系统中除了适应于农作物生长外，还要满足对农作物生长的要求。20世纪80年代中后期，国标组织颁布的温室内热环境的评价与测量方法新标准，应用PMV和PPD等二项指标来衡定热环境。其指标综合围绕农作物生长规律，外环境的隔断，空气温度，平均辐射温度，空气的流速和空气湿度等6个因素。

日光温室内农作物的茎叶生长时，空气的流速V=0.250～0.265 m/s时， 空气温度和热温板温度保持一致，在相对湿度为42%～45%时，能够改变温室内的空气温度，PPD值的变量如表1所示。

当日光温室内温度为22 ℃时，可促使相对湿度变化如表2所示。可以得出，当温室内空气温度变化量大时对室内的热舒适度影响明显。而湿度对应的变化量对农作物的热适应性影响[1]不显著。参考文献[2]表明，对于病弱茎叶农作物而言，相对湿度10%，只相对于环境温度升高0.3 ℃。

而相对湿度的变化对农作物的热适应性几乎没有影响[1]。文献[2]表明，对于弱苗作物而言，相对湿度10%，只相对于环境温度升高0.25 ℃。

2 调节温度湿热交换系统的构成

调节温度湿热交换系统：草帘物、直流风机、上下水循环系统和全自动控制系统等组成，如图1所示。草帘物研制成特定角度和交错重叠两层形式，构建成各组通道，在波幅分别达到最大与最小交替接触时，接触到栅格点；用淋浴喷头从上往下淋水草帘物，在其表面上形成水分子薄膜，达到水和空气充分接触的目的。草帘物经过晾晒、脱水等处理，其具有较强的吸水性、抗腐蚀性、耐用性以及较强的结构性等特征。

湿草帘安装在阳光温室内指定安装的绞手架上，其对面墙上安装直流风机，建成一个均匀的气流通道，封闭其余部分如图2所示。当直流风机向外排风时，在温室内形成负压，促使外部空气强行经过淋过水的草帘物进入阳光温室内部，实现空气与湿草帘物表面充分的接触，呈现出空气降温增湿等特性。

3 湿热交换系统的降温原理

3.1 热湿交换特征

阳光温室内的空气与湿草帘物的湿表面接触时，经过其转变成汽化过程以实现对空气中热量的吸收，以此达到水分子和热干气体的温差之间相互融合最终达到空气降温目的[3～4]。

经课题研究与实验的需要， 确立出穿透湿草帘物的空气流量为G，穿透前、后的流量以及温度各为Gw1、tw1 和Gw2、tw2；当空气穿透湿草帘物时，前、后的温度、含湿量、焓的参数各为t1、d1、i1和t2、d2、i2。

即热转换过程中蒸发的水流量：

3.2 调温增湿交换关系式模型

对于节流过程中调温增湿的水分子与空气粒子充分接触时，直接传递热量和热质的前提下来加以实现。取通过湿草帘物的空气粒子流过截面积与空气粒子接触的表面微元素面积dF（设定湿草帘物为平板体，展开后乘以扩展系数，本文中湿草帘物扩展系数为η=1.20），空气粒子可沿着χ轴方向穿过湿草帘物，水分子可沿着y轴方向流经其穿过。

4 试验分析

4.1 湿草帘物调温系统的设计与测试

设施农业特定用阳光温室外围尺寸为80 m×6 m×6 m，分别为长、宽、高。温室内设计安装上湿草帘物调温交换系统，温室一端墙体上安装山东省德州奇创通风设备有限公司出产的大流量轴流式风机（WEXD-750D6-0.25型，6500 m3/h，0.25 kW）15台。风机的对面温室上梁处吊装湿草帘物（4.88 m×1.22 m×δ20 mm），间隔B=100 mm分布60张，一台11.5 m3/h 清水泵提供循环水，水槽深0.3 m，10 m3。选用美德时（Anymetre）JR900型电子温湿度计测量出温室内温度降温前与后的变化以及湿度。

4.2 技术计算参数与调节控温增湿模型

当室外的温度t0为2～8 ℃时，温室内的水温tw为6～12 ℃，空气流过湿草帘物的流速υ=2.25 m/s.

4.3 测试结果与分析

当温室内空气温度t0=35.8 ℃时，由模型式可得出空气温度与湿度随水温的变化值及测试结果提供，当水温tw=18～20 ℃时，由模型式得出温室内的温度和湿度随与室外流通而发生改变，测得温度结果提供。经对比得出，经模型式推算出的数据与试验测得的数值规律变化近似一致。

从上述的计算数据得出，喷湿在湿草帘物的水温不小于18 ℃至25 ℃时，气体通过湿草帘物后，温度由22.5 ℃至28.6 ℃，降至7.8～11.5 ℃；湿度由85.5%至92.8%；因此，喷湿的水温越低空气经湿草帘物后，降温幅度越明显，增湿越小，调温增湿幅度约明显。

当农作物正常生长时，水循环使用水温随着室外部气温变化而变动，室外变化越明显，喷湿水的温度也随着变化，且农作物正常时的湿草帘物温度变化比模型式推导出降至1.2～2.2 ℃，降幅是6～9 ℃。

5 结论

（1）湿草帘物调温增湿对农作物正常生长影响小，试验表明，在阳光温室内应用湿草帘物调温增湿系统可行。

（2）水与空气冷热湿交换充足，穿过湿草帘物的空气温度变化至6～9 ℃时，变化明显。

（3）依据热质交换原理确立的理论模型式能够明显的反应出湿草帘物的实际工作情况，为进一步改进和优化日光温室调节温度湿热交换系统的参数，提供性能提供了可靠的理论依据。

参考文献：

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