日光溫室調溫增濕交換系統的設計與研究

楊光+肖戟+鐘文才+范志華

摘 要：根據空氣調溫增濕后對農作物的生長影響明顯等特點，設置在試驗日光溫室內設計與安裝濕草簾調節降溫裝置系統，通過空氣粒子和水分子蒸氣在濕草簾表面層的傳質傳熱特征，建立和完成濕草簾調溫控濕所需的數學模塊。經系統試驗測試，該模塊能準確地顯示出空氣通過濕草簾后溫度和濕度的改變，為試驗日光溫室關鍵環節中調節溫度濕熱交換系統的研究與設計提供了理論依據。

關鍵詞：濕草簾物；調溫；增濕；調節空氣

中圖分類號：S625.1 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.07.001

0 引言

空氣通過濕草簾，與其表層的足量水分充分接觸，再由其各自運動傳遞媒質和熱量，完成日光溫室內空氣調溫增濕的過程。在以色列等中東地區國家，設施農業已被普及尤其是調溫增濕技術的應用，形成了日光溫室大棚農作物種植系統以及家畜飼養等溫控系統。特別是我國吉林省西部地區，如白城、前郭等地，其技術也已經被廣泛應用。

1 利用流通空氣中的濕度降溫對農作物適應性的影響

農作物被流通空氣中的水分子濕潤后逐漸降溫后其特點是濕度增加，因此，應用濕草簾物日光溫室的降溫增濕系統中除了適應于農作物生長外，還要滿足對農作物生長的要求。20世紀80年代中后期，國標組織頒布的溫室內熱環境的評價與測量方法新標準，應用PMV和PPD等二項指標來衡定熱環境。其指標綜合圍繞農作物生長規律，外環境的隔斷，空氣溫度，平均輻射溫度，空氣的流速和空氣濕度等6個因素。

日光溫室內農作物的莖葉生長時，空氣的流速V=0.250～0.265 m/s時， 空氣溫度和熱溫板溫度保持一致，在相對濕度為42%～45%時，能夠改變溫室內的空氣溫度，PPD值的變量如表1所示。

當日光溫室內溫度為22 ℃時，可促使相對濕度變化如表2所示。可以得出，當溫室內空氣溫度變化量大時對室內的熱舒適度影響明顯。而濕度對應的變化量對農作物的熱適應性影響[1]不顯著。參考文獻[2]表明，對于病弱莖葉農作物而言，相對濕度10%，只相對于環境溫度升高0.3 ℃。

而相對濕度的變化對農作物的熱適應性幾乎沒有影響[1]。文獻[2]表明，對于弱苗作物而言，相對濕度10%，只相對于環境溫度升高0.25 ℃。

2 調節溫度濕熱交換系統的構成

調節溫度濕熱交換系統：草簾物、直流風機、上下水循環系統和全自動控制系統等組成，如圖1所示。草簾物研制成特定角度和交錯重疊兩層形式，構建成各組通道，在波幅分別達到最大與最小交替接觸時，接觸到柵格點；用淋浴噴頭從上往下淋水草簾物，在其表面上形成水分子薄膜，達到水和空氣充分接觸的目的。草簾物經過晾曬、脫水等處理，其具有較強的吸水性、抗腐蝕性、耐用性以及較強的結構性等特征。

濕草簾安裝在陽光溫室內指定安裝的絞手架上，其對面墻上安裝直流風機，建成一個均勻的氣流通道，封閉其余部分如圖2所示。當直流風機向外排風時，在溫室內形成負壓，促使外部空氣強行經過淋過水的草簾物進入陽光溫室內部，實現空氣與濕草簾物表面充分的接觸，呈現出空氣降溫增濕等特性。

3 濕熱交換系統的降溫原理

3.1 熱濕交換特征

陽光溫室內的空氣與濕草簾物的濕表面接觸時，經過其轉變成汽化過程以實現對空氣中熱量的吸收，以此達到水分子和熱干氣體的溫差之間相互融合最終達到空氣降溫目的[3～4]。

經課題研究與實驗的需要， 確立出穿透濕草簾物的空氣流量為G，穿透前、后的流量以及溫度各為Gw1、tw1 和Gw2、tw2；當空氣穿透濕草簾物時，前、后的溫度、含濕量、焓的參數各為t1、d1、i1和t2、d2、i2。

即熱轉換過程中蒸發的水流量：

3.2 調溫增濕交換關系式模型

對于節流過程中調溫增濕的水分子與空氣粒子充分接觸時，直接傳遞熱量和熱質的前提下來加以實現。取通過濕草簾物的空氣粒子流過截面積與空氣粒子接觸的表面微元素面積dF（設定濕草簾物為平板體，展開后乘以擴展系數，本文中濕草簾物擴展系數為η=1.20），空氣粒子可沿著χ軸方向穿過濕草簾物，水分子可沿著y軸方向流經其穿過。

4 試驗分析

4.1 濕草簾物調溫系統的設計與測試

設施農業特定用陽光溫室外圍尺寸為80 m×6 m×6 m，分別為長、寬、高。溫室內設計安裝上濕草簾物調溫交換系統，溫室一端墻體上安裝山東省德州奇創通風設備有限公司出產的大流量軸流式風機（WEXD-750D6-0.25型，6500 m3/h，0.25 kW）15臺。風機的對面溫室上梁處吊裝濕草簾物（4.88 m×1.22 m×δ20 mm），間隔B=100 mm分布60張，一臺11.5 m3/h 清水泵提供循環水，水槽深0.3 m，10 m3。選用美德時（Anymetre）JR900型電子溫濕度計測量出溫室內溫度降溫前與后的變化以及濕度。

4.2 技術計算參數與調節控溫增濕模型

當室外的溫度t0為2～8 ℃時，溫室內的水溫tw為6～12 ℃，空氣流過濕草簾物的流速υ=2.25 m/s.

4.3 測試結果與分析

當溫室內空氣溫度t0=35.8 ℃時，由模型式可得出空氣溫度與濕度隨水溫的變化值及測試結果提供，當水溫tw=18～20 ℃時，由模型式得出溫室內的溫度和濕度隨與室外流通而發生改變，測得溫度結果提供。經對比得出，經模型式推算出的數據與試驗測得的數值規律變化近似一致。

從上述的計算數據得出，噴濕在濕草簾物的水溫不小于18 ℃至25 ℃時，氣體通過濕草簾物后，溫度由22.5 ℃至28.6 ℃，降至7.8～11.5 ℃；濕度由85.5%至92.8%；因此，噴濕的水溫越低空氣經濕草簾物后，降溫幅度越明顯，增濕越小，調溫增濕幅度約明顯。

當農作物正常生長時，水循環使用水溫隨著室外部氣溫變化而變動，室外變化越明顯，噴濕水的溫度也隨著變化，且農作物正常時的濕草簾物溫度變化比模型式推導出降至1.2～2.2 ℃，降幅是6～9 ℃。

5 結論

（1）濕草簾物調溫增濕對農作物正常生長影響小，試驗表明，在陽光溫室內應用濕草簾物調溫增濕系統可行。

（2）水與空氣冷熱濕交換充足，穿過濕草簾物的空氣溫度變化至6～9 ℃時，變化明顯。

（3）依據熱質交換原理確立的理論模型式能夠明顯的反應出濕草簾物的實際工作情況，為進一步改進和優化日光溫室調節溫度濕熱交換系統的參數，提供性能提供了可靠的理論依據。

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