半封閉溫室關鍵系統設計與應用

摘 要： 半封閉溫室是近年來新興溫室，其中溫室氣候走廊和正壓送風系統是半封閉溫室的關鍵系統設計。通過對半封閉溫室內夏季溫度分布的均勻性和風道風速測試試驗，驗證溫室的降溫能力和送風系統性能。試驗結果表明，SFG5-4 型風機配套35 m 長風道，送風相對均勻，風速4.3～4.7 m/s；對于溫度分布規律來說，在同一水平方向上溫室內各點的平均溫差1.0～1.8 °C，在同一高度方向上溫室內各點的平均溫差2.2～3.5 °C，并且3.5 m 濕簾比2.0 m 濕簾降溫效果好。

關鍵詞：半封閉溫室；氣候走廊；正壓送風系統；溫度分布；送風試驗

中圖分類號：S625 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）03-0032-04

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.03.006

0 引言

隨著人們對農產品需求的增加，品質要求越來越嚴格，連棟玻璃溫室迅速發展起來，溫室的建造規模也逐漸增大，管理越來越精細與智能[1-2]。但是傳統連棟玻璃溫室受開窗面積與開窗結構的限制，僅靠自然通風完全達不到溫室通風降溫的效果，造成冬季加溫耗能較大，夏季降溫困難等問題[3-4]。隨著連棟玻璃溫室建造單體面積逐漸增大，溫室的長度必然增加，濕簾送風距離過長會導致溫濕度分布不均勻，極易引發溫室病蟲害，造成環控系統不精準等問題。

半封閉溫室是一種近幾年在我國大規模建設的新型溫室類型，具有高可控性、高均勻環境、低通風率、正壓及高效節能的特點[5-6]。一般溫室內部維持20 Pa正壓，能夠阻擋昆蟲進入；溫室設計的窗戶少，二氧化碳和熱量利用率高，并且通風率2%～10%，而常規文洛型溫室通風率20%～30%；半封閉溫室采用高壓離心風機連接風道快速送風，實現溫室內部環境條件的高均勻性[7-8]。大型半封閉溫室的開間方向可達到250 m，要保證快速送風，實現溫室內部環境條件的高度均勻性， 高壓風機機型選擇和風道設計至關重要[9-10]。因此，氣候走廊和具有蓄放熱功能的正壓送風系統是半封閉溫室設計的關鍵系統。

北京京鵬環球科技股份有限公司自2015 年建設的第一座半封閉溫室開始，一直致力于半封閉溫室配套系統的開發，研發并推廣了集加濕、除濕、降溫、加溫和二氧化碳施肥等多功能于一體的氣候走廊和具有換熱制冷功能的正壓送風系統，能夠長距離送風，同時做到送風均勻。

1 關鍵系統設計

半封閉溫室關鍵系統設計主要包含氣候走廊和正壓送風系統兩部分。氣候走廊相當于一個混合室，將溫室空氣與經過加溫、降溫、除濕和增加二氧化碳等處理的外界空氣混合到一起，從而對溫室進行精準控制；正壓送風系統安裝在溫室生產區內，安裝區域會產生正壓，以防止昆蟲進入。半封閉溫室如圖1 所示。

1.1 氣候走廊

氣候走廊的寬度一般設置2 m，具有空氣混合均質化的功能，主要包括以下部分。

（1）空氣混合窗和濕簾外窗。空氣混合窗位于氣候走廊內，一般采用電動旋轉PC 板窗，如圖2 所示。

（2）溫度濕度調節裝置。蒸化降溫濕簾系統，在溫室走廊外側，配置高度2.0 m、厚度0.15 m 濕簾，濕簾外配置防蟲網和電動推拉窗系統，濕簾水池設計在溫室走廊地下。當室外濕度不高時采用濕簾蒸化降溫。機械調溫換熱裝置。當室外濕度高時采用機械降溫，通過計算機控制系統自動進行判別和模式切換。空氣混合均質化氣候室如圖3 所示。

（3）溫度、濕度等感應裝置和自動調控裝置。

1.2 正壓送風系統

文洛型連棟玻璃溫室常采用普通負壓風機與濕簾進行降溫，這種風機流量大，但壓力小，只能用于負壓排風，不能用于正壓送風。半封閉溫室使用的正壓送風系統選用高壓離心風機，該風機壓力高但是流量適宜，若是配合風道使用可以將新風送到相對較遠的位置，適合在大規模建設的半封閉溫室內使用。

正壓送風系統包括風機和栽培槽下方的薄膜管道，風機將混合后的均質空氣通過風道快速吹入溫室，出風系統包含帶防蟲網的頂窗和氣壓傳感器。溫室頂部配備有齒輪齒條電動開窗通風機構，窗口配設風琴折疊式防蟲網（孔徑0.4 mm×0.7 mm，采用抗紫外線的聚酯材料），實現頂部開窗，使溫室內外空氣形成對流，達到除濕、降溫、防蟲的效果。開窗機構包括控制箱、電機、行程限位開關、齒輪齒條套和傳動連接部件等組件。采用荷蘭進口溫室開窗專用減速電機，電機配備行程限位裝置，自動停止，限位準確，運行平穩可靠。

2 環境調控工藝

（1）加濕與除濕工藝。半封閉溫室的濕度由濕簾蒸發和加熱器進行控制，濕簾蒸發可以增加溫室內的濕度，加熱器會降低溫室內的相對濕度。

（2）加溫工藝。氣候室內空氣加溫裝置和風機開啟，加熱溫室內部空氣，然后通過風機和風道快速送入到溫室內部。

（3）降溫工藝。一種方式是濕簾蒸發降溫，通過風機和軟管快速輸送冷卻空氣來實現內部降溫。另外一種降溫方式是通過開啟空氣制冷裝置，內部熱空氣通過制冷裝置降溫后，再通過風機和軟管快速輸送冷卻空氣來實現內部降溫。

（4）空氣內循環。通過風機將上部空氣抽動，經風道運輸到溫室內部。氣候走廊的風機將空氣吹入栽培槽下方的風道內，然后通過風道上的風孔均勻地進入溫室種植區內。

（5）二氧化碳補氣。二氧化碳補氣閥門開啟，在氣候走廊內通過風機將溫室空氣與二氧化碳氣體混合，通過風道快速運輸到溫室內部，及時補充光合作用所需要的二氧化碳。

（6）人工補光。人工補光是光能和熱能的綜合利用，補光燈開啟，通過風機將上部熱空氣抽動，經過空氣混合窗進入氣候走廊，通過風道快速運輸到溫室內部，及時給溫室內部空氣補溫 。

3 夏季降溫試驗

3.1 試驗方法

本試驗測試地點為北京市通州區于家務鎮，測試時間2022 年6 月24 日。半封閉溫室長80 m、寬45 m、總面積3 600 m2，溫室脊高7 m、肩高6 m、跨寬8 m、開間5 m，北側配置氣候走廊。半封閉溫室氣候走廊和測試場地如圖4 所示。

本試驗測試溫室內正壓送風系統送風的均勻性和濕簾降溫系統的降溫性能，測試儀器如表1 所示。

（1）正壓送風系統送風均勻性測試。在貼近風機出風口的切面上選擇9 個點進行風速測試，風機測試點位置如圖5 所示，風機參數如表2 所示。根據公式計算出風機的實際出風量。在距離風機分別為1、5、10、15、20、25、30 和35 m 的距離處分別測試上中下3 個出風孔的風速，取平均值。

（2）不同高度濕簾降溫性能測試。選擇不同工作寬度的濕簾進行測試，濕簾寬度分別為2.0 和3.2 m。在溫室中部選擇9 個測試點進行測試，分別位于溫室的上中下3 層，編號1～9；在靠近濕簾的位置上下選擇2 個測試點進行測試，自上而下編號為10、11；在溫室外選擇1 個測試點進行測試。測試點具體位置如圖6 所示。

3.2 試驗結果分析

（1）正壓送風系統送風的均勻性試驗測試。由表3可知，測試風機出風口的平均風速12.02 m/s，經計算風機平均出風量Q=6 901.81 m3/s。

風道風速測試試驗結果如圖7 所示， 風道在1～35 m 長度內風速為4.3～4.7 m/s，風速較為均勻穩定，平均風速4.6 m/s。

風速試驗測試結果如表4 所示，風道總出風量5 459.83 m3/h，風道出風量占風機總出風量的79%。

（2）不同高度濕簾降溫性能試驗。不同高度濕簾對溫室降溫效果的影響試驗結果如圖8 所示，溫室內選擇9 個測試點，其中溫室的垂直方向存在一定的溫差。濕簾2.0 m 狀態下，上層溫度gt;中層溫度gt;下層溫度，相鄰兩層溫度溫差0.6～2.1 °C，與溫室外氣溫相比可降低2.9～7.2 °C；濕簾3.2 m 狀態下，上層溫度gt;中層溫度gt;下層溫度，相鄰兩層溫度溫差1.9～3.0 °C，與溫室外氣溫相比可降低4～10 °C；開啟3.2 m 濕簾與開啟2.0 m 濕簾相比，在室外測量平均溫度溫差在1.36 °C前提下，3.2 m 濕簾的溫室內平均溫度比2.0 m 濕簾平均溫度低1.29～3.92 °C。結果表明，濕簾工作寬度大，降溫效果好。在相同測試點測試室內濕度，結果如圖9 所示，溫室內濕度分布較為均勻，在50%～70%范圍內，并且兩種濕簾的濕度分布差異不大。

4 結束語

半封閉溫室作為一種新興的溫室類型，溫室氣候走廊和正壓送風系統是兩個關鍵的系統設計。本試驗通過對半封閉溫室內夏季溫度分布的均勻性和風道風速測試試驗，檢驗溫室的降溫能力和送風系統性能。試驗結果表明，SFG5-4 型風機配套35 m 長風道，送風相對比較均勻，風速4.3～4.7 m/s；對于溫度分布，在同一水平方向上半封閉溫室內各點的平均溫差1.0～1.8 °C，在同一高度方向上溫室內各點平均溫差2.2～3.5 °C，并且3.5 m 濕簾比2.0 m 濕簾降溫效果好。

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