楊光+肖戟+鐘文才+范志華
摘 要:根據(jù)空氣調(diào)溫增濕后對農(nóng)作物的生長影響明顯等特點,設(shè)置在試驗日光溫室內(nèi)設(shè)計與安裝濕草簾調(diào)節(jié)降溫裝置系統(tǒng),通過空氣粒子和水分子蒸氣在濕草簾表面層的傳質(zhì)傳熱特征,建立和完成濕草簾調(diào)溫控濕所需的數(shù)學(xué)模塊。經(jīng)系統(tǒng)試驗測試,該模塊能準(zhǔn)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(guān)鍵環(huán)節(jié)中調(diào)節(jié)溫度濕熱交換系統(tǒng)的研究與設(shè)計提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞:濕草簾物;調(diào)溫;增濕;調(diào)節(jié)空氣
中圖分類號:S625.1 文獻(xiàn)標(biāo)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(zhì)和熱量,完成日光溫室內(nèi)空氣調(diào)溫增濕的過程。在以色列等中東地區(qū)國家,設(shè)施農(nóng)業(yè)已被普及尤其是調(diào)溫增濕技術(shù)的應(yīng)用,形成了日光溫室大棚農(nóng)作物種植系統(tǒng)以及家畜飼養(yǎng)等溫控系統(tǒng)。特別是我國吉林省西部地區(qū),如白城、前郭等地,其技術(shù)也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。
1 利用流通空氣中的濕度降溫對農(nóng)作物適應(yīng)性的影響
農(nóng)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(yīng)用濕草簾物日光溫室的降溫增濕系統(tǒng)中除了適應(yīng)于農(nóng)作物生長外,還要滿足對農(nóng)作物生長的要求。20世紀(jì)80年代中后期,國標(biāo)組織頒布的溫室內(nèi)熱環(huán)境的評價與測量方法新標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用PMV和PPD等二項指標(biāo)來衡定熱環(huán)境。其指標(biāo)綜合圍繞農(nóng)作物生長規(guī)律,外環(huán)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(nèi)農(nóng)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(nèi)的空氣溫度,PPD值的變量如表1所示。
當(dāng)日光溫室內(nèi)溫度為22 ℃時,可促使相對濕度變化如表2所示。可以得出,當(dāng)溫室內(nèi)空氣溫度變化量大時對室內(nèi)的熱舒適度影響明顯。而濕度對應(yīng)的變化量對農(nóng)作物的熱適應(yīng)性影響[1]不顯著。參考文獻(xiàn)[2]表明,對于病弱莖葉農(nóng)作物而言,相對濕度10%,只相對于環(huán)境溫度升高0.3 ℃。
而相對濕度的變化對農(nóng)作物的熱適應(yīng)性幾乎沒有影響[1]。文獻(xiàn)[2]表明,對于弱苗作物而言,相對濕度10%,只相對于環(huán)境溫度升高0.25 ℃。
2 調(diào)節(jié)溫度濕熱交換系統(tǒng)的構(gòu)成
調(diào)節(jié)溫度濕熱交換系統(tǒng):草簾物、直流風(fēng)機(jī)、上下水循環(huán)系統(tǒng)和全自動控制系統(tǒng)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(gòu)建成各組通道,在波幅分別達(dá)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(dá)到水和空氣充分接觸的目的。草簾物經(jīng)過晾曬、脫水等處理,其具有較強(qiáng)的吸水性、抗腐蝕性、耐用性以及較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性等特征。
濕草簾安裝在陽光溫室內(nèi)指定安裝的絞手架上,其對面墻上安裝直流風(fēng)機(jī),建成一個均勻的氣流通道,封閉其余部分如圖2所示。當(dāng)直流風(fēng)機(jī)向外排風(fēng)時,在溫室內(nèi)形成負(fù)壓,促使外部空氣強(qiáng)行經(jīng)過淋過水的草簾物進(jìn)入陽光溫室內(nèi)部,實現(xiàn)空氣與濕草簾物表面充分的接觸,呈現(xiàn)出空氣降溫增濕等特性。
3 濕熱交換系統(tǒng)的降溫原理
3.1 熱濕交換特征
陽光溫室內(nèi)的空氣與濕草簾物的濕表面接觸時,經(jīng)過其轉(zhuǎn)變成汽化過程以實現(xiàn)對空氣中熱量的吸收,以此達(dá)到水分子和熱干氣體的溫差之間相互融合最終達(dá)到空氣降溫目的[3~4]。
經(jīng)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(dāng)空氣穿透濕草簾物時,前、后的溫度、含濕量、焓的參數(shù)各為t1、d1、i1和t2、d2、i2。
即熱轉(zhuǎn)換過程中蒸發(fā)的水流量:
3.2 調(diào)溫增濕交換關(guān)系式模型
對于節(jié)流過程中調(diào)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(zhì)的前提下來加以實現(xiàn)。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(shè)定濕草簾物為平板體,展開后乘以擴(kuò)展系數(shù),本文中濕草簾物擴(kuò)展系數(shù)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(jīng)其穿過。
4 試驗分析
4.1 濕草簾物調(diào)溫系統(tǒng)的設(shè)計與測試
設(shè)施農(nóng)業(yè)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(nèi)設(shè)計安裝上濕草簾物調(diào)溫交換系統(tǒng),溫室一端墻體上安裝山東省德州奇創(chuàng)通風(fēng)設(shè)備有限公司出產(chǎn)的大流量軸流式風(fēng)機(jī)(WEXD-750D6-0.25型,6500 m3/h,0.25 kW)15臺。風(fēng)機(jī)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(huán)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(nèi)溫度降溫前與后的變化以及濕度。
4.2 技術(shù)計算參數(shù)與調(diào)節(jié)控溫增濕模型
當(dāng)室外的溫度t0為2~8 ℃時,溫室內(nèi)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(jié)果與分析
當(dāng)溫室內(nèi)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(jié)果提供,當(dāng)水溫tw=18~20 ℃時,由模型式得出溫室內(nèi)的溫度和濕度隨與室外流通而發(fā)生改變,測得溫度結(jié)果提供。經(jīng)對比得出,經(jīng)模型式推算出的數(shù)據(jù)與試驗測得的數(shù)值規(guī)律變化近似一致。
從上述的計算數(shù)據(jù)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(jīng)濕草簾物后,降溫幅度越明顯,增濕越小,調(diào)溫增濕幅度約明顯。
當(dāng)農(nóng)作物正常生長時,水循環(huán)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(nóng)作物正常時的濕草簾物溫度變化比模型式推導(dǎo)出降至1.2~2.2 ℃,降幅是6~9 ℃。
5 結(jié)論
(1)濕草簾物調(diào)溫增濕對農(nóng)作物正常生長影響小,試驗表明,在陽光溫室內(nèi)應(yīng)用濕草簾物調(diào)溫增濕系統(tǒng)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(jù)熱質(zhì)交換原理確立的理論模型式能夠明顯的反應(yīng)出濕草簾物的實際工作情況,為進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化日光溫室調(diào)節(jié)溫度濕熱交換系統(tǒng)的參數(shù),提供性能提供了可靠的理論依據(jù)。
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