半封闭温室关键系统设计与应用_李秀刚.pdf

引用本文格式 李秀刚 王志冉 周增产 等 半封闭温室关键系统设计与应用 J 农业工程 2024 14 3 32 35 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2024 03 006 LI Xiugang WANG Zhiran ZHOU Zengchan et al Design and application of key system in semi closed greenhouse J Agricultural Engineering 2024 14 3 32 35 半封闭温室关键系统设计与应用 李秀刚1 2 王志冉2 3 周增产1 2 3 李新旭4 兰立波1 2 高 鑫1 2 姚 涛2 3 1 北京京鹏环球科技股份有限公司 北京 100094 2 北京市植物工厂工程技术研究中心 北京 100094 3 北京市农业机械研究所有限公司 北京 100096 4 北京翠湖农业科技有限公司 北京 100089 摘 要 半封闭温室是近年来新兴温室 其中温室气候走廊和正压送风系统是半封闭温室的关键系统设计 通过对半封 闭温室内夏季温度分布的均匀性和风道风速测试试验 验证温室的降温能力和送风系统性能 试验结果表明 SFG5 4型 风机配套35 m长风道 送风相对均匀 风速4 3 4 7 m s 对于温度分布规律来说 在同一水平方向上温室内各点的平 均温差1 0 1 8 C 在同一高度方向上温室内各点的平均温差2 2 3 5 C 并且3 5 m湿帘比2 0 m湿帘降温效果好 关键词 半封闭温室 气候走廊 正压送风系统 温度分布 送风试验 中图分类号 S625 文献标识码 A 文章编号 2095 1795 2024 03 0032 04 DOI 10 19998 ki 2095 1795 2024 03 006 Design and Application of Key System in Semi Closed Greenhouse LI Xiugang1 2 WANG Zhiran2 3 ZHOU Zengchan1 2 3 LI Xinxu4 LAN Libo1 2 GAO Xin1 2 YAO Tao2 3 1 Beijing Kingpeng International Hi Tech Corporation Beijing 100094 China 2 Beijing Plant Factory Engineering Technology Research Center Beijing 100094 China 3 Beijing Agricultural Machinery Research Institute Co Ltd Beijing 100096 China 4 Beijing Cuihu Agricultural Technology Co Ltd Beijing 100089 China Abstract Semi closed greenhouse is a new greenhouse in recent years Greenhouse climate corridor and positive pressure air supply system are the key system design of semi closed greenhouse Temperature distribution uniformity and wind speed of air duct in semi closed greenhouse in summer were tested to verify greenhouse cooling capacity and performance of air supply system Test results showed that domestic fan SFG5 4 was equipped with 35 m long air duct air supply was relatively uniform and wind speed was from 4 3 m s to 4 7 m s for temperature distribution rule in the same horizontal direction average temperature difference of each point in semi closed greenhouse was within range of 1 0 C to1 8 C and in the same height direction average temperature difference of each point in greenhouse was within range of 2 2 C to 3 5 C and 3 5 m wet curtain was better than 2 0 m wet curtain in cooling effect Keywords semi closed greenhouse climate corridor positive pressure air supply system temperature distribution air supply test 0 引言 随着人们对农产品需求的增加 品质要求越来越 严格 连栋玻璃温室迅速发展起来 温室的建造规模 也逐渐增大 管理越来越精细与智能 1 2 但是传统连 栋玻璃温室受开窗面积与开窗结构的限制 仅靠自然 通风完全达不到温室通风降温的效果 造成冬季加温 耗能较大 夏季降温困难等问题 3 4 随着连栋玻璃温 室建造单体面积逐渐增大 温室的长度必然增加 湿 帘送风距离过长会导致温湿度分布不均匀 极易引发 温室病虫害 造成环控系统不精准等问题 半封闭温室是一种近几年在我国大规模建设的新 型温室类型 具有高可控性 高均匀环境 低通风率 正压及高效节能的特点 5 6 一般温室内部维持20 Pa 正压 能够阻挡昆虫进入 温室设计的窗户少 二氧 化碳和热量利用率高 并且通风率2 10 而常规 文洛型温室通风率20 30 半封闭温室采用高压离 心风机连接风道快速送风 实现温室内部环境条件的 高均匀性 7 8 大型半封闭温室的开间方向可达到 250 m 要保证快速送风 实现温室内部环境条件的高 收稿日期 2023 05 18 修回日期 2023 12 14 基金项目 北京市科技计划项目 Z201100008020016 首农食品集团自立科技项目 SNSPKJ 2022 03 作者简介 李秀刚 高级工程师 主要从事设施农业研究 E mail Lixiugang123 王志冉 通信作者 硕士 农艺师 主要从事蔬菜学研究 E mail 919702947 第 14 卷 第 3 期农 业 工 程Vol 14 No 3 2024 年 3 月AGRICULTURAL ENGINEERING Mar 2024 度均匀性 高压风机机型选择和风道设计至关重 要 9 10 因此 气候走廊和具有蓄放热功能的正压送风 系统是半封闭温室设计的关键系统 北京京鹏环球科技股份有限公司自2015年建设的 第一座半封闭温室开始 一直致力于半封闭温室配套 系统的开发 研发并推广了集加湿 除湿 降温 加 温和二氧化碳施肥等多功能于一体的气候走廊和具有 换热制冷功能的正压送风系统 能够长距离送风 同 时做到送风均匀 1 关键系统设计 半封闭温室关键系统设计主要包含气候走廊和正 压送风系统两部分 气候走廊相当于一个混合室 将 温室空气与经过加温 降温 除湿和增加二氧化碳等 处理的外界空气混合到一起 从而对温室进行精准控 制 正压送风系统安装在温室生产区内 安装区域会 产生正压 以防止昆虫进入 半封闭温室如图1所示 图1 半封闭温室 Fig 1 Semi closed greenhouse 1 1 气候走廊 气候走廊的宽度一般设置2 m 具有空气混合均质 化的功能 主要包括以下部分 1 空气混合窗和湿帘外窗 空气混合窗位于气 候走廊内 一般采用电动旋转PC板窗 如图2所示 2 温度湿度调节装置 蒸化降温湿帘系统 在 温室走廊外侧 配置高度2 0 m 厚度0 15 m湿帘 湿 帘外配置防虫网和电动推拉窗系统 湿帘水池设计在 温室走廊地下 当室外湿度不高时采用湿帘蒸化降温 机械调温换热装置 当室外湿度高时采用机械降 温 通过计算机控制系统自动进行判别和模式切换 空气混合均质化气候室如图3所示 3 温度 湿度等感应装置和自动调控装置 1 2 正压送风系统 文洛型连栋玻璃温室常采用普通负压风机与湿帘 进行降温 这种风机流量大 但压力小 只能用于负 压排风 不能用于正压送风 半封闭温室使用的正压 送风系统选用高压离心风机 该风机压力高但是流量 适宜 若是配合风道使用可以将新风送到相对较远的 位置 适合在大规模建设的半封闭温室内使用 正压送风系统包括风机和栽培槽下方的薄膜管道 风机将混合后的均质空气通过风道快速吹入温室 出 风系统包含带防虫网的顶窗和气压传感器 温室顶部 配备有齿轮齿条电动开窗通风机构 窗口配设风琴折 叠式防虫网 孔径0 4 mm 0 7 mm 采用抗紫外线的聚 酯材料 实现顶部开窗 使温室内外空气形成对流 达到除湿 降温 防虫的效果 开窗机构包括控制箱 电机 行程限位开关 齿轮齿条套和传动连接部件等 组件 采用荷兰进口温室开窗专用减速电机 电机配 备行程限位装置 自动停止 限位准确 运行平稳可靠 2 环境调控工艺 1 加湿与除湿工艺 半封闭温室的湿度由湿帘 蒸发和加热器进行控制 湿帘蒸发可以增加温室内的 湿度 加热器会降低温室内的相对湿度 2 加温工艺 气候室内空气加温装置和风机开 启 加热温室内部空气 然后通过风机和风道快速送 入到温室内部 3 降温工艺 一种方式是湿帘蒸发降温 通过 风机和软管快速输送冷却空气来实现内部降温 另外 一种降温方式是通过开启空气制冷装置 内部热空气 通过制冷装置降温后 再通过风机和软管快速输送冷 却空气来实现内部降温 4 空气内循环 通过风机将上部空气抽动 经 图2 空气混合窗 Fig 2 Air mixing window 图3 空气混合均质化气候室 Fig 3 Air mixing homogenization climate chamber 李秀刚 等 半封闭温室关键系统设计与应用 33 风道运输到温室内部 气候走廊的风机将空气吹入栽 培槽下方的风道内 然后通过风道上的风孔均匀地进 入温室种植区内 5 二氧化碳补气 二氧化碳补气阀门开启 在 气候走廊内通过风机将温室空气与二氧化碳气体混合 通过风道快速运输到温室内部 及时补充光合作用所 需要的二氧化碳 6 人工补光 人工补光是光能和热能的综合利 用 补光灯开启 通过风机将上部热空气抽动 经过 空气混合窗进入气候走廊 通过风道快速运输到温室 内部 及时给温室内部空气补温 3 夏季降温试验 3 1 试验方法 本试验测试地点为北京市通州区于家务镇 测试 时间2022年6月24日 半封闭温室长80 m 宽45 m 总面积3 600 m2 温室脊高7 m 肩高6 m 跨宽8 m 开间5 m 北侧配置气候走廊 半封闭温室气候走廊和 测试场地如图4所示 图4 温室气候走廊与测试场地 Fig 4 Greenhouse climate corridor and test site 本试验测试温室内正压送风系统送风的均匀性和 湿帘降温系统的降温性能 测试仪器如表1所示 表 1 试验测试仪器名称与型号 Tab 1 Name and model of test instrument 序号 设备名称 型号 测量范围 1 温湿度记录仪 RC 4HA C型 温度 40 85 C 湿度0 100 2 风速测量仪 AZ 8 901型 0 4 35 m s 1 正压送风系统送风均匀性测试 在贴近风机 出风口的切面上选择9个点进行风速测试 风机测试 点位置如图5所示 风机参数如表2所示 根据公式 计算出风机的实际出风量 在距离风机分别为1 5 10 15 20 25 30和35 m的距离处分别测试上中 下3个出风孔的风速 取平均值 2 不同高度湿帘降温性能测试 选择不同工作 宽度的湿帘进行测试 湿帘宽度分别为2 0和3 2 m 在温室中部选择9个测试点进行测试 分别位于温室 的上中下3层 编号1 9 在靠近湿帘的位置上下选 择2个测试点进行测试 自上而下编号为10 11 在 温室外选择1个测试点进行测试 测试点具体位置如 图6所示 图6 温室测试点分布 Fig 6 Distribution of greenhouse test points 3 2 试验结果分析 1 正压送风系统送风的均匀性试验测试 由表3 可知 测试风机出风口的平均风速12 02 m s 经计算 风机平均出风量Q 6 901 81 m3 s 表 3 风机风速测试 Tab 3 Fan wind speed test 测试点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 平均 风速 m s 1 10 5 11 8 11 9 11 8 11 8 12 4 12 8 12 4 12 8 12 02 风道风速测试试验结果如图7所示 风道在 1 35 m长度内风速为4 3 4 7 m s 风速较为均匀稳 定 平均风速4 6 m s 风速试验测试结果如表4所示 风道总出风量 5 459 83 m3 h 风道出风量占风机总出风量的79 图5 风机测试点位置 Fig 5 Location of fan test points 表 2 风机参数 Tab 2 Fan parameters 性能指标 参数 性能指标 参数 型号 SFG5 4型 噪声 dB A 88 电机功率 kW 1 5 内径 mm 450 电压 V 380 外沿 mm 500 转速 r min 1 1 430 厚度 mm 450 流量 m 3 h 1 10 000 风道长度 m 35 全压 Pa 350 34 农业工程设施农业工程 表 4 风道出风量计算 Tab 4 Calculation of air output in air channels 指标 结果 风道长度 m 35 风口直径 m 0 02 风口列间距 m 0 2 风口行间距 m 0 06 风口行数 3 风口数量 1 050 通风口总面积 m 2 0 329 7 风口平均风速 m s 1 4 6 总出风量 m 3 h 1 5 459 83 风量占风机出风量的比例 79 2 不同高度湿帘降温性能试验 不同高度湿帘 对温室降温效果的影响试验结果如图8所示 温室内 选择9个测试点 其中温室的垂直方向存在一定的温 差 湿帘2 0 m状态下 上层温度 中层温度 下层温度 相邻两层温度温差0 6 2 1 C 与温室外气温相比可 降低2 9 7 2 C 湿帘3 2 m状态下 上层温度 中层 温度 下层温度 相邻两层温度温差1 9 3 0 C 与温 室外气温相比可降低4 10 C 开启3 2 m湿帘与开 启2 0 m湿帘相比 在室外测量平均温度温差在1 36 C 前提下 3 2 m湿帘的温室内平均温度比2 0 m湿帘平 均温度低1 29 3 92 C 结果表明 湿帘工作宽度大 降温效果好 在相同测试点测试室内湿度 结果如 图9所示 温室内湿度分布较为均匀 在50 70 范围内 并且两种湿帘的湿度分布差异不大 图8 不同湿帘对温室内温度的影响 Fig 8 Effect of different wet curtains on temperature in greenhouse 4 结束语 半封闭温室作为一种新兴的温室类型 温室气候 走廊和正压送风系统是两个关键的系统设计 本试验 通过对半封闭温室内夏季温度分布的均匀性和风道风 速测试试验 检验温室的降温能力和送风系统性能 试验结果表明 SFG5 4型风机配套35 m长风道 送风 相对比较均匀 风速4 3 4 7 m s 对于温度分布 在 同一水平方向上半封闭温室内各点的平均温差1 0 1 8 C 在同一高度方向上温室内各点平均温差2 2 3 5 C 并且3 5 m湿帘比2 0 m湿帘降温效果好 参考文献 么秋月 我国大型连栋玻璃温室建造要点与生产管理现状 J 农业工程技术 2017 37 34 10 19 1 薛鑫 我国现代温室距离世界先进水平还有多远 J 蔬菜 2019 5 6 12 2 周长吉 李艳 富建鲁 半封闭温室在中国的工程实践 J 中 国蔬菜 2021 8 1 7 3 袁伟 北方智能连栋玻璃温室供暖节能研讨 以宏福乌兰察布农 业园区为例 J 农业工程技术 2022 42 7 20 24 4 周增产 赵静 李秀刚 等 半封闭温室夏季降温试验 J 农 业工程 2018 8 2 46 49 ZHOU Zengchan ZHAO Jing LI Xiugang et al Experimental study of summer cooling in semi closed greenhouse J Agricultural Engineering 2018 8 2 46 49 5 王芳 上海崇明地区半封闭温室的节能分析 J 绿色环保建材 2021 7 165 166 6 周增产 赵静 李秀刚 等 半封闭温室设计与应用 J 北方 园艺 2019 6 69 76 ZHOU Zengchan ZHAO Jing LI Xiugang et al Design and applic ation of semi closed greenhouse J North Horticulture 2019 6 69 76 7 王安全 郝德旺 谢行耀 等 华南 华东沿海地区基于半封闭 玻璃温室番茄生产要求的气候特征分析 J 农业工程技术 2022 42 22 68 72 8 宋秋雨 戈壁农业中半封闭玻璃温室的硬件配置 以海升集团在 张掖地区智能玻璃温室为例 J 农业工程技术 2021 41 22 40 42 9 丁小涛 金海军 杨少军 等 半封闭温室夏季降温及黄瓜光合 特性的研究 J 上海农业学报 2018 34 4 58 64 DING Xiaotao JIN Haijun YANG Shaojun et al Study on cooling and cucumber photosynthesis in semi closed greenhouse in summer J Shanghai Agricultural Journal 2018 34 4 58 64 10 图7 风道风速测试结果 Fig 7 Wind speed test results of air duct 图9 不同湿帘对温室内湿度的影响 Fig 9 Effect of different wet curtains on humidity in greenhouse 李秀刚 等 半封闭温室关键系统设计与应用 35