装备化正压通风降温系统在连栋温室的应用_孙维拓.pdf

装备化正压通风降温系统在连栋温室的应用 孙维拓 郭文忠 周宝昌 魏晓明 1 北京市农林科学院智能装备技术研究中心 北京 100097 2 国家农业智能装备工程技术研究中心 北京 100097 摘 要 大型连栋温室应用传统负压湿帘风机降温存在气温分布均匀性差 破坏生产空间整体性等问题 而现有采用空 气处理走廊的正压通风系统集成度低 管控难度大 针对上述问题 设计了一套装备化正压通风降温系统 系统主要包 括设备间 正压湿帘冷暖风机组 三面进风 通风管道及控制系统等 其降温过程气流组织方式为 室外空气由外侧 窗进入设备间 经风机组内湿帘蒸发降温后 通过通风管道送入温室并从地面出风 同时温室内热空气由顶开窗排出 在山东寿光一栋连栋玻璃温室内 对该系统降温效果与性能进行试验测试 并分析其与温室内高压喷雾联合运行下的降 温均匀性 结果表明 在夏季高温时段 10 00 16 00 装备化正压通风降温系统配合遮阳网可将连栋温室内日平均气 温控制在28 4 32 5 比室外低0 8 3 8 同时室内空气日平均水蒸气饱和压差维持在0 87 1 33 kPa 系统末端 出风口在温室栽培区均匀分布 出风口风速为7 7 13 3 m s 标准差1 9 m s 在降温工况下 室内气温在水平方向上 分布均匀 标准差为0 4 在垂直方向上 随高度增加室内气温总体呈升高趋势 温度梯度达0 76 m 番茄冠层范 围与温室顶部温差达3 1 与温室内高压喷雾联合降温可实现立体降温效果 垂直方向气温梯度降至0 5 m 测试 期间温室实际比通风量为0 014 m s 系统降温耗电量为15 2 W m2 对温室的平均供冷量为144 2 W m2 系统能效比达 9 5 并可获得2 1 的室内外平均温差 08 30 17 30 同时 系统总体降温效率达95 9 蒸发降温日均耗水量为 0 033 0 065 g m2 s 与负压湿帘风机相比 装备化正压通风降温系统达成相同温室降温幅度所需比通风量更小 且降 温均匀性和降温效率更高 与空气走廊式正压通风系统相比 该系统在送风距离方面具有优势 但能耗较高 该研究为 连栋温室机械通风降温 基于正压通风的温室环境综合调控及半封闭温室设计建造提供了新型高效技术装备 关键词 温室 降温 正压通风 湿帘 降温效率 比通风量 能效比 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202508079 中图分类号 S625 5 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2026 09 0311 10 孙维拓 郭文忠 周宝昌 等 装备化正压通风降温系统在连栋温室的应用 J 农业工程学报 2026 42 9 311 320 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202508079 http www tcsae org SUN Weituo GUO Wenzhong ZHOU Baochang et al Equipping multi span greenhouses with a positive pressure ventilation and cooling system J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2026 42 9 311 320 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 202508079 http www tcsae org 0 引 言 在中国 连栋温室在高温季节生产需要除自然通风 遮阳网及高压喷雾外的其他降温措施 以保证作物优质 高产 湿帘风机降温系统采用蒸发降温原理 建造和运 行成本低 在世界各地温室中均能发挥效用 1 3 然而 湿帘风机通常采用负压通风 可造成温室内沿气流方向 的气温差异达4 9 采用遮阳后仍有2 3 温差 3 5 为保证降温效果 风机与湿帘安装距离通常被限制在 50 m以内 大型连栋温室若采用负压通风需内部设置湿 帘进风走廊 进行分区建设 导致栽培空间整体性被破坏 有别于负压通风 正压通风降温系统抽取室外未饱 和湿空气经湿帘降温处理后 通过风管均匀 精准送入 温室 送风距离可达200 m以上 适用于大型连栋温室 其气流组织方式更有利于作物冠层降温 对温室气密性 需求低 能够集成加温 降温 调湿 CO2补施及臭氧 消毒等功能 6 正压通风温室内可形成20 Pa微正压 5 有效减少通过通风窗与室外的直接空气交换 降低病虫 害发生率 是半封闭温室最具商业推广价值的形式 半封闭温室的概念衍生于封闭温室 荷兰设施园艺 产业在21世纪初率先提出并实践了封闭温室的概念 旨 在降低能源与资源消耗 其通风窗常闭 一般设置季节 性储热设备 7 9 但这种完全封闭温室投资成本较高 季 节性储热效率低 难以推广应用 10 于是 半封闭温室 应运而生 旨在尽可能减少开窗时间 保证室内较高的 CO2浓度 实现节能 增产及降低农药使用量 11 半封 闭温室的一种主要且较早应用形式 是在温室内安装空 气处理单元 通过机械制冷或热量回收进行温室降温与 除湿 并在无法满足需求时辅以通风窗降温 12 13 这种 半封闭温室形式 与传统温室相比可节能13 40 增产6 20 适用于气候温和或极度缺水地区 14 18 但由于压缩式机械制冷能耗巨大 在冷负荷较高的地区 应用受限 相比之下 采用正压通风降温系统的半封闭 收稿日期 2025 08 10 修订日期 2026 03 02 基金项目 北京市农林科学院科技创新能力建设专项 KJCX20251001 KJCX20240405 首农食品集团自立科技项目 SNSPKJ 2022 01 农业农村部长三角智慧农业技术重点实验室2024 年开放课题 KSAT YRD2024001 作者简介 孙维拓 博士 副高 研究方向为设施园艺环境工程 Email sunwt 通信作者 魏晓明 博士 研究员 研究方向为设施园艺环境工程 Email weixm 第 42 卷 第 9 期农 业 工 程 学 报 Vol 42 No 9 2026 年 5 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering May 2026 311 温室 以形成室内正压环境和集成湿帘降温为特点 最 早由荷兰KUBO和美国公司提出 16 已在美国与荷兰等 多国推广应用 正压通风温室被归类为半封闭温室 主 要是由于在空气外循环过程中 进入温室的空气是经过 预处理的 且室内正压环境可大幅降低由开窗引起的室 内外气体交换 而通过热交换器进行余热回收在商业化 温室中已较少采用 因此 现有正压通风温室与传统封 闭温室或半封闭温室的设计初衷并不完全相符 更注重 温室降温及环境综合调控能力提升 正压通风半封闭温室与传统温室最大区别是设置空 气处理走廊与通风管道 19 空气走廊内设置湿帘 风机 热交换器 以及用于切换空气内 外循环的旋转窗 正 压通风降温原理为 在高温季节 当温室需要降温时 旋转窗将空气处理走廊与温室栽培区域隔离 打开湿帘 外窗 启动湿帘水泵与风机 室外空气经过湿帘降温后 进入空气处理走廊 风机抽取空气处理走廊内的湿冷空 气由通风管道送入温室 室内热空气由顶开窗排出 目 前 国际上有关半封闭温室生产系统的性能分析 环境 模拟 控制与设计优化等研究主要聚焦基于机械制冷或 热量回收的环境调节系统 20 25 鲜有涉及正压通风系统 近年来 中国设施园艺产业对长季节栽培愈发重视 要求连栋温室能够越夏生产或延长作物生长季 且政策 引领设施农业提质增效 高质量发展 正压通风系统被 越来越多地应用于大型连栋温室项目 据统计 正压通 风半封闭温室建设面积已逾百公顷 26 北京京鹏环球科 技股份有限公司率先引入荷兰半封闭温室模式 并进行 国产化创新设计与工程应用 5 北京中农富通园艺有限 公司 海升集团等也在全国各地推广建设正压通风半封 闭温室 27 28 北京翠湖农业科技有限公司投产运营了北 京首个商业化番茄种植正压通风连栋温室 同时 科研 人员也开始密切关注连栋温室正压通风环境调控方法 在暖通空调设备构造及通风管道优化设计等方面已开展 探索研究 29 30 正压通风半封闭温室的降温及环境综合 调控能力被广泛认可 有很大潜力助力突破中国连栋温 室长季节栽培及高产瓶颈 然而 现有正压通风系统均 采用空气处理走廊 通风及空气处理组件散布于其中 不利于施工与集中管控 同时 其选型设计方法缺乏对 温室内空气温度梯度的考虑 6 30 易造成系统设计通风 量偏离实际需求 此外 正压通风降温系统在实际温室 中的运行特性与能效评价仍研究不足 且缺乏环境均匀 性及蒸发降温能效比等指标依据 为解决连栋温室生产中负压湿帘风机降温均匀性差以 及现有正压通风系统集成度低的问题 本研究开发了一 套装备化正压通风降温系统 并以在山东寿光建成的系 统为例 阐述系统设计方法 探讨系统降温效果及性能 以期为装备化正压通风降温系统的工程应用提供技术支撑 同时为正压通风半封闭温室的设计建造提供新装备 1 材料与方法 1 1 系统设计 本研究设计的装备化正压通风降温系统主要包括设 备间 正压湿帘冷暖风机组 即组合式空调机组 以下 简称风机组 通风管道及控制系统等 如图1所示 进一步增设空气源热泵或燃气锅炉等热源以及循环水系 统 可构建基于正压通风的温室环境综合调控系统 以 下简称综合调控系统 31 空气外循环 External air circulation 温室Greenhouse 空气内循环 Internal air circulation 正压湿帘冷暖风机组 Combined air conditioning unit 设备间 Equipment room CO2 O3 外侧窗 Outer vent 热源 Heat source 内侧窗 Inner vent 注 在空气内循环中 温室内空气依次流经内侧窗 设备间及正压湿帘冷 暖风机组 再由通风管道送回至温室栽培区 在空气外循环中 室外空气 由外侧窗进入设备间 经正压湿帘冷暖风机组处理后 由通风管道送入温 室栽培区 形成温室微正压 挤压温室内空气由顶开窗排出至室外 Note In the internal air circulation the greenhouse air flows sequentially through the inner vent equipment room and the combined air conditioning unit and is then delivered back to the cultivation area via the ventilation duct In the external air circulation ambient air enters the equipment room through the outer vent is conditioned by the unit and then supplied to the cultivation area through the ventilation duct creating a slightly positive pressure inside the greenhouse that forces indoor air to be discharged outdoors through the roof vents 图1 基于正压通风的温室环境综合调控系统示意图 Fig 1 Schematic diagram of the integrated greenhouse climate conditioning system based on positive pressure ventilation 在图1所示综合调控系统中 风机组安装于设备间 包括进风口 过滤段 加湿降温段 换热段 风机段及 出风口 各功能段沿空气流动方向依次布置 过滤段设 置初效过滤 加湿降温段设置湿帘 水箱和湿帘水泵 换热段设置表冷器 表冷器通过循环水系统与热源连接 风机段设置离心风机 设备间内的空气经过风机组处理 后 由通风管道均匀送至温室栽培区域 设备间设置外 侧窗和内侧窗 外侧窗用于连通设备间与室外环境 内 侧窗用于连通设备间与温室栽培区 通过操作内侧窗与 外侧窗 可切换空气内 外循环 正压通风降温由空气 外循环实现 通风管道采用地埋风管或悬挂式多孔风筒 综合调控系统具有调温 调湿及空气过滤功能 将导气 管接入风机组或设备间可扩展CO2补施及臭氧消毒功能 综合调控系统运行模式及对应气流组织方式如下 1 高温季节 开启风机组的离心风机和湿帘水泵 打开 顶开窗及设备间外侧窗 关闭设备间内侧窗 使形成温 室空气外循环 实现温室正压通风降温 增湿及过滤 2 寒冷季节 开启风机 同时开启热泵等热源系统为表 冷器供给循环热水 关闭顶开窗及设备间外侧窗 打开 设备间内侧窗 使形成温室空气内循环 实现温室加温 降湿及过滤 3 CO2或臭氧随温室空气内循环扩散至温 室内 完成温室CO2补施或臭氧消毒 4 在空气内循 环过程中 部分开启外侧窗 实现新风引进与寒冷季节 温室除湿 5 极端高温高湿天气 在正压通风降温基础 上开启热泵制冷模式 对湿帘蒸发降温后的空气进一步 冷却与冷凝除湿 实现联合降温 在正压通风半封闭温室建设项目中 从系统性价比 和环境调节效果考虑 充分共用设备间 风机组及通风 312农业工程学报 http www tcsae org 2026 年 管道 配套建造综合调控系统是必然选择 而本研究的 降温系统是其重要组成部分 本研究接下来将围绕正压 通风降温系统开展选型设计及效果与性能分析 面向工程应用 对本研究的装备化正压通风降温系 统进行选型设计 计算方法主要基于文献 6 与文献 30 进行改进 上述文献在计算系统对温室的供冷量时假设 排出温室的空气温度与室内空气设计温度相等 该假设 应用于正压通风连栋温室可能会造成设计通风量偏大 在连栋温室正压通风降温过程中 气流总体由下至上行进 室内气温随高度增加逐渐升高 垂直方向温度梯度可达 0 9 m 番茄冠层范围平均气温比温室顶部低2 8 30 温室环境调控聚焦作物冠层 室内空气设计温度一般指 作物冠层附近气温 因此 由天窗排出温室的空气温度 应高于室内空气设计温度 根据文献 30 在本研究的 系统设计通风量计算中该温差取3 系统选型设计具 体步骤如下 1 参考文献 23 28 32 及温室湿帘 风机降温系 统设计规范 33 以及依据工程经验 确定连栋温室冷负 荷 Qc W m2 2 根据下式计算温室降温所需比通风量 g m s 及系统设计通风量 f m3 s f g A 1 g 1 C t g 3 tpad Qc 2 tpad ta ta ta wb 3 ta wb ta arctan 0 152 h100 8 314 12 arctan ta h100 arctan h100 1 676 0 004 h32100 arctan 0 023 h100 4 686 4 式中A为连栋温室地面面积 m2 为空气密度 取 1 3 kg m3 C为空气的定压比热容 取1 006 J kg tg为室内空气设计温度 ta为室外环境设计温 度 ta wb为室外空气湿球温度 tpad为通过风机 组湿帘蒸发降温后送入温室的湿冷空气温度 为 风机组制冷效率 取0 9 h100为相对湿度的100倍 3 风机组设备厂家依据需求方提供的系统设计通风 量 综合考虑温室通风管道布局及风阻 确定风机组额 定送风量及机外静压等主要技术参数 进而以过帘风速 确定湿帘面积及风机组外壳尺寸 具体可参考组合式空 调机组国家标准 34 根据美国温室加温 通风及降温标 准 35 100 mm与150 mm厚纸质湿帘推荐过帘风速分别 为1 27和1 78 m s 在通风管道设计方面 若采用柔性多孔风筒 则开 孔总面积宜为风筒截面积的1 5 2 0倍 35 由于系统高 度装备化 风机大型化 连接风机组的主管道会对应多 条多孔风筒 若整体采用地埋风管 通风管道一般包含 地埋主管 地埋支管及出风口 相关设计目前尚无标准 可参考本研究中系统的建造参数 1 2 试验温室 试验连栋温室位于山东省寿光市智慧农业科技园 36 54 N 118 52 E 温室总面积8 484 6 m2 南北走 向 跨度12 0 m 一跨内一个屋脊 跨间天沟1 6 m 共计 12跨 温室东西总长163 2 m 南北总长52 0 m 温室 肩高6 1 m 脊高8 6 m 下沉1 0 m 水平面以上基础墙 高0 85 m 屋面倾角23 温室四周围护结构为三玻 3 5 mm 两腔 2 6 mm 钢化中空玻璃 顶部覆盖为5 mm 漫散射单层钢化玻璃 天沟为50 mm聚苯板外覆镀锌钢 板 温室北侧为设备间 南北宽8 0 m 设备间内 外侧窗 为上悬窗 单跨内全开启投影面积均为6 6 m2 顶开窗 设置于温室顶部 单跨内东西屋面各设一组 南北延长 开口宽度为1 000 mm 最大开启角度23 配套80目防 虫网 在降温方面 温室配套外遮阳系统 75 遮阳 率 装备化正压通风降温系统及高压喷雾等系统设备 试验测试期间 温室种植番茄 且处于成熟采收期 1 3 试验设备参数 在本研究的装备化正压通风降温系统设计之初 温 室冷负荷采用工程经验值300 W m2 根据番茄生长发育 适宜环境条件 室内设计温度取32 室外设计温度取 34 2 33 室外设计湿度取50 根据式 1 4 试验连栋温室降温所需比通风量计算为0 028 m s 而 在不考虑垂直方向室内气温梯度的情况下 所需通风量 计算为0 044 m s 可见 本研究的系统选型方法可避 免高估温室采用正压通风降温所需比通风量及系统设计 通风量 受工程因素制约 系统未严格按照设计通风量 配套安装 试验连栋温室实际可达到的比通风量为 0 018 m s 因此 在极端高温天气条件下 试验连栋温 室的降温效果可能无法达到预期 但温室可达到的比通 风量仍处于半封闭温室的常见通风能力范围内 0 008 0 033 m s 19 图2与图3分别为装备化正压通风降温系统实物 图与布局图 a 正压湿帘冷暖风机组 a Combined air conditioning unit b 风机组内置湿帘 b Wet pad in air conditioning unit c 末端出风口 c Terminal air outlet 图2 装备化正压通风降温系统实物图 Fig 2 Photos of the packaged positive pressure ventilation and cooling PPVC system 试验连栋温室设备间内共安装7台风机组 单台风 机组尺寸为5 500 mm 3 000 mm 2 800 mm 离心风机采 用380 V电源 额定输入功率30 kW 额定送风量 65 000 m3 h 机外静压750 Pa 可变频调节 为增大风 机组加湿降温段湿帘面积 风机组三面均设有进风口 第 9 期孙维拓等 装备化正压通风降温系统在连栋温室的应用313 相应地设置3组湿帘 正面湿帘尺寸为2 650 mm 2 100 mm 侧面湿帘尺寸均为800 mm 2 100 mm 单台 风机组累计湿帘面积为8 925 m2 湿帘厚度为200 mm 额定过帘风速为2 02 m s 湿帘水泵额定流量9 m3 h 配 流量调节阀 最大扬程7 5 m 额定功率250 W 远大于 湿帘蒸发量的6倍 符合湿帘供水要求 36 风机组换热 段表冷器额定换热量225 kW 用于冬季加温以及极端高 温高湿天气条件下辅助降温 3 5 2 4 6 0 m 12 0 m 7 3 m 7 3 m 14 7 m 7 6 14 7 m 2 0 m 1 a 系统平面布局与测点 a System layout and measurement points 11 4 1098 12 1 000 1 000 mm 1 000 800 mm 1 000 600 mm b 风机组及送风主管 b Air conditioning unit and main ventilation duct 4 1413 200 mm 150 mm c 通风管道 c Ventilation ducts 1 温室栽培区 2 设备间 3 风机组 4 送风主管 5 温湿度测点 6 热电偶测点 7 太阳辐射测点 8 进风口及过滤段 过滤网 9 加湿降温段 10 换热段 11 离心风机 12 出风口 13 送风支管 14 末端出风口 1 Greenhouse cultivation area 2 Equipment room 3 Air conditioning unit 4 Main ventilation duct 5 Air temperature and humidity measurement points 6 Thermocouple measurement points 7 Solar radiation measurement points 8 Air inlet and filtration section filter screen 9 Humidification and cooling section 10 Heat exchange section 11 Centrifugal fan 12 Air outlet 13 Branch ventilation duct 14 Terminal air outlet 图3 装备化正压通风降温系统布局及测点布置 Fig 3 Layout of the PPVC system and measurement points 在连栋温室栽培区 送风主管为地埋砖砌风道 位 于天沟正下方 南北延伸 与风机组出风口连接 初始 段净宽高1 000 mm 1 000 mm 末段变径至1 000 mm 600 mm 送风支管为 200 mm PE管 东西延伸 在送 主风管两侧交错布置 同侧支管南北间距约2 4 m 每条支 管一般设4个 150 mm末端出风口 使温室内通风均匀 系统运行由自主研发的温室环境智慧管控云平台及 本地控制器控制 其启停状态取决于温度设置点及设备 控制约束 风机频率则通过比例积分控制算法实时调节 测试期间 在高温时段 10 00 16 00 风机频率被设定 为40 Hz 额定送风量为52 000 m3 h 温室比通风量为 0 014 m s 不间断运行风机与湿帘水泵 打开顶开窗 与设备间外侧窗 关闭设备间内侧窗 运行空气外循环 降温 在此高温时段 覆盖遮阳网配合系统降温 1 4 测点与仪器 温室内空气及风机组进出风温湿度采用美国Onset 公司生产的HOBO U14 001温湿度记录仪测量 测量精 度为 0 2 和 2 5 温室内空气温湿度测点共计5个 布置于3个典型跨的南北延伸中心线上 覆盖温室中部 东北 东南 西北及西南区域 用于测量分析室内环境 变化及水平方向分布 测点高度为距温室地面2 m 设 备间及风机组内加湿降温段下游各设置2个温湿度测点 用于测量风机组进出风温湿度 评估系统性能 温室内 垂直方向气温采用铜康T型热电偶测量 做防辐射处 理 精度为 0 2 测量范围为 20 70 连接德国 Testo T176型温度记录仪 温室内垂直方向气温测点共 计5个 测点高度为距温室地面1 2 3 5及6 m 温 室内太阳辐射采用荷兰Kipptop tpad 6 式中Qs为正压通风降温系统对温室的供冷量 W m2 gs为温室比通风量 m s tg top为温室顶部空气温度 进而 系统的蒸发降温能效比可由下式计算 EER QsE s 7 式中EER为系统的降温能效比 Es为单位温室面积正压 通风降温系统耗电量 W m2 系统的降温效率 耗水量 耗电量及空气水蒸气饱和压差 vapor pressure deficit VPD 等计算方法参考文献 30 系统性能指标的不确定度uc计算式如下 uc n i 1 f xi ui 2 8 f xi ui ai p3 k uc 式中ui为第 i 个输入变量 即测量参数 的标准不确定 度 为灵敏度系数 ui依据测量仪器精度 ai 在测 量误差服从均匀分布假设下近似取值 即 系 统性能指标的扩展不确定度取 其中覆盖因子k 2 置信水平95 相对不确定度为扩展不确定度与对应性 能指标测量值之比 314农业工程学报 http www tcsae org 2026 年 2 结果与分析 2 1 系统应用效果 2 1 1 降 温 选取2020年7月14日至8月1日期间典型夏季高 温天气 共11 d 分析系统降温效果 其中7月17日 与7月29日为多云天气 其余均为晴天 图4 每日 室外最高气温均超过30 最高达36 3 图5 在 夏季高温时段 10 00 16 00 启用外遮阳配合装备化 正压通风降温系统降温 连栋温室实际总体透光率为 26 8 如图5所示 在高温时段 系统搭配遮阳网将连 栋温室日平均气温控制在28 4 32 5 对比室外气温 降低0 8 3 8 连栋温室瞬时气温被控制在27 1 33 8 与室外气温相比 最高瞬时降幅达5 9 此 外 系统在不同天气中的降温效果存在差异 晴天条件 下降温幅度普遍较大 室内外平均温差为2 5 在多 云天气室内外平均温差为2 0 由以上分析可知 装 备化正压通风降温系统应用于连栋温室具有良好的降温 效果 可在高温季节改善温室栽培温度环境 30 25 20 15 10 5 0 07 1407 1507 1607 1707 2007 2407 2507 2807 2907 3008 01 累积辐射 Cumulative radiation MJ m 2 日期Date 全天室外Full day outdoor 室内Indoor 10 00 16 00 室外Outdoor 10 00 16 00 图4 温室内外日累积辐射 Fig 4 Daily accumulated solar radiation inside and outside the greenhouse 07 1407 1507 1607 17 07 20 07 2407 25 07 2807 2907 30 08 01 时间Time 38 33 28 23 18 温度 Temperature 温室空气Greenhouse air 室外空气Outdoor air 图5 装备化正压通风降温系统作用下连栋温室气温变化 Fig 5 Variation of the multi span greenhouse air temperature under the action of the PPVC system 2 1 2 增 湿 图6为系统作用下连栋温室空气相对湿度及VPD变 化 在高温时段 连栋温室瞬时空气相对湿度被控制在 59 85 室内日平均空气相对湿度为62 80 比 室外高17 29个百分点 除7月20日 高温时段室内 空气日平均VPD维持在0 87 1 33 kPa 有助于番茄气 孔稳定开放 增强光合速率 32 可见 装备化正压通风 降温系统应用于连栋温室具有良好的调湿效果 2 1 3 环境空间分布 装备化正压通风降温系统的末端出风口在温室栽培 区均匀分布 在系统以40 Hz频率运行时 各出风口风 速分布范围为7 7 13 3 m s 图7 标准差为1 9 m s 东西方向风速差异相比南北方向更加明显 在系统降温 工况下 温室东北 东南 西北 西南测点的平均气温 分别为30 4 30 1 29 4及29 9 图8a 室内气温 分布标准差仅为0 4 表明系统的气流组织方式有效 保障了连栋温室水平方向的热环境均匀性 温室空气湿度Humidity of greenhouse air 室外空气湿度Humidity of outdoor air 温室空气VPD of greenhouse air 相对湿度 Relative humidity 水蒸气饱和压差 VPD kPa 07 1407 1507 1607 17 07 20 07 2407 25 07 2807 2907 30 08 01 时间Time 3100 80 60 40 20 0 2 1 0 图6 装备化正压通风降温系统作用下连栋温室空气相对湿度 及水蒸气饱和压差变化 Fig 6 Relative humidity and vapor pressure deficit VPD variations of the multi span greenhouse air under the action of the PPVC system 由南向北距离 South to north distance m 由西向东距离West to east distance m 风速 Wind velocity m s 1 40 14 13 12 11 10 9 8 7 129630 30 20 10 图7 典型跨栽培区末端出风口风速分布 Fig 7 Air velocity distribution of the terminal air outlets in cultivation area of a typical greenhouse span 在垂直方向上 距温室地面1 2 3 5及6 m处 的平均气温依次为30 0 31 3 30 9 32 7及33 8 图8b 随着距地面高度的增加 气温总体上呈现升 高的趋势 温度梯度达0 76 m 番茄冠层高度范围内 其气温由距温室地面1 2 及3 m测点气温表征 平均 气温为30 7 与温室顶部温差达3 1 这说明系统 可实现温室作物冠层局部精准降温 选取2020年8月3日至8月18日期间7个典型夏 季高温天气分析系统与温室内高压喷雾系统联合降温时 连栋温室气温垂直分布 图9 在联合降温工况下 垂直方向上温室总体气温梯度降低至0 5 m 在番茄 冠层高度范围内 平均温差为0 9 低于系统单独降 温时的1 3 因此 联合降温可改善作物冠层上部及 上方区域的降温效果 实现立体降温并提高作物冠层范 围气温分布均匀性 第 9 期孙维拓等 装备化正压通风降温系统在连栋温室的应用315 27 33 31 29温室气温 Greenhouse air temperature 07 14 07 15 07 16 07 17 07 20 07 24 07 25 07 28 07 29 日期Date 东北Northeast西北Northwest 东南Southeast西南Southwest a 水平分布 温室不同区域 a Horizontal distribution in different locations 28 36 34 32 30 温室气温 Greenhouse air temperature 07 24 07 25 07 28 07 29 07 30 08 01 日期Date 1 m2 m 5 m6 m 3 m b 垂直分布 距地面不同高度 b Vertical distribution at different heights above the ground 注 图中数据为每日10 00 16 00平均值 Note Data in the figure are daily averages from 10 00 to 16 00 图8 装备化正压通风降温系统运行时连栋温室气温分布 Fig 8 Air temperature distribution in the multi span greenhouse during operation of the PPVC system 08 03 08 09 08 10 08 12 08 14 08 16 08 18 日期Date 1 m2 m 5 m6 m 3 m 28 38 36 34 32 30 温室气温 Greenhouse air temperature 注 图中数据为每日10 00 16 00平均值 Note Data in the figure are daily averages between 10 00 16 00 图9 系统与高压喷雾联合运行时连栋温室气温垂直分布 Fig 9 Vertical distribution of air temperature in the multi span greenhouse during operation of the PPVC system combined with the high pressure fogging system 2 2 系统性能 在整个降温时段 08 30 17 30 评估系统各项性能 指标 降温效率是衡量蒸发降温系统性能的重要指标 通常定义为 降温前后空气干球温度的差值与降温前空 气干球温度与湿球温度的差值之比 本研究的装备化正 压通风降温系统 采用湿帘作为蒸发降温手段 降温效 率可达95 9 图10 在系统运行降温过程中 风机组出风日平均气温为 23 6 27 5 比进风降低7 5 11 6 风机组出风日 平均相对湿度为91 94 比进风提高36 50个百分 点 图11 如表1所示 根据系统风机组进出风绝对 湿度及实际温室比通风量 计算获得系统蒸发降温耗水 量为0 033 0 065 g m2 s 12 y 0 959x R2 0 96310 8 6 4 2 4 6 8 10 12 降温前后干球温差 Dry bulb temperature difference before and after cooling 降温前干湿球温差 Dry wet bulb temperature difference before cooling 图10 装备化正压通风降温系统降温效率 Fig 10 Cooling efficiency of the PPVC system 进风温度Inlet air temperature 出风温度Outlet air temperature 进风湿度Inlet air humidity 出风湿度 Outlet air humidity 相对湿度 Relative humidity 温度 Temperature 07 1407 1507 1607 17 07 20 07 2407 25 07 2807 2907 30 08 01 时间Time 10070 60 50 40 30 20 80 60 40 20 0 图11 风机组进出风温湿度变化 Fig 11 Temperature and relative humidity variations of the inlet and outlet air of the combined air conditioning unit 变频风机在40 Hz运行频率时的耗电量为15 36 kW 湿帘循环水泵的耗电量为0 25 kW 温室栽培区面积为 7 180 8 m2 由7台风机组管控 因此 装备化正压通风 降温系统的单位温室面积耗电量为15 2 W m2 根据表1 数据计算得到 系统对温室的平均供冷量为144 2 W m2 降温能效比达9 5 并可获得2 1 的室内外平均温差 08 30 17 30 图5 表 1 装备化正压通风降温系统应用于连栋温室的 耗水量及供冷量 Table 1 Water consumption Wc and cooling capacity Sc of the PPVC system used for multi span greenhouse 日期Date Wc g m 2 s 1 Sc W