温和地区温室夏季降温措施探讨_陈晨.pdf

温和地区温室夏季降温措施探讨 陈 晨 饶冬 生 云南省设计院集团有限公司 昆明 摘 要 云南地区日照充足 动植物资源丰富 因 生产 展览 教育 科研原因 对于温室需求较大 云南虽大部 分地处温和地带 但夏季午间日照辐射强烈 通过温室作用 易导致室内超温过热 需要采取相应的降温措施 本 文以云南大学植物展览温室项目为例 对温和地区的夏季降温措施进行分析 提出适应于温和地区温室的夏季降 温策略 在温和地区的北区 中区 利用热压作用下的被动式自然通风可基本满足对温室的夏季降温要求 而对于 控制要求较高或温和地区南区气候特点下的温室 则优先考虑加入机械通风或绿色节能的蒸发冷却主动式空调 技术 作为温室夏季降温的手段 关键词 温和地区 温室 夏季过热 主动降温措施 被动 降 温措施 陈晨 男 年生 硕士 研究生 工程师 云南省昆明市西山区拥金路 号云南 省设计院集团有 限公司第五建筑设计研究院 收稿日 期 引言 云 南地区地处温和地带 动植物资源富饶 风 景秀丽 利用温室进行生产 展览 教育 科研 在云南地区运用广 泛 植物需要在适宜的温湿度环境下 以及充足的二氧化 碳浓度中 才能正常繁衍生存 但云南地处高原地带 夏季 午间日照辐射强烈 易导致温室内温度超温过热 不利于温 室内植物的生长存活 需要采取相应的降温措施 才能维持 温室功能的正常运作 通常以自然通风为主的被动式降温措施是一种较为经 济节能的有效措施 而 机 械 通风 采用人工冷源机械制 冷等的主动式降温措施 能 耗 较 大 设备和运行费用高 昂 本文以云南大学植物展 览 温室项目为例 通过主 被动通风降温措施设计 对温和地区的夏季降温措施与策 略展开研究 项目分析 该项目属于昆明地区植被保护地的展览用房设施 无 恒温恒湿要求 为满足工艺上植物生长所需的环境要求 温室内全年温度变化范围控制在 设计时 需考 虑及时补充室内因植物光合作用而消耗的二氧化碳 并带 走室内因太阳辐射等产生的余热 以及应对高原地区极端 太阳辐射高温天气造成的温室过热的影响 根据昆明地区 全年的气候变化 设计主要采用被动式自然 主动式机械通 风的措施以维持温室内温度环境 在少数极端天气通风不 足以满足室内环境要求时 通过开启蒸发冷却湿膜 风机 系统降温 以保障温室的使用要求 温室被动通风降温措施设计 高海拔温和地区 虽夏季日照辐射强烈 但室外空气比 焓低 建筑采用被动式自然通风的经济性好 能充分利用室 外空气的免费冷源 对于节能减排意义重大 本文研究选 取云南 个具有代表性的典型地区 即温和地区北 中 南 个二级区中的丽江 昆明 瑞丽对温室的被动式降温措施展 开研究 个地区随纬度的降低 通风计算室外空气温度相 应上升 太阳辐射相应增强 自 然通 风降温 温室大棚的自然通风原理为利用风压和热压的共同作 用 使室内空气流动而达到通风换气的效果 在温室大棚的 迎风面一侧由于空气压力增高形成正压 同时背风面的空 气压力减小形成负压 压差的产生造成空气由迎风面一侧 流向背风面形成流动 设计时将主要外窗设置在夏季季风 的主导风向上 以窗户的通风换气效率更高 热压是利用 烟囱效应产生压差 形成热气向上 冷气向下的流动 这也 说明设计中通过侧窗和天窗一起结合设置的方式 可以让 通风换气达到更好的效果 温室必要通风量由下式计算 式中 为必 要 通风量 为温室地面面积 为温 室 通风率 根 据 式 可得到 个温和地区二级区的必要通风 量 结果如图 所示 根据分析 随着室外空气温度的升高 及太阳辐射增强 温室所需要的必要通风量也随之增大 温和南区的瑞丽 温室必要通风量需要达到 才 能满足夏季温室的通风降温要求 图 个温和地区二级区的必要通风量 由于风向频率的不确定性及风速易受临近建筑及障碍 物 影 响的原因 通过风压实现的自然通风有很多不确定性 无法真正应用风压的作用原理来设计可靠性高的有组织自 然通风 因此 本 项目主要考虑热压作用下的温室被动 自然通风降温的效果 暖通 空 调 年第 卷增刊 空 调制冷 考 虑 热 压作用时 自然通风系统的设计通风量计算式 为 槡 式中 为设计 通风量 为由进出风口的面积与 流量系数确定的导出系数 为 自 由 落体加速度 为进 气 口和排气口中心高度差 为室内外空气温 差 其中 为室内空气干球温度 为室 外空气干球温度 其 中 槡 式中 为进风口流量系数 为进风口总面积 为 排风口流量系数 为排风口总面积 由式 计 算得 到 个温和地区的二级区的热压 通风量 即设计通风量 如图 所示 对比图 和图 的计 算结果 可得到图 可以看出 温和地区的北区和中区 由于夏季室外空气温度低于南区 太阳辐射强度也不及南 区强烈 自然通风的设计通风量基本可以满足温室大棚的 必要通风量 而温和地区的南区 依靠单纯的被动式自然 通风已无法满足对温室夏季降温的控制效果 这时 可以结 合项目情况增大开窗通风的面积 或提高侧通风口和顶通 风口的竖向高差强化热压通风的效果 但同时 仍需要考虑 加入主动式的降温措施 以满足对温室气温的控制要求 图 个温和地区二级区的设计通风量 图 必要通风量与设计通风量的对比 遮 阳降 温措施 考虑到建筑物的美观 同时为了管理方便及遮阳系统 运行的可靠性 将遮阳措施设置在温室内顶部 但由于建 筑造型采用球型屋顶 容易导致内遮阳网与屋面间产生封 闭空间的高温区 为解决这一问题带来的负面影响 则必须 考虑在屋面设置一定面积的可开启外窗 同时 顶部增加 开窗也可兼顾到热压作用下的通风换气排热效果 被动降温措施总结 温 和地区夏季日照辐射强烈 温度 较高 湿度适中 室 外空气比焓低 针对中温中湿的环境 在设计过程中 通过 温室内的顶窗和侧窗 在风压及热压的共同作用下 联合室 内遮阳措施 降低太阳辐射引入室内的热负荷 通过自然对 流通风的方式消除温室内的余热 温和地区的北区 中区 应优先采用被动式的自然通风 措施作为夏季降温系统的主要措施 当采用自然通风时 由植物温室幕墙设置的上下可开启外窗通风换气 上部外 窗在下部人员可触碰处设置启闭执行机构 对于控制要求 较高或温和地区的南区气候特点下的温室 当采用自然通 风不足以满足温室内温度环境需求时 需要采用主动机械 通风或空调等措施 以达到夏季降温的目的 温室主动通风降温措施设计 机械通风利用风机动力 产生强大的风压 能对温室中 的空气达到快速置换的目的 快速消除温室内的余热 余 湿 而空调措施则通过向房间内输送预先处理过携带冷量 的空气 以及可结合房间内以水或制冷剂为介质的末端设 备 从而达到处理室内空气温度和湿度的目的 主动式的 通风措施与被动式措施相比 需要消耗额外的能量对空气 做功 但对空气的状态处理更为精确及有保障 针对温和 地区良好的气候特点 可将主动式的通风降温措施作为温 室夏季降温的一种辅助手段 人 工冷 源系统 采用人工冷源的空调系统 一般多采用人工冷源与空 调末端结合的方式 虽在工业与民用建筑中经常运用 但初 投资大 运营维护麻烦 且不符合绿色环保的理念 其优点 为 对于温度控制具有系统稳定性 可以对处理对象进行较 为精确的温湿度控制 但是 在温室通风降温的技术处理 措施中 除考虑到满足室内温湿度要求外 还需要考虑到维 持植物正常生长对 的需 求 量 为保证 浓度 而 引入 过多的室外空气 必然引起空调系统负荷的增大 因此 不 应作为优先考虑的夏季降温措施 湿 膜 风机 系统 蒸发冷却通风 直接蒸发降温的加湿通风 通过风机内的湿膜与室外 空气的水热交换作用 进行加湿冷却过程 通过送入较低温 度的室外新风 达到消除室外余热的作用 与蒸汽加湿系 统相比 其不需要蒸汽发生源 优化了设备系统构造 减少 了投资 是一种绿色 环保 经济的空调方式 另外 温和地 区夏季空气湿球温度较低 温室对室内湿度的需求较高 对 于采用蒸发冷却式降温具有良好的应用条件 湿膜加湿过程的状态分析见图 图中 分别 为 空气的干球温度 湿球温度及露点温度 以温和中区的昆 空调 制 冷 暖通空调 年第 卷增刊 明 地 区 为例 夏季空气的湿球温度为 夏 季自 来水的 温度为 与该地区空气湿球温度基本 接近 低于 湿球温度 高于露点温度的亚湿球状态温度 经研究证明有 利于降低出风口温度及提高蒸发冷却效率 此时是工程中 较为理想的加湿处理方式 因 此 组合式空调器的湿膜 加湿空气处理过程接近于等焓加湿 过程 图 湿膜加湿过程状态分析图 为防 止 连续极端天气温室过热 考虑在设计过程中加 入主动式的夏季降温措施 常规的湿帘风机通常设置在建 筑外立面山墙上 结合该展览温室建筑的美观性要求 采用 湿膜加湿降温组合式空调器机组更符合项目情况 夏季采 用蒸发冷却空调措施 不设人工冷源 机房设置 台组合式 空气处理机组 据使用功能 机组由风机段 加湿段 盘管 段 混合过滤段组成 其中加湿段采用湿膜加湿 主动降温措施总结 通 过核 算排除余热防止室内高温的必要通风量 维持 室内 浓度 必 要通风量 排除水汽防止室内湿度过高的 必要通风量 同时考虑经济性 植物温室通风量按换气次数 夏季不少于 冬季 不 少于 确定 因此 当 被 动 式自然通风无法满足温室夏季降温需求时 开启 台全新 风工况下运行的风机及 台排风机 通过机械通风的方式 加强对流换热 在夏季连续的太阳辐射强 室外空气温度高 的极端天气下 开启 台空气处理机组 通过送入湿膜加湿 段处理后的空气对室内温湿度进行调节 以满足室内的环 境需求 结论 本文对云南温和地区温室的主 被动降温措施展开适 应性分析 针对温室通风设计有以下几点结论和建议 被动式的自然通风措施 主要利用温室空气的热压 作用 对于温和地区的北区 中区 具有良好的降温效果 可 基本满足温室夏季降温的需求 且绿色环保 具有节能减排 的意义 对于主动式的自然通风措施 结合温和地区室外湿 球温度低 温室内部对湿度要求高的特点 在温室夏季降温 中 应优先采用蒸发冷却式空调方式 对于控制要求较高或温和地区的南区气候特点下 的温室 在联合遮阳措施的同时 需要考虑加入机械通风或 绿色节能的蒸发冷却主动式空调技术 作为温室夏季过热 降温处理的手段 参考文献 胡建 李伟清 现代温室夏季降温技术研究 农机 化研究 胥芳 邵磊 陈 教料 降温技术在温室领域的应用 农机化研究 马承伟 黄 之栋 李保明 等 农业建筑蒸发降温技术 研究与应用的现状及展望 农业工程学报 富 建鲁 从 设计角度谈几种常用温室降温方案 农业工程技术 张璐瑶 黄 翔 宋祥龙 等 亚湿球温度的冷水对农业 温室湿帘降温性能的影响分析 制冷技术 农业部规划设计研究院 温室通风设计规范 北 京 中国建筑工业出版社 暖通 空 调 年第 卷增刊 空 调制冷