作业题(农业设施通风降温).doc

第三章 农业设施中的通风与降温
1.农业设施通风的主要目的是什么？
A,排除多余热量，抑制高温；B，引入室外新鲜空气，调控设施内的空气成份；C，排除室内水汽，降低室内空气湿度；

2. 农业设施的通风系统设计应考虑哪些方面的要求？
A,满足有效调控室内气温、湿度和气体成份环境要求的足够通风量；
B,通风量能够根据不同需要（动植物种类、阶段、地区、季节、气候等）在一定范围内有效方便地进行调节；
C,室内要求具有适宜的气流速度，分布均匀，冬季避免冷风直接吹向动植物；
D,通风换气设备运行可靠，操作控制简便，不妨碍生产管理作业；
E,设备耐用、投资费用低运行效率高，运行管理费用低，对植物遮阴面积小。

3. 【作用范围】何谓全面通风？何谓局部通风？
A，对设施内进行全面换气，以对整个设施内的空气温度、湿度和空气成份进行调控。
B,局部通风的范围仅限于设施内的个别地点和或局部区域，又分为局部排风和局部送风两种。

4. 【工作动力】自然通风与机械通风各有何特点？各自的适用范围如何？
自然通风(借助设施内外的温度差产生的“热压”或室外自然风力产生的“风压”促使空气流动)
特点： 通风系统投资省、不消耗动力，使用经济，应优先采用。
通风能力有限，通风效果易受设施周围地势和室外气候条件（风向、风速、室内外温差大小）等因素影响。
范围： 开放式畜禽舍，日光温室和塑料大棚
机械通风(依靠风机产生的风压强制空气流动)
特点： 通风能力强，效果稳定。
可在空气进入室内前进行加温或降温处理，便于组织室内气流和风量调控。
设备和维修费用相对较大，运行需消耗电能。
设备遮光，运行中产生噪音。
范围：密闭式和较大型的有窗式畜禽舍，连栋温室（较大的面积和空间、环境调控要求高）

5. 何谓必要通风量，何谓设计通风量，说明这二者间的区别与联系。
必要通风量
—— 根据控制设施内气温、湿度和调控设施内的空气成份等方面的需要确定的通风量。
设计通风量（设计换气量）
—— 设施的通风系统在单位时间内交换的室内外空气体积（设施的设计通风能力）。
一般应有：
设计通风量 ≥ 必要通风量

6. 简述农业设施自然通风的原理。
热压通风： 当ti > to时， rai < rao
pia=pib+raigh poa=pob+raogh
而pia=poa， （上面不通风，下面两个通风窗开启） 即：pib+raigh = pob+raogh pib－pob = (rao－rai)gh
由上式可以看出，只要设施内外存在温差和通风口的高差，即存在热压。通风口高度差越大，热压越大。因此，进行利用热压的自然通风设计时，应尽可能增大进出风口高差。
风压通风： 室外自然风气流遇建筑物发生绕流，建筑物周围出现变化的气流压力分布：建筑物迎风面静压升高，侧面和背风面静压降低。
由于风的作用，在建筑表面形成比远处未受扰动处升高和降低的空气静压称为风压。

9.依靠热压的自然通风量的大小与哪些因素有关？由此说明热压通风的适用情况，以及为了保证有较大的通风量，设计通风系统时应注意的要点。
由上式可以看出，只要设施内外存在温差和通风口的高差，即存在热压。通风口高度差越大，热压越大。因此，进行利用热压的自然通风设计时，应尽可能增大进出风口高差。

10. 热压通风与风压通风各适用于什么情况下的设施自然通风？在夏季和冬季，农业设施各主要考虑利用哪种形式的自然通风？
夏季： 主要目的是排除设施内的多余热量，主要利用风压通风，应特别注意流速和路径； 要有足够的进排气口面积；通风流畅，无滞留；
横向（水平方向）组织气流（组织好穿堂风）
增加天窗或上部排气口标高，在近地面安装百叶窗通风
冬季：冬季寒风是一个不利因素，应避开冬季风门，充分利用防风林和防风栅。
换气量较小，主要利用热压通风；竖向组织气流，避免冷风直接吹向动、植物体
尽量加大进排风口高差——设屋脊天窗风帽，风压与热压通风兼顾、通风与冬季保温兼顾；可在风帽处设置灵活的调节机构，精心管理。

11.为了达到良好的通风效果，自然通风系统在设计中应考虑主要问题有哪些？

7.何谓自然通风的余压？何谓中和面？
室内某点的空气压力与室外同一高度上未受扰动的空气压力之差称为该点的余压。
余压为零 的平面称为中和面。

8. 如何确定各种通风窗洞口（一般洞口、有窗扇、有防虫网，装有湿帘的洞口等）的流量系数？
进风与排风口的流量系数与进、排风口形式、形状以及窗扇的位置、开启角度、洞口范围内的设施构件阻挡情况等因素有关，可按表查取。
当湿垫作为进风口时，流量系数可取为0.2～0.25。
在窗洞口安装有阻碍通风的窗纱、防虫网等时，流量系数应进行折减。（ 【【【【【【（μ0 —— 无防虫网时的流量系数；F、Fn ——通风洞口与防虫网面积，m2；ζn —— 防虫网通风阻力系数，根据网孔密度和积灰的情况，取1.8~4.0

13.某温室采用自然通风，其侧窗通风面积为50m2，中心离地高度1m，天窗通风面积为60m2，中心离地高度4m，侧窗与天窗的流量系数均为0.65，则在室外气温10℃，室内气温28℃，室外风速较小可忽略不计时，其自然通风量可达到多少？单位时间内，其能够排除的热量为多少？

①全部通风窗口布置在二个高度上，且进风口与排风口的流量系数分别相同的情况
. 热压通风的计算
A: 由流体力学，通风窗口内外空气压差Δp与通过窗口的空气流速v间关系：
空气流量为：

A —— 通风窗口面积，m2；
m —— 通风窗口流量系数。

通过进风口与排风口的空气流速va和vb与其内外压力差具有如下关系：

poa - pob=raogh pia - pib=raigh

同时由流动的连续性，进入和流出设施的空气质量流量应相等，有：rao ma Aa va = rai mb Ab vb
（式中 Aa，Ab —— 进风口与排风口面积，m2；
ma，mb —— 进风口与排风口流量系数）
将vb代入前式，可解出：
用 rao / rai≈Ti / To的关系（r ≈ 353/T）代入，有：
（式中 Ti，To —— 室内、外空气的热力学温度，K。）

进风口风量为：

则进风口风量的计算式：

以上即为热压自然通风的通风量计算式，进风口风量与排风口风量因空气密度的差异而略有不同，工程计算中可忽略其差异，只计算其中之一即可

②一般情况下的热压通风量计算
先假定中和面的位置，计算各窗口的余压：
Δpj=(rao－rai)ghj Pa （j=1，2，······）
式中 hj —— 各通风窗口至中和面的距离，窗口位于中和面以上为正，以下为负，m。
逐一计算各通风窗口的空气质量流量，余压为正时取+，为排风量，余压为负时取－，为进风量。

计算结果应满足：
否则调整中和面高度，反复计算直至满足条件。
例：北京地区某连栋塑料温室，东西方向共8连栋，单栋跨度为8m，东西长64m．南北宽33m，面积2112m2。温室设有有侧窗和谷间天窗自然通风系统，东西两侧的侧窗长30 m，高度1.6m，中心离地面高度1.4m，共5个天窗，通长33m，开启到最大时天窗实际过风断面宽度为0.8m，窗口中心离地高度3.6m。试计算在春季室外气温24℃、室内气温30℃时的自然通风量能否满足排除室内150w/m2热量的要求。

在生产应用中，有时也采用“换气次数”来表示通风量的大小，换气次数与通风量的关系为：

全面通风换气量:设施在全面通风方式下的必要通风量。为了确定设施的全面通风换气量，需分析设施内有害物浓度与通风量间的关系。这里有害物是广义的，包括多余热量、水汽以及有害气体等。忽略设施内外空气密度差异(进风量与排风量相等)，设施内有害物浓度与全面通风量之间的关系为(全面通风的基本微分方程式)：
送入量+散发量-排走量=变化量

如设施内初始有害物浓度为y1，为求得经时间τ后有害物浓度y，

稳定状态下全面的通风量

如考虑设施内外温差产生的空气密度差异，进出设施的体积并不相等，上式不能适用。这时可由进出设施的空气质量流量相同的关系，在以上分析中体积流量L换作质量流量G(kg/s)，单位空气体积的有害物浓度y换作单位空气质量表达的有害物浓度z(J/kg，g/kg或ml/kg)，经过相同的分析，可得稳定状态下更普通适用的全面通风量计算式为：

(1)为消除余热所需要的通风量

(2)为调节空气成分需要的通风量

(3) 为多余水分所需要的通风量

直接利用以上计算式，即可解决已知自然通风窗口位置与面积等条件、计算能够达到的通风量的校核类计算问题。
对于设计计算问题，即已知必要通风量，需确定自然通风窗口的位置、面积时可先根据设施的使用要求和形式、结构等方面情况，确定通风窗口的位置分布，再确定进、排风口的流量系数和面积比例，得出比值μaAa/μbAb之后，即不难利用以上计算式求得所需进、排风口的面积。

12.在农业建筑的自然通风系统中，当所有进风口的风压系数和流量系数均相同，分别为Ca，ma，所有排风口的风压系数和流量系数均相同，分别为Cb，mb，试推导风压自然通风量为：(均可应用这项公式，即使风压系数和流量系数不同)

其中：

14. 某畜禽舍在自然通风时，其迎风面通风口处风压系数为0.8背风面通风口处风压系数为-0.5，迎风面与背风面通风口面积均为54m2，流量系数均为0.65，则在热压通风量可忽略不计、舍外风速为3m/s时的通风量可达到多少？
A: 风压以气流静压升高为正压，降低为负压，其大小与气流动压成正比。风压在建筑物各表面的分布与建筑物体型、部位、室外风向等因素有关，在风向一定时，建筑物外表面上某处的风压pv为

（rao —— 室外空气密度，kg/m3；
vo —— 室外风速，m/s；
C —— 风压体型系数，其取值与建筑物外形及具体部位、风向有关。）

假定室内空气压为pi（Pa则在各窗洞口处室外与室内的空气压差为：（j=1，2，······）
先假定室内的空气静压pi=0，计算各窗口处室外与室内的空气压差：（j=1，2，······）
逐一计算各通风窗口的空气质量流量，Δpj为正时Gj取－，为进风量， Δpj为负时， Gj取+ ，为排风量。

计算结果应满足：否则调整室内静压pi，反复计算直至满足条件。

当所有进风口的风压系数和流量系数均相同，分别为Ca, μa，所有排风口的风压系数和流量系数均相同，分别为Cb, μb，风压通风量计算可以简化为

此为美国简单估算公式（
中：A —— 进风口或排风口面积总和，m2；
E —— 风压通风有效系数，风向垂直于墙面时取E=0.5～0.6，风向倾斜时取E=0.25～0.35。 ）

15.图示三连栋温室，二侧窗为上卷式卷帘窗，窗洞口全长为30m，窗口下边沿离地高度为0.6m，卷帘全开启时上边沿离地高度为1.8m。在温室每个脊部设有天窗，在图示风向下，天窗仅开启背风面一侧，每个天窗口形成有效通风面积为30m×0.6m的通风口，其中心离地高度为5.4m。试计算在下列三种情况下的温室自然通风量：①室外风速=0，气温为5℃，室内气温为28℃；②室外风速vo=3.5m，温室内外气温均为20℃；③室外风速vo=3.5m，室外气温为5℃，室内气温为28℃。（各通风口的流量系数均取为0.65。

热压和风压同时作用的自然通风
计算方法较为麻烦，实用上可采用如下方法近似估算热压与风压两种作用下的自然通风通风量：

16. 何谓正压（进气）通风和负压（排气）通风？各有何特点及适用范围如何？
（一）进气式通风系统(气流分布装置，天棚处设置通风管道果蔬贮藏管道设置在地板下，由天棚处的均匀送风管道进风，舍内污浊空气通过缝隙地板下的侧墙排气口排出。
)
由风机将外部新鲜空气强制送人设施内；形成高于设施外空气压力的正压，迫使设施内空气通过排风口排出，又称正压通风系统。
优点：
1.便于对空气进行加热、冷却、过滤等预处理。2.设施内的空气正压可阻止外部粉尘和微生物随空气从门窗等缝隙处进入，避免污染设施内环境，设施内卫生条件较好
缺点：1.出风口风速较高，易造成吹向动物或植物的过高风速，不便采用大通风量。
2.室内气流不易分布均匀，易产生气流死角，降低换气效率。正压通风畜舍内，有害气体容易残留在屋角，以致舍内的臭味比较重。
3.此外设施内正压作用在冬季会使水汽渗入顶棚、墙体等围护结构中，降低其保温能力，还会使水汽渗入门窗缝隙中引起结冰，因此，要求围护结构要有较好的隔气层。
（二）排气式通风系统
排气式通风又称为负压通风，是将风机布置在排风口，由风机将设施内空气强制排出，设施内呈低于设施外空气压力的负压状态，外部新鲜空气从进风口吸入。
易于实现大风量通风，换气效率高；室内气流分布均匀；便于在进风口安装湿垫等降温设备； 要求设施有较好的密闭性；（避免产生贼风）； 与外界的卫生隔离较差。
（三）进排气通风

17. 机械通风系统采用上部排风与屋顶或檐口进气、下部排风的二种方式，各有何特点？
上部排风
风机装在屋顶上，从屋顶的气楼排出污浊空气，新鲜空气由侧墙进气口进入设施内。
适于气候温和地区；可自然通风与机械通风两用；建筑物跨度一般小于9m；下部进风：卫生条件差；风机维护不便。
.下部排风
风机安装在侧墙下部，屋顶或檐口设置进气口。
卫生条件较好；纵向气流分布均匀，沿檐通长设置进风口，足够进风口面积；
檐口可设置调节板，调节风量方便；冬季进气下沉前可贴附顶棚较长距离，与舍内空气充分混合均匀，避免冷风直吹动物。夏季则调节风口，使进气流直接下降到畜禽的活动区。

在畜禽舍中采用纵向通风系统（这种形式是在农业建筑一端山墙安装全部排气风机，在另一端山墙设置所有进风口，从面在建筑物形成纵向的通风换气。适应长度远大于跨度的畜禽舍的建筑特点
）与横向通风系统（风机安装位置低，维护方便； 适用长度较小，跨度相对较大的建筑。
排气风机可安装在一侧纵墙上，新鲜空气从对面纵墙上的进气口进入舍内）相比，有何优点与缺点？
优点：③风机数量比横向通风少节省设备和运行费用。
①舍内气流速度分布均匀，死角少。
②舍内气流流动断面积远比横向通风小，容易用较小的通风量获得较高的舍内气流速度，有利于在夏季通风中提高舍内风速，促进畜禽身体的散热。
④排风集中于畜禽场区脏道一端，避免并列相邻畜禽舍之间的排气污染，有利于卫生防疫。
⑤由于相邻畜禽舍之间没有排气干扰和污染，因此畜禽舍之间的卫生防疫间隔可大大缩小，有利于节约畜禽场建设用地和投资。
缺点：从进风口至出风口，空气温度等环境参数在纵向有较大变化。

19. 风机的技术性能指标主要有哪些？
风量（m3/h）—— 满足通风量要求；风压（Pa）—— 克服通风系统的通风阻力；
耗能（功率）与效率、噪音大小。
选择风机类型、型号（规格）与数量的主要依据是什么？设施的必要通风量和通风阻力。（空气经过风机后压力升高，建立起风机前后稳定的压力差，这个压力差称为风机的静压，用以克服通风系统的通风阻力。）

20. 如何确定不同类型通风系统的通风阻力？
进气式通风系统的通风阻力根据通风系统水力计算确定。

21.在农业设施通风工程中采用的通风机主要有哪二种类型？说明其各自的特点及适用范围。

22.从技术可行的角度考虑，可以实现农业设施内部降温的方式有哪些，各有何优点与缺点？
（1）遮阳和通风：夏季抑制设施内高温的有效技术措施，主要作用是大量排除设施内的多余热量。其抑制高温的能力是有限的：a.机械通风的通风量不能太高，b.遮阳和通风都不能直接降低进入设施内的空气温度。必须采用降低空气温度的技术和设施
①机械制冷（利用压缩制冷设备制冷）
制冷量大，降温能力强，不受外界条件限制；制冷的同时可除湿；设备投资费用与运行费用高。
②冷水降温（低温冷水吸收空气中的热量）
降温效果取决于冷水温度，如水温足够低，气温可降低至湿球温度以下；
冷水温度在露点温度以下时，可除湿；需低温水源，耗水量大。
③蒸发降温（水在空气中蒸发，从空气中吸收热量，降低空气温度）
设备简单，费用低； 运行费用低（约为机械制冷降温的1/10）；降温的同时会增加空气的湿度；降温效果受气候条件影响，在湿度较大的天气下不能获得好的降温效果。

23，简述蒸发降温的技术原理及特点。蒸发降温为何成为农业设施中夏季降温的适用技术？其不足之处是什么？水在空气中蒸发，从空气中吸收热量，降低空气温度）
降温效果显著，耗水量小。设备简单，费用低； 运行费用低（约为机械制冷降温的1/10）；
降温的同时，会增加空气的湿度；降温效果受气候条件影响，在湿度较大的天气下不能获得好的降温效果。

24，蒸发降温中，空气状态的变化为什么热力过程？降温前后空气的各状态参数有何变化？理论上蒸发降温可以将空气温度降低到的最低值为多少？（蒸发降温过程为空气的绝热加湿降温过程（≈ 等焓加湿过程），空气状态近似沿等焓线变化；
空气的状态变化：温度下降，含湿量增大，相对湿度增大，焓近似不变；
蒸发降温的极限是空气的湿球温度。

25. 蒸发降温在我国各地气候条件下，其适用性（效果）如何？
黄河流域及以北地区：在需降温的室外气温较高时刻（正午），相对湿度约在40%～50%甚至更低，蒸发降温有较好的效果，降温幅度通常可达7～10℃；
长江流域及以南地区：连阴雨天气相对湿度高达80%，但该时期气温多在30℃以下，不需降温；
在需降温天气的室外气温较高时刻（正午），相对湿度约为50%～60%，蒸发降温可发挥较明显的效果； 蒸发降温幅度可达5～8℃；

26. 简述几种常用的蒸发降温技术与设备的构成、特点及适用范围。
通风阻力相对较小；
热质交换表面积大、降温效率高，工作稳定可靠；
安装使用简便；
长期使用时空气中尘垢与水中盐类在纸帘上沉积将降低其效率，增大通风阻力；
使用后易收缩与变形，使用寿命还有待提高。

27.对于蒸发降温湿垫（湿帘），表明其工作性能的主要技术参数是什么？各受哪些因素的影响？ 降温效率 h = 70%～90% 通风阻力 Dp = 10~60Pa
h与Dp主要与湿垫厚度及过垫风速vp有关
vp ＝通风量 / 湿垫面积
湿垫越厚、过垫风速越低，则降温效率越高；
湿垫越厚、过垫风速越高，则通风阻力越大。为使湿垫具有较高的降温效率，同时减小通风阻力，过垫风速不宜过高，但也不能过低，否则使需要的湿垫面积过分增大，设备费用增加，一般取过垫风速为1～2m/s。

28.经测定，干球温度为35℃、湿球温度为25℃的空气经过蒸发降温设备降温处理后，空气干球温度降低为27℃，则该蒸发降温设备的降温效率为多少？（降温效率ta，tb —— 降温前、后的空气温度（干球温度）℃；tw —— 空气的湿球温度，℃）

29.某蒸发降温设备的降温效率为85%，则当室外干球温度为36℃、湿球温度为26℃时，经过该降温设备可将室外空气温度降低为多少？27.5℃

30. 某农业设施采用湿垫（湿帘）风机降温系统，其降温效率为80%，风机全部开启时的最大通风量为500000m3/h。在室外空气温度为34℃、相对湿度为50%的情况下，经过降温进入设施的空气温度为多少？理论上其单位时间内蒸发消耗水量为多少？
蒸发降温耗水量　　（式中 L —— 通风量，m3/s；　v —— 湿空气比容，m3/kg(a)；da，db —— 降温前、后的空气含湿量，g/kg(a)。）

kd的物理意义：使单位体积（1m³）空气的温度每降低1℃所需蒸发水量（g）， 约等于0.45-0.48g/(m³℃)

（Ａ点按着等含湿量往下与１００％相交，为露点温度，Ａ点按着等焓与１００％相交，为湿球温度）
31.华北某地区某密闭式鸡舍跨度为12m，长80m，舍内净高2.5m。考虑夏季通风降温的要求，拟采用湿垫——纵向通风系统，在鸡舍一端安装风机，另一端安装湿垫。为促进鸡只体热散发，按舍内达到1.8m/s的平均气流速度确定通风量。试选择和配置合适的湿垫—风机降温系统，选配风机、湿垫和供水量。如按舍内气温从进风口至排风口有3℃左右的温升，试计算在夏季（空调室外计算干球温度为34.8℃，室外计算湿球温度tw=26.7℃）舍内的平均气温（进风口与排风口气温平均值）为多少。

十五