不同通风条件对塑料温室气流及温湿度的影响

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温室通风是塑料温室调控室内微气候的主要手段,直接改变室内温度、相对湿度、风速等环境因素,可为作物提供适宜的生长环境,从而提高作物的产量和品质。自然通风系统结构简单、节能、适用范围广,是最普遍的通风换气方式。为确定降温、除湿、换气等不同环境需求下的温室最适通风方式以及通风口高度,本研究以陕西省杨凌地区的塑料温室为对象,采用试验和计算流体动力学(CFD)模拟方法,对3种通风方式(只开启侧通风,只开启顶通风,顶侧通风口各开一半)、4种侧通风口高度(40、60、80和100 cm)下室内的流场、气温、相对湿度变化及分布均匀性进行研究,解析不同通风条件下的室内微气候环境变化规律。确定不同通风需求时塑料温室的最适通风方案,为温室生产中的通风调控提供更有效的理论依据。研究的主要结论如下:1.利用RNG k-ε湍流模型构建了塑料温室三维CFD模型,室内气温和相对湿度的模拟值均与实测值变化趋势吻合,不同通风方式试验中各测点气温和相对湿度的平均相对误差分别为2.4%和2.5%,不同侧通风口高度试验中各测点气温和相对湿度的平均相对误差分别为1.2%和2.0%,采用边界条件有效,能够准确模拟塑料温室内的温度场和气流场的分布规律。2.相同外界环境条件下,顶侧通风口各开一半的温室降温除湿速率最快,通风换气效果最好。通风口开启后的2 min内,顶侧通风口各开一半的温室温湿度瞬时变化速率明显高于于其他2种温室,温度瞬时变化速率和湿度瞬时变化速率与同时段其他温室的最大差值分别为2.09℃/min和3.22%/min。3.顶侧通风口各开一半的温室在通风过程中温湿度均匀性最差,通风口开启10min后,27个测点的温湿度变异系数比同时刻只开启顶通风口的温室分别高出4.2%和5.1%,比同时刻只开启侧通风口的温室分别高出5.4%和6.9%。只开侧风口的温室整体降温除湿均匀性最好,适合温湿敏感作物的通风需求。仅打开顶部通风口的温室在保证除湿效果的同时可减缓降温速度,适合冬季保温除湿,以及极端天气下的通风需求。4.侧通风口高度会影响室内微气候分布。侧通风口距地面60 cm的温室内平均气温始终最低,在通风口开启10~20 min内,室内局部区域的温度比侧通风口距地面40 cm的温室低0.8℃左右;侧通风口距地面100 cm的温室由于侧通风口距地距离过高,温室下方气流停滞区域过大,通风降温速度缓慢,在通风口开启20 min后,室内大部分区域气温高于36℃;侧通风口距离地面过高或过低,都会降低通风过程中的降温除湿效果。5.侧通风口距地面100 cm时,室内的温湿度均匀性最优,60 cm的次之,27个测点的温湿度变异系数较同时刻100 cm高度仅高出1.1%和3.0%。侧通风口距地面60 cm的温室在通风过程中室内气流运动活跃,降温除湿均匀性高,适合夏季降温排湿和换气补气。在距地面60 cm基础上提升侧通风口高度,可在保证除湿效果时减缓降温速度;降低侧通风口距地高度可减缓室内环境变化速率,适合极端天气下的通风换气需求。
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