高温会限制产量、增加用水量,并使气候控制更加困难。如果多跨温室过热,通风、遮阳、气流、设备设置甚至结构设计都可能是罪魁祸首。
第一步是定量分析。测量室内温度高于环境温度的升高值,并将其与已安装系统的额定温度进行比较。在设计良好的多跨房屋中,仅靠每小时 40-60 次换气的通风就能将室内温度控制在与室外温度相差几度的范围内;之后只需依靠遮阳和蒸发冷却即可。如果观察到的升温幅度远高于此,则问题出在通风能力或送风系统上,而非天气因素。
如果需要额外的冷却措施,首先要确定热量的来源以及热量无法排出室外的原因。正确的诊断才能真正解决问题,而不是仅仅增加能源和运营成本,却对植物的生长状况毫无益处。
自然上升气流会聚集在多跨温室的屋顶下方。如果屋顶通风口过小、位置不佳、堵塞或开启不足,热量就会在屋顶积聚。阳光强烈时,这种情况会更加严重。对于侧向通风的大面积温室,热空气的排出可能不足。
控制通风面积与建筑面积的比例是关键。为了使自然通风能够承受峰值热负荷,屋顶和侧面开口的总面积应至少达到建筑面积的15%至20%(以有效自由开口面积衡量)。将此比例应用于5000平方米的多跨房屋,可得出大约750至1000平方米的实际通风面积,并且屋脊出风口必须与低位进风口配合使用。对不同开口组合的测试表明,侧面进风口与迎风侧屋顶通风口相结合可实现最高的自然通风量——在风速仅为0.5米/秒的情况下,每小时换气次数约为12.3次——而仅使用屋顶或仅使用背风侧通风口的配置则远达不到这一目标。
检查通风口是否畅通无阻,周围建筑物、遮挡物和设备是否阻碍了通风。同时应检查自动通风控制系统是否存在温度设置错误或机械故障。
通风口是允许空气流通的开口,但它们并不一定能提供均匀的通风。如果气流没有分布到作物区域的中心或下部,生长区域就会出现过热区。风扇可以帮助室内空气流通,减少空气停滞区域。
室内空气循环系统的尺寸应根据建筑面积确定,而非凭感觉估算。常用的水平气流经验法则是每平方英尺建筑面积约需2 CFM的风机风量,约合每平方米0.6立方米/分钟,并应使空气在顶棚内形成连续循环。这与产生空气交换率的壁挂式排气扇的计算是分开的,而通风系统尺寸过小是导致房屋通风良好但中部区域仍然出现高温区域的最常见原因。
它们的位置应位于连续的空气流通路径上;不要仅仅将空气集中到某一部分。空气交换不足也会导致密植作物种植时湿度升高。这对于空气循环至关重要,不仅可以作为温度控制措施,而且对于维持整体环境稳定也至关重要。
强烈的太阳辐射会迅速提高温室温度,尤其是在阳光最强烈的时段。进入温室的热量取决于覆盖物、温室朝向、遮荫情况以及当地的太阳辐射条件。
遮阳是一种降低温室负荷的措施,因此遮阳网的规格应根据实际测量的辐射量来选择。遮阳网的选择通常以遮阳率表示,对于室内遮阳网,还需考虑反射特性:反射铝制遮阳网比相同标称遮阳率的黑色遮阳网能使温室温度降低 4–8 °C,因为它们能将辐射反射出去,而不是吸收辐射后再辐射到作物上。同一系列的遮阳网,如果安装为节能遮阳网,在寒冷时期还能节省 30%–50% 的供暖能源,因此,可移动的反射遮阳网通常能实现两倍的成本回收。
可移动遮阳装置可在需要时减少太阳辐射热量的吸收,但过度遮阳也会减少有效光照。因此,遮阳装置应与通风和其他冷却方法结合使用。需要注意的是,玻璃芬洛屋顶作为一个整体,在任何遮阳装置关闭之前,其透光率仅为75%至85%——因此,遮阳装置的设计策略必须基于建筑本身的透光率,而不是基于原始太阳辐射量。
冷却设备的配置应与多跨温室的规模和当地环境相匹配。配置过小的系统可能全天候运转,却无法维持所需的温度。专业人员会根据您的实际情况提供专业的建议。多跨温室制造商可以在确定要使用的冷却设备之前估算热负荷。
这里出现了两个常见的错误。第一个错误是按照平均热负荷而非峰值热负荷来设计系统尺寸,这必然会导致设计日供冷量不足。第二个错误是忽略了蒸发效率的有限性:风机盘管式空调系统的设计湿球温度差为70%–80%,因此,在系统整体效率约为80%的情况下,可实现的温降约为9°F (5°C),而送风温度通常比环境温度低10–20°F。在潮湿的天气里,湿球温度差会缩小,因此同样的系统送风量也会减少——设计必须根据当地的设计湿球温度进行检查,而不是根据干球峰值温度。
对于大型种植设施而言,这一点尤为重要,因为多个种植区域可能面临不同的生长条件。此外,还应在最热的运行期间评估冷却性能。该设备在较凉爽的气候下运行良好,但在高温高峰期则不然。
在加装制冷设备之前,请先检查热源和热聚集点。在大型多跨温室中,由于屋顶朝向、作物密度、设备和气流等因素,不同跨度的温度可能并不相同。
通风口的实际开口面积比图纸上的通风口尺寸更重要。防虫网也会限制空气流通,尤其是在脏污或堵塞的情况下。
与其想当然地忽略纱窗的影响,不如量化其带来的通风损失。风洞试验表明,孔隙率在25%至53%之间的防虫纱窗,其通风率会随着孔隙率的降低而下降,这是因为纱窗会降低开口的通风系数。实际上,标准纱窗会使开口的空气流量减少10%至20%;75目纱窗比40目纱窗的自然通风量减少约25%;而对于100平方米的开口,50目纱窗(开孔率为55%)的通风量仅相当于55至60平方米的自由开口。
检查屋顶和侧面通风口是否完全打开,以及纱窗是否清洁。如果纱窗是通风口的一部分,则在设计通风系统尺寸时应考虑其气流阻力。
有些设备会增加温室的热量。水泵、电机、照明设备、加热管道和电气设备都可能增加温室的热负荷,尤其是在封闭区域。
调查高温区域时,应检查设备位置。在条件允许的情况下,将发热设备移至种植区外,可以降低室内热负荷。
多跨温室不应始终被视为一个单一的温度区域。应比较不同跨度和作物区域的温度读数,以确定温度最高的地方。
如果某个区域持续过热,在增加整个设施的制冷能力之前,应检查该区域的通风口、遮荫情况、作物密度、设备和气流。一个有效的诊断方法是在三个或更多跨度上同时记录屋檐高度、冠层高度和近地面处的温度读数;如果冠层高度持续过热而屋檐高度读数正常,则表明存在循环问题;而整个跨度温度升高则表明存在通风或负荷问题。
然而,如果控制系统设置不当,再好的系统也无法达到性能不佳的效果。传感器可能放置位置错误,阈值设置过高,或者设备启动过晚。检查传感器的放置方式,并比较种植区域不同位置的传感器读数。大型多跨温室的状况可能无法用单个传感器准确反映。
此外,还应考虑作物对控制设置的需求。在秋冬季节使用与春夏季节类似的温度设置会造成不必要的胁迫和能源浪费。通风和纱网的开启应分阶段进行,而不是直接切换:采用分步程序,先逐步打开通风口,然后关闭纱网,最后启动湿帘系统,可以避免在大风量下,单一设定点不可避免地产生的温度过冲。
一旦确定了故障原因,就应该制定一套系统性的冷却方案,而不是仅仅更换一台设备。最佳方案是根据温室的运行条件,综合运用通风、遮阳、气流、温室设备尺寸和控制设置等多种手段。
如果过热是由于空气滞留造成的,首要措施是加强通风。屋顶和侧面的开口必须能够排出热空气并引入室外冷空气。确保通风口畅通无阻,并定期检查机械部件。
如果通风系统是自动的,请测试温度传感器是否在正确的时间运行。温室结构也是一个重要因素。通风和空气质量应在设计阶段就加以考虑,而不是多跨温室制造商事后才考虑的。
在极端高温时期,遮阳系统可以限制白天的阳光直射。它们非常实用,尤其适用于阳光直射、室外特别炎热的天气。该系统应可移动,且不应永久遮挡光线。种植者可以在一天中最热的时段增加遮阳量,而在光照较好的时段减少遮阳量。
使用可调节遮阳:根据阳光和作物需求改变遮阳范围。
避免长期严重遮光:过度遮光会减少有效光线。
与通风系统协调配合:当热空气也能排出时,遮阳效果会更好。
监测作物反应:当植物出现热胁迫或光胁迫迹象时,调整设置。
循环风扇可用于促进温室内温度较高的区域的空气流动。它们甚至可以缩小上下种植区域之间的温度差。风扇的位置应根据温室布局而定。切勿设置孤立的空气循环模式,以免空气滞留在中心区域。循环回路的风量应约为每平方英尺地面面积 2 CFM(立方英尺/分钟),相当于每平方米约 0.6 立方米/分钟,并检查空气是否能到达每个跨度的远端,而不是在距离风扇几米远的地方就消散了。
定期检查也必不可少。例如,零件脏污或风扇叶片损坏、气流堵塞等都可能导致性能下降,而这种下降可能不会立即显现。
如果通风和遮阳效果不佳,则应检查冷却系统的容量和状况。冷却设备的设计应针对温室的峰值热负荷,而非平均热负荷。在商业项目中,应考虑种植区数量、作物密度、覆盖物、室外温度和预计运行时间等因素。
在评估现有湿式灭火系统时,应按以下四个步骤进行核实:湿式灭火垫的整个表面是否完全润湿;进水速度是否在湿式灭火垫制造商规定的限值范围内;湿式灭火垫是否达到可用湿球压差的70%至80%;以及设计湿球压差值是否符合现场实际情况。如果一个系统通过了以上四个步骤,但仍然无法保持设定温度,则说明该系统确实需要更大的容量。
作为多跨温室制造商,企业还应寻找易于维护且具有扩展空间的设备。难以维护的系统可能会导致在重要的生长时期出现长时间的停机。
及早发现温度问题有助于加以控制。通过设置在合适位置的传感器,可以识别出作物生长区域,并指示温度开始上升的时间。
自动化系统可以被编程为在特定条件下打开或关闭通风口、遮阳帘和风扇,以及启动冷却系统。这将最大限度地减少因天气变化而进行的手动调节。
监测不应替代实地检查。设备和环境的状况及使用情况也应定期检查,因为传感器可能会出现读数错误、漂移或故障。
开放式通风口可能无法为温室提供足够的空气流通。通风口位置不当、空气流动不足、阳光直射过强或冷却不足都可能导致温度过高。在确定通风口是否足够之前,请检查有效通风口面积与地面面积之比是否符合 15%–20% 的设计基准值,确认迎风侧进气口与屋脊出气口相匹配,并扣除 10%–20%(如果是细网则需扣除更多)的防虫网面积。
夏季高峰期制冷通常设计为每小时换气40-60次,冬季湿度控制的最低换气量约为每小时1次。如果在炎热天气下,房屋的实际换气量远低于上述最低值,则通风能力或通风分布才是限制因素,而非制冷设备本身。
遮阳可以减少太阳辐射热量的吸收,但通常需要配合通风和气流管理。过度遮阳会减少作物可利用的光照。如果既需要降温又需要冬季保温,可移动的反射屏是更好的选择,因为这种反射屏比同等大小的黑色屏风能使温室温度降低 4-8°C,而且在夜间关闭时还能回收 30%-50% 的供暖能量。
湿式喷播系统设计用于达到湿球温度差的70%至80%。在系统整体效率约为80%的情况下,实际温降约为9华氏度(5摄氏度),送风温度通常比环境温度低10至20华氏度。如果喷播效率显著降低,通常是由于湿润不足、喷播风速过高或空气绕过喷播面造成的。
每平方英尺地面面积使用约 2 CFM 的风机风量,约合每平方米 0.6 立方米/分钟,风机布置应使空气在顶篷内形成连续循环,而非在孤立的区域内流动。这与产生空气交换率的排气扇是分开的,并且是额外的。
在所有通风口打开的情况下,同时记录多个跨度内屋檐高度、树冠高度和地面高度的温度和湿度。如果整个跨度的温度和湿度变化趋势与室外条件一致,则表明存在通风或负荷问题。如果屋檐高度读数正常,但树冠高度处持续存在温暖区域,则表明存在空气循环和分配问题。
温室过热通常是多种因素共同作用的结果,而非单一故障所致。企业在进行重大改造之前,应评估通风、太阳辐射热量、气流、制冷能力和控制设置等因素。
对照已发布的设计值进行检查,可以将评估结果转化为可量化的指标:15%–20% 的有效通风面积(通风口与地面面积之比)、高峰时段每小时 40–60 次换气、10%–20% 的遮光网损耗、每平方英尺循环能力约 2 CFM 的风量,以及 70%–80% 的湿帘效率(可使温度降低约 9 华氏度)。温室目前不符合上述任何一项指标,都应优先进行改进。
选择合适的温室设计方案以及可靠的多跨温室制造商,可以从一开始就避免许多热管理问题。对于现有温室,系统性的检查和有针对性的升级改造,可以创造更稳定的环境,同时避免不必要的设备和运营成本。