农业生物环境工程习题

作业（1）-201309

1、 山东济南某文洛型连栋玻璃温室，东西方向96m(共10跨，跨度为9.6m，每跨3个屋顶)，南北方向40m，天沟高度3.6m，屋脊高4.4m，室内上部覆盖缀铝膜保温幕。原计划种植喜温的果菜类蔬菜，设计配置的采暖系统供暖量为500kW，试计算在冬季夜间室外计算气温-9℃的情况下，室内能够维持多高的气温。现如果改种植花卉，要求夜间室内气温不低于18℃，试计算其冬季采暖热负荷应为多少？（冷风渗透产生的换气次数为1.5次/h，屋面传热系数为3.4W/(m2·℃)，侧墙和山墙传热系数为6.2 W/(m2·℃)。） 解：

1、温室面积及室内容积

地面面积: As = 长×宽 = 96×40= 3840 m2 山墙面积:2×96×[3.6 +0.5×(4.4-3.6)]=768 m2 侧墙面积: 2×40×3.6 =288 m2 屋面面积:

10?3?2?40?(4.4?3.6)2?(9.6/3/2)2?4293.3 m2 室内容积: 768×40=30720 m3 2、覆盖材料传热:

Qwj??KjAgj(ti?to)

j=[6.2×(768+288 )+3.4×4293.3]×(18+9+3) =634332.6 W

3、地中传热: Qf?

?KjsjAsj(ti?to)

=[0.24×(96×40-76×20)+0.12×76×20]×(18+9+3) =22176 W

4、冷风渗透耗热量Qv 冷风渗透量(换气次数为1次/h)L?11.5?30720nV??12.8m3/s 360036003空气密度???353?(ti?273)?353?(18?273)?1.22kg/m

冷风渗透耗热量：⑤采暖热负荷

Qv?L?acp(ti?to)?3.71?1.226?1030?(12?15)?126492=12.8×1.22×1030×（18+9+3）=482534.4 W

Qh= Qw+Qv+Qf = (634332.6 +482534.4 +22176 =1140043 W 单位面积的采暖负荷为： 1140043 /3840 = 296.9W/m2 1

2、武汉地区某有窗式仔猪舍，采用砖混结构，平屋顶。跨度为7.5m，长度50.4m，檐口高度4m。四面墙体（原为南北侧墙）为240mm厚砖墙，内层为3.5cm厚水泥膨胀珍珠岩，外面20mm厚水泥砂浆抹灰，每侧墙上开设有1500×1500mm单层木框窗14个，二面端墙上分别有1500×2700mm单层木门各一扇。屋面为200厚加气混凝土板，板上为二毡三油防水层。舍内饲养仔猪250头（9kg/头），冬季采用1500m3/h的通风量。试计算在无采暖情况下，舍内能维持的温度，如需维持20℃的舍内气温，需提供的供热量为多少？（武汉地区采暖室外计算温度为-2℃。） 解：

猪舍猪散失的热量：Qs=250×9×1=2250 W 墙面传热系数：0.78+0.18+0.8=1.76W/（㎡?℃） 窗传热系数：3.00 门传热系数：2.8w/(k.m2) 北面修正0~10%

东西修正-5%

南面修正-15~-30%

北墙传热：1×110%×｛[(50.4×4-14×1.52)×1.76+14×1.52×3.00]×(20+2)｝ =9532.4 W

南墙传热：1×77%×｛[(50.4×4-14×1.52)×1.76+14×1.5214×1.52×3.00]×(20+2)｝

=6672.7 W

东西墙传热：1×95%×2×｛[(7.5×4-1.5×2.7)×1.76+1.5×2.7×2.8]×(20+2)｝

=2383.1 W

屋顶传热：1×50.4×7.5×1.37×(20+2)=11392.9 W

围护结构散热:Qw=11392.9+2383.1+6672.7 +9532.4=29981.1 W 地中传热： Qf??KjsjAsj(ti?to)

=[0.47×2×2×(7.5+50.4)+0.23×3.5×46.4]×(20+2) =3216.5 W 冷风渗透量(换气次数为1次/h)L?11500l??0.42m3/s 360036003空气密度???353?(ti?273)?353?(20?273)?1.20kg/m

冷风渗透耗热量：采暖热负荷：

Qv?L?acp(ti?to)?3.71?1.226?1030?(12?15)?126492=0.42×1.20×1030×（20+2）=11420.64 W

=29981.1+11420.64 -2250=39151.7 W

Qh?Qw?Qv?Qs单位面积的采暖负荷为： 39151.7 /378 = 103.6 W/m2

2

作业二. 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。）

解：卷帘窗口面积Aa=30×（1.8-0.6）=36m2

天窗面积 Ab=3×30×0.6=54m2 窗口高差 h=5.4-（1.8+0.6）/2=4.2m （1）

La??aAava??aAa2(Ti?To)gh2(Ti?To)gh? 22??aAa??11????Ti??1T?i?2222???2A2??bb???aAa?bAb?

?2?(28-5)?9.8?4.2 ?48.8 m3/s11(28?273)?(?)0.652?3620.652?542（2）

Lf?La?Lb?voCa?Cb 11?22?a2Aa2?bAb0.8-(-0.5) ?77.7m3/s

?3.5? 11?0.652?3620.652?54222（3）

L?La?Lf?48.82?77.72?91.7m3/s

作业3：

习题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，拟采用湿帘——纵向通风系统，在鸡舍一端安装风机，另一端安装湿帘。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帘—风机降温系统，选配风机、湿帘和供水量。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℃） 3

舍内的平均气温（进风口与排风口气温平均值）为多少。

解：空气流量：L?V?A?1.8?12?2.5?3600?194,400m/h

3室外空气密度?a?353?(ta?273)?353?304.8?1.16kg/m

3假设选择型号为9FJ14.0的风机四台。 风机处的压差?pf??aL21.1654)??()2?6.6Pa

2?A20.65?24.6(假设选择湿帘厚度为125mm，高度为2.2m，宽度为12m 通过湿帘的风速?p?L/Fp?54/26.4?2.08m/s 湿帘处的压差?pp?45Pa 降温效率??77%

室内温度tb?ta??(ta?tw)?34.8?0.77?(34.8?26.7)?25.93℃ 室内平均温度tb?tb?3/2?27.43℃ 验算：

压差?P??Pf??Pp?45?6.6?51.6Pa 通风量L?4?48496.4?193.985.6m3/h

??1L?1.796m/s室内平均空气流速 3600A通过湿帘的风速?p?L/Fp?2.04m/s

降温效率??77%

用水量E?0.46(ta?tb)L ?0.46?(34.8?25.93)?53.88?219.84g/s?791kg/h 供水量Es?1.2E?1.2?791?949.2kg/h 假设基本合理

所以选择四台型号为9FJ14.0的风机，厚度为125mm，高度为2.2m，宽度为12m的湿帘，每小时供应949.2kg/h时，室内平均温度为27.42℃ 作业4：

习题17 、某植物育苗工厂采用完全人工光源提供光照，其每层育苗架平面尺寸为0.7×1.3m。试根据利用系数法计算采用荧光灯和LED光源二种方案时，在育苗架平面上可以达到的光照强度（包括光照度，光合有效辐射照度PAR、光合有效光量子流密度PPFD）。 方案1，每层采用6支40W荧光灯，厂家提供的每支荧光灯的光通量为3000lm。 方案2，每层采用400个LED，其中红色LED为300个，蓝色LED为100个，厂家提供

4

的每个LED的光通量，红色LED为20 lm/个，蓝色LED为15 lm/个。 （取维护系数k = 0.75，利用系数U=0.8。）

（思考题：2种方案按光照度来评价时，哪种方案光照强度高？按光合有效光量子流密度（PPFD）或光合有效辐射照度（PAR）来评价时，又是哪种方案光照强度高？按不同度量单位评价的结果是否一致？为什么？） 解：

方案1 光照度：E?kUnΦ0.75?0.8?6?3000? ?1186.8 lx A0.7?1.3光有效辐射照度：PAR?4E?4?1186.8?4.7472W?m2

光合有效光量子流密度PPED?18E?18?1.1868?21.3624umol?m?2s?1

方案2 光照度

ER?

kUnΦ0.75?0.8?300?20? ?3956.0 lxA0.7?1.3kUnΦ0.75?0.8?100?15EB?? ?989.0 lx

A0.7?1.3E?ER?EB?3956.0?989.0?4955 .0 lx

PARR?24E?24?3.956?94.944W?m2 PARB?24E?38.5?0.989?38.0756W?m2 PAR?PARR?PARB?94.9?38.1?133W?m2

光有效辐射照度：

光合有效量子流密度：

PPEDR?132E?132?3.956?522.192umol?m?2s?1 PPEDB?132E?145?0.989?143.405umol?m?2s?1

PPED?PPEDR?PPEDB?522.2?143.4?667.6umol?m?2s?1

通过光照度、光有效辐射照度、光合有效量子流密度不同角度评价两方案，都是第二方案好一些。

作业5、北京地区某采用8mm聚碳酸酯（PC）双层中空板的连栋温室，东西方向5跨，每跨6.4m，南北方向共6个开间，柱距4m。温室檐口高度4m，屋脊高度4.8m。室内上部覆盖缀铝膜保温幕（67%铝膜，33%透明膜）。要求夜间室内气温不低于15℃，试计算

5

夜间温室密闭管理情况下的冬季采暖热负荷。如果采用某燃油暖风机供暖（室内环流方式），该暖风机额定热风量为3500m2/h，热风出口温度为75℃。试计算需配置多少台暖风机。（冬季夜间室外计算气温为-12℃，冷风渗透产生的换气次数为1.0次/h。）

补充习题 试确定玻璃温室采用以下保温幕时的传热系数。 ①采用缀铝膜保温幕（75%铝膜, 25%透明膜），②采用缀铝膜（25%铝膜, 75%透明膜）与PE薄膜双层保温幕。 解：

1、温室面积及室内容积

地面面积: As = 长×宽 = 5×6.4×6×4= 768m2

山墙面积:2×6×4×[4+0.5×(4.8-4)]=211.2 m2 侧墙面积: 2×5×6.4×4 =256 m2 屋面面积:

温室体积：V?5?6.4?6?4?(4?0.5?0.8)?3379.2m3 2、覆盖材料传热: Qwj?KjAgj(ti?to)

2?6?5?6.4?(4.8?4)2?(4/2)2j??827.2 m2=4.0×(211.2+256+827.2×（1-0.42）)×(15+12+3)

=155328-41690.9=113637.1W

3、地中传热: Qf?

?KjsjAsj(ti?to)

=[0.24×(32×24-12×4)+0.12×12×4]×(15+12+3) =5356.8 W

4、冷风渗透耗热量Qv

冷风渗透量(换气次数为1次/h)L?11?3379.2nV??0.939m3/s 36003600空气密度???353?(ti?273)?353?(15?273)?1.24kg/m3 冷风渗透耗热量：5、采暖热负荷

Qh= Qw+Qv+Qf = 15532 +5356.8 +35978.7 =196663.5-41690.9=154972.6W

Qv?L?acp(ti?to)?3.71?1.226?1030?(12?15)?126492=0.939×1.24×1030×（15+12+3）=35978.7 W

6、暖风机数量

n=154972.6 /[3500/3600×1030×(353/348)×(75-15)]=154972.6 /60946.6=2.5（台） 通过计算，应该为温室大棚安装3台该型号暖风机。 补充题计算：

6

同理计算的（1）计算得n=2.51台，（2）计算得n=2.67台（3）计算得n=2.34台。综合以上计算得，所有材料都需要安装3台该型号暖风机

作业7. 某栽培果菜的连栋温室，面积1920m2，室内容积7000m3，越冬生产中采用CO2施肥的措施以增加产量。确定每天施肥时间为上午9时~11时，室内CO2浓度晴天控制在1200mL/L，阴天控制在600mL/L，根据温室的密闭性情况，估计其换气次数为2次/h，试分别计算晴天和阴天CO2施用的流量，以及每天的CO2气源消耗量，其中因为温室密闭不严漏失的CO2占多大比例？如果温室采取加强密闭的措施，将换气次数降低为1次/h，则晴天和阴天的施用流量，每天消耗量，以及漏失量所占比例又各是多少？（取Co=0.6g/m3，fc =3.5，晴天P=0.65×10-3g/(m2·s)，Ps=0.1×10-3g/(m2·s)，阴天P=0.5×10-3g/(m2·s)，Ps=0.06×10-3g/(m2·s)。） 解：

换气2次/h，晴天情况下：

取n=2次/h，Co=0.6g/m3，P= 0.65×10-3g/(m2·s) fc = 3.5，Ps=0.1×10-3g/(m2·s)

Ci = 1200/546 = 2.20g/m3

Gch 表示换气消耗的CO2量。Gcx 表示植物消耗的CO2量 Gc =Gch +Gcx = nV(Ci－Co)+3600As(fcP－Ps)

= 2×7000×(2.20-0.6)+3600×1920×(4×0.00065-0.0001) = 22400 + 17280 = 39680 g/h = 39.7kg/h

每天施用时间为2小时，则每天的CO2气源消耗量为：

2×39.1= 78.2 kg其中漏失量所占比例为57.2%。 换气2次/h，阴天情况下

取n=2次/h，Co=0.6g/m3，P= 0.5×10-3g/(m2·s) fc = 3.5，Ps=0.06×10-3g/(m2·s)

Ci = 1200/546 = 2.20g/m3

Gch 表示换气消耗的CO2量。Gcx 表示植物消耗的CO2量 Gc =Gch +Gcx = nV(Ci－Co)+3600As(fcP－Ps)

= 2×7000×(2.20-0.6)+3600×1920×(4×0.0005-0.00006) = 22400 + 13409.2 = 37809 g/h = 37.8kg/h

每天施用时间为2小时，则每天的CO2气源消耗量为：

2×39.1= 78.2 kg其中漏失量所占比例为59.2%。 换气1次/h，晴天情况下：

取n=2次/h，

Gc =Gch +Gcx = nV(Ci－Co)+3600As(fcP－Ps)

7

= 1×7000×(2.20-0.6)+3600×1920×(4×0.00065-0.0001) = 11200 + 17280 = 28480 g/h = 28.5kg/h

每天施用时间为2小时，则每天的CO2气源消耗量为：

2×28.5= 57.0 kg其中漏失量所占比例为39.3%。 换气1次/h，阴天情况下

取n=2次/h，

Gc =Gch +Gcx = nV(Ci－Co)+3600As(fcP－Ps)

= 1×7000×(2.20-0.6)+3600×1920×(4×0.0005-0.00006) = 11200 + 13409.2 = 26609 g/h = 26.6kg/h

每天施用时间为2小时，则每天的CO2气源消耗量为：

2×26.6= 58.2 kg其中漏失量所占比例为30.6%。 88

8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lrpo.html