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农业生物环境工程习题
作业
(1)-201309
96m(共10跨,跨度为9.6m,每跨3个屋顶),
1、某文洛型连栋玻璃温室,东西向
南北向40m,天沟高度3.6m,屋脊高4.4m,室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
-9C的情况下,室能够维持多高的气温。
现如果改种植花卉,要求夜间室气温不低于18C,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6.2W/(m2)。
)
解:
1、温室面积及室容积
地面面积:
As=长X宽=96X40=3840m
山墙面积:
2X96X[3.6+0.5X(4.4-3.6)]=768m
侧墙面积:
2X40X3.6=288m2
103240(4.43.6)2
2
4293.3m
室容积:
768X40=30720m3
2、覆盖材料传热:
QwjKjAgj(tito)
j
=[6.2X(768+288)+3.4X4293.3]X(18+9+3)
=634332.6W
3、地中传热:
QfKjAj(tit。
)
j
=[0.24X(96X40-76X20)+0.12X76X20]X(18+9+3)
=22176W
4、冷风渗透耗热量Qv
11530720
冷风渗透量(换气次数为1次/h)LnV12.8m3/s
36003600
空气密度353(ti273)353(18273)1.22kg/m3
冷风渗透耗热量:
QvLaCp(tito)=13:
871X112'2^X61030050(1809+315=482526492/
⑤采暖热负荷
Qh=Qw+Qv+Qf=(634332.6+482534.4+22176=1140043W
2、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,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1500x1500mm单层木框窗14个,二面端墙上分别有1500x2700mm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,舍能维持的温度,如需维持20C的舍气温,需提供的供热量为多少?
(地区采暖室外计算温度为-2C。
)
解:
猪舍猪散失的热量:
Qs=250x9x仁2250W
墙面传热系数:
0.78+0.18+0.8=1.76W/(怦?
C)
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:
1X110%X{[(50.4x4-14x1.52)x1.76+14x1.52x3.00]x(20+2)}
=9532.4W
南墙传热:
1x77%x{[(50.4x4-14x1.52)x1.76+14x1.5214x1.52x3.00]x(20+2)}
=6672.7W
东西墙传热:
1x95%x2x{[(7.5x4-1.5x2.7)x1.76+1.5x2.7x2.8]x(20+2)}
=2383.1W
屋顶传热:
1x50.4x7.5x1.37x(20+2)=11392.9W
围护结构散热:
Qw=11392.9+2383.1+6672.7+9532.4=29981.1W
地中传热:
Qf心入(1t。
)
j
=[0.47x2x2x(7.5+50.4)+0.23x3.5x46.4]x(20+2)=3216.5W
11500
冷风渗透量(换气次数为1次/h)Ll0.42m3/s
36003600
空气密度353(ti273)353(20273)1.20kg/m3
冷风渗透耗热量:
QvLaCp(tito)=0:
4/1x11^§26103l(?
x0(20+2)1=5)420.24W
采暖热负荷:
QhQwQvQs=29981.1+11420.64-2250=39151.7W
单位面积的采暖负荷为:
39151.7/378=103.6W/m2
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30mx0.6m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5C,室气温为28C;
2室外风速vo=3.5m,温室外气温均为20C;
3室外风速vo=3.5m,室外气温为5C,室气温为28C。
(各通风口的流量系数均取为0.65。
)
(1.8-0.6)=36m2
2
解:
卷帘窗口面积Aa=30x
天窗面积Ab=3x30x0.6=54m
窗口高差h=5.4-(1.8+0.6)/2=4.2m
(1)
2(28-5)9.84.2“c3,
48.8m3/s
111
(28273)(——21——2——21——2)
i0.65360.6554
(2)
0.8-(-0.5)
-2222
0.65360.6554
(3)
L..La2Lf2.48.8277.7291.7m3/s
作业3:
习题31.华北某地区某密闭式鸡舍跨度为12m,长80m,舍净高2.5m。
考虑夏季通风降温的要求,拟采用湿帘一一纵向通风系统,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。
如按舍气温从进风口至排风口有3C左右的
温升,试计算在夏季(空调室外计算干球温度为34.8C,室外计算湿球温度tw=26.7C)
舍的平均气温(进风口与排风口气温平均值)为多少。
解:
空气流量:
LVA1.8122.53600194,400m3/h
3
室外空气密度a353(ta273)353304.81.16kg/m
假设选择型号为9FJ14.0的风机四台。
L2116542
风机处的压差pfa(——)—
(一)6.6Pa
A20.6524.6
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pL/Fp54/26.42.08m/s
湿帘处的压差
Pp
45Pa
降温效率
77%
室温度tbta
(ta
tw)
34.80.77(34.826.7)25.93C
室平均温度百
tb
3/2
27.43C
验算:
压差PPfPp456.651.6Pa
通风量L4484964193.985.6m3/h
1L
1.796m/s
室平均空气流速3600A
通过湿帘的风速pL/Fp2.04m/s
降温效率77%
用水量E0.46(tatb)L0.46(34.825.93)53.88219.84g/s791kg/h
供水量Es1.2E1.2791949.2kg/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,室平均温度为27.42C
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0.7X
1.3m。
试根据利用系数法计算采用荧光灯和LED光源二种案时,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)。
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30001m。
案2,每层采用400个LED,其中红色LED为300个,蓝色LED为100个,厂家提供的
每个LED的光通量,红色LED为20Im/个,蓝色LED为15Im/个。
(取维护系数k=0.75,利用系数U=0.8。
)
(思考题:
2种案按光照度来评价时,哪种案光照强度高?
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:
案1
光照度
EErEb3956.0989.04955.0lx
光有效辐射照度:
PARR
24E
24
3.956
2
94.944W?
m
PARB
24E
38.5
0.989
2
38.0756W?
m
PAR
PARR
PAR
b94.
2
938.1133W?
m
光合有效量子流密度:
PPEDR132E1323.956522.192umol?
m2s1
PPEDB132E1450.989143.405umol?
m2s1
PPEDPPEDRPPEDB522.2143.4667.6umol?
m2s1
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案,都是第二案好一些。
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,东西向5跨,每跨6.4m,南北向共6个开间,柱距4m。
温室檐口高度4m,屋脊高度4.8m。
室上部覆盖缀铝膜保温幕(67%铝膜,33%透明膜)。
要求夜间室气温不低于15C,试计算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(室环流式),该暖风
机额定热风量为3500m2/h,热风出口温度为75C。
试计算需配置多少台暖风机。
(冬季夜间室外计算气温为-12C,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、温室面积及室容积
山墙面积:
2X6X4X[4+0.5X(4.8-4)]=211.2m2
屋面面积:
o
温室体积:
V56.464(40.50.8)3379.2m
2、覆盖材料传热:
QwjKjAgj(tito)
j
=4.0X(211.2+256+827.2X(1-0.42))X(15+12+3)
=155328-41690.9=113637.1W
3、地中传热:
Qf心民山t。
)
j
=[0.24X(32X24-12X4)+0.12X12X4]X(15+12+3)
=5356.8W
4、冷风渗透耗热量Qv
冷风渗透量(换气次数为1次/h)
1
LnV
3600
13379.23
0.939m/s3600
空气密度
353(ti
i273)
353(15
3
273)1.24kg/m
冷风渗透耗热量:
QvL
aCp(ti
to)=0§391
x11.226<1088X(儔12+35))=359%49W
5、采暖热负荷
=196663.5-41690.9=154972.6W
Qh=Qw+Qv+Qf=15532+5356.8+35978.76、暖风机数量
n=154972.6/[3500/3600X1030X(353/348)X(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:
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=0.65X10-3g/(m2•s),Ps=0.1X10-3g/(m2•s),阴天
P=0.5X10-3g/(m2•s),Ps=0.06X10-3g/(m2•s)。
)
解:
换气2次/h,晴天情况下:
取n=2次/h,Co=0.6g/m3,P=0.65X10-3g/(m2•s)
fc=3.5,Ps=0.1X10-3g/(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+Gex=nV(Ci—Co)+3600As(fcP—Ps)
=2X7000X(2.20-0.6)+3600X1920X(4X0.00065-0.0001)=22400+17280=39680g/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:
2X39.1=78.2kg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=0.5X10-3g/(m2•s)fc=3.5,Ps=0.06X10-3g/(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)
=2X7000X(2.20-0.6)+3600X1920X(4X0.0005-0.00006)
=22400+13409.2=37809g/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:
2X39.1=78.2kg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+Gex=nV(Ci—Co)+3600As(fcP—Ps)
=1X7000X(2.20-0.6)+3600X1920X(4X0.00065-0.0001)
=11200+17280=28480g/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:
2X28.5=57.0kg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)
=1X7000X(2.20-0.6)+3600X1920X(4X0.0005-0.00006)
=11200+13409.2=26609g/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:
2X26.6=58.2kg其中漏失量所占比例为30.6%。
88
忙业:
试依ISp右4表&二的数托计算头猪荚便的丁£量,在此科情祝下・猪粪收集率仍於为HRT为1阳「日进料量20tn3.严气率仍然为0计算亠试求:
TS-设计容积及产气率"
解;查表得到母头育把猪毎天产主的
1200头猪亜便的TS量TS=1200x60=7200kg=Z2I屯
收集粪便的TS量TSb-80%*M=7,2*0.8=5.76吨
V-Q*HRT-20xl5=300fn3
产T潜力均:
5760X03=1728m3^d
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