湿帘-风机系统对钢结构大蚕房的温湿度调控特性＊

江卸清，陈伟国，祝正献，戎凤鸣，赵明珠，钱秋杰，戴建忠，杨一平

（1.浙江米赛丝绸有限公司，浙江 海宁 314408； 2.海宁市经济作物技术服务站，浙江 海宁 314400；3.浙江雅云生态农业有限公司，浙江 海宁 314407）

家蚕是一种变温动物，体温随环境温度而变化，大蚕期适宜饲育温度在23℃～25℃，如长时间在30℃以上的高温下饲养，会导致龄期经过缩短，食桑减少，蚕体虚弱，易诱发蚕病，影响蚕茧产质量［1］。江浙一带受亚热带季风气候影响，夏季高温，平均气温接近30℃，最高气温甚至超过35℃，比饲养适温高5℃甚至10℃，夏秋季气候不适宜养蚕，是近20年来夏蚕和早秋蚕饲养大幅减少或终止饲养的主要原因。随着规模化蚕桑基地的发展，为了提高桑园、蚕室和人员利用率，连续多批次养蚕是必然选择，因此，创造良好的养蚕条件，高温季节的蚕室降温是重要的环境控制技术。

湿帘-风机系统是目前农业设施中常用的一种降温方式，在温室种植、畜禽饲养等农业生产中得到广泛应用［2］。近年来，蚕室降温引进试用湿帘-风机系统［3，4］，但对于湿帘-风机与养蚕生产的匹配和合理使用等方面还缺乏相关试验研究。本文通过对钢结构大蚕房室在湿帘-风机系统不同工作状态时的室内外温湿度实测，根据室内温湿度的分布规律，结合大蚕饲养和上蔟营茧期间对温湿度的不同要求，为湿帘-风机系统的优化使用提供参考。

1 研究对象概况

1.1 地点与时间

本研究选择在浙江雅云生态农业有限公司钢结构大蚕房，安装有湿帘-风机系统。测试时间在2020年8月下旬至9月上旬高温季节进行。

1.2 蚕房结构

钢结构大蚕房东西长60 m，南北宽20 m，总面积1200 m2，屋檐高4 m，人字梁顶高5.5 m，室内无柱且贯通成一个大空间，屋顶及四周墙壁采用厚度为75 mm保温夹心彩钢板。

1.3 湿帘-风机

湿帘安装在大蚕房北墙，厚0.1 m，宽3.6 m，高1.0 m，湿帘底部离室内地面0.4 m安装，每幢大蚕房共9块湿帘，总面积32.4 m2。1220型负压风机安装在南墙，共9台，离地高0.3 m，风叶直径1.1 m，输入功率1.1 kw，额定风量37000 m3/h。

1.4 工作原理

开启风机将室内高温空气向室外排出，使室内产生负压；同时，湿帘表面淋水，室外热空气被风机产生的负压通过湿帘的孔隙吸入室内时，湿帘表面水分蒸发而吸收通过湿帘空气的热量，使之降温后进入室内，与室内空气混合而降低气温，又经风机排出室外，如此循环往复，达到降温的目的［5］。因此，在使用湿帘-风机系统降温时，必须关闭门窗。

2 测试仪器和方法

2.1 测试仪器

RC-5 U盘温度记录仪（江苏省精创电气股份有限公司），测温范围-30℃～70℃，测温精度±0.5℃，任意设置间隔10s以上自动记录一次。

GT8907数字式多功能风速仪（深圳市聚茂源科技有限公司），风速测量范围0.0～45.0 m/s，测量精度±3%±0.1 m/s；风温测量范围0～45 ℃，测温精度±1℃；湿度测量范围10%HR～90%HR，测量精度±5%。

2.2 检测方法

2.2.1 室内外日气温相关性

钢结构大蚕房关闭门窗，湿帘-风机系统不工作，检测比较室内外气温日变化情况。沿大蚕房东西长轴方向各1/3处设3个室内水平检测点，北墙外无太阳光直射处设1个室外检测点，将RC-5 U盘温度记录仪分别挂置于各检测点，离地高1 m。垂直检测点设在大蚕房正中心位置，离地高2 m、1 m和0.1 m，室外检测点不变。RC-5 U盘温度记录仪设置每10分钟自动记录1次数据，水平检测和垂直检测均不少于24 h，以比较自然状态下室内水平和垂直位置与室外气温的日变化规律。

2.2.2 湿帘-风机对日气温变化的调控作用

根据2.2.1检测结果，选择在高温时段（9∶00～18∶00）9组湿帘-风机全部开启，比较室内外气温变化，方法同2.2.1垂直检测。

2.2.3 湿帘-风机对气流方向小气候的影响

钢结构大蚕房9组湿帘-风机全部开启，用GT8907数字式多功能风速仪检测温度、湿度和风速，检测点按气流方向设离湿帘1 m、南北向中间、离风机1 m，均在离地高1 m处检测。

2.2.4 湿帘-风机不同开启状态对室内温湿度的调节作用

检测时，钢结构大蚕房不养蚕，地面无障碍物，上部空间挂有方格蔟。湿帘-风机开启组合设：风机全开湿帘不开、风机全开湿帘开2/3、风机和湿帘开全，检测点设置在室内正中心位置离地高2 m、1 m、0.1 m，以室外离地高1 m为对照，在10∶00、12∶00和14∶00检测温度、湿度。

2.2.5 养蚕和上蔟期间温湿度实测

在5龄第三天和上蔟第二天时，根据当时环境温湿度确定湿帘-风机是否开启，在8∶00、12∶00和16∶00检测温度、湿度，检测点设置同2.2.4。

3 结果与分析

3.1 自然状态下室内外气温日变化规律

从图1、图2可看出，钢结构大蚕房室内外气温日变化趋势一致，但室外气温波动幅度明显大于室内，白天室外气温高于室内气温，夜间室外气温低于室内气温，表明钢结构大蚕房隔热保温性能良好。

图1，室外最高气温35.5 ℃出现在13∶00～14∶00，比室内最高气温33.8℃高出1.7℃；室外最低气温25.3℃出现在凌晨4∶00，比室内最低气温28.7℃低3.6℃；室外日温差10.2℃，室内日温差5.1℃；大蚕房东、中、西3个不同位置日平均气温相差0.1℃，表明大蚕房内水平温度较均匀。

图2，室外最高气温36.0℃出现在13∶00，室内2 m、1 m和0.1 m高处最高气温为34.2℃、33.9℃和32.9℃，分别比室外低1.8℃、2.1℃和3.1℃，离地2 m比0.1 m高出1.3℃；室外最低气温26.1℃出现在凌晨5∶00，室内2 m、1 m和0.1 m高处最低气温为29.0℃、28.8℃和28.6℃，分别比室外高2.9℃、2.7℃和2.5℃；室外日平均气温30.5℃，室内2 m、1 m、0.1 m高处日平均气温为31.1℃、30.8℃和30.5℃，即每高1 m平均气温上升0.3℃，表明在自然状态下室内气温的垂直温差较大。

3.2 湿帘-风机对日气温的调节效果

图3为9∶00～18∶00湿帘-风机全部开启的降温效果，室外最高气温36.1℃出现在13∶00，室内2 m、1 m、0.1 m高处最高气温为32.4℃、30.6℃和29.7℃，分别比室外低3.7℃、5.5℃和6.4℃，高度越低降温幅度越大，符合冷空气下沉的特点，2 m、1 m高处比0.1 m高处气温分别高出2.7℃和0.9℃；室外日温差10.6℃，室内2 m、1 m、0.1 m的日温差分别为3.4℃、1.8℃和1.2℃，高度越低日夜温差越小。可见在高温时段开启湿帘-风机的降温效果非常明显，且平衡了日夜温差。

3.3 湿帘-风机产生的气流方向小气候分布特性

室内气流因风机产生的负压从湿帘端向风机端运动，分布规律表现为湿帘端风速最小、气温最高、相对湿度最低，风机端风速最大、气温最低、相对湿度最高（图4）。两端气温相差0.7℃，湿度相差2.1个百分点，湿帘端风速0.45 s/m，风机端风速0.76 s/m，差异较大。在养蚕生产中应注意分布规律可能产生的发育不齐现象。

3.4 湿帘-风机不同开启状态的降温效果

图5为大蚕房9台风机全部开启，湿帘不喷水，从上午10∶00到下午14∶00，室内气温与室外气温均呈上升趋势，室内外气温差异不明显，表明仅开风机通风状态下的降温效果不佳。

图6为大蚕房9台风机全部开启，均匀间隔6块湿帘喷水，另3块湿帘不喷水，室内气温明显低于室外气温，离地面越低降温效果越明显，下午14∶00离地高0.1 m气温比室外气温低4.5℃。

图7为大蚕房9台风机全部开启，9块湿帘全部喷水，三个时段室内气温下降幅度均大于2/3湿帘喷水（图6），下午14∶00离地高0.1 m气温比室外气温低6.1℃，表明湿帘-风机系统全部开启有明显的降温效果。

需要说明的是，大蚕房屋顶安装9只无动力通风器，开启湿帘-风机系统时从屋顶通风器吸入大量热空气，可能削弱湿帘-风机系统的降温效果。

3.5 湿帘-风机不同开启状态对湿度的影响

图8为大蚕房9台风机全部开启，湿帘不喷水，从上午10∶00到下午14∶00，室内空气相对湿度逐渐下降，但与室外空气相对湿度无明显差异。

图9为大蚕房9台风机全部开启，均匀间隔6块湿帘喷水，另3块湿帘不喷水，室内空气相对湿度明显高于室外空气相对湿度，且离地越低空气相对湿度越高。下午14∶00室外空气相对湿度49.8%，远低于5龄期空气相对湿度65%～70%的适宜范围，易导致桑叶快速干瘪，而室内离地0.1 m的空气相对湿度70.4%，有利于桑叶保鲜。

图10为大蚕房9台风机全部开启，9块湿帘全部喷水，室内空气相对湿度的上升趋势比图9更加明显，下午14∶00室内离地0.1 m的空气相对湿度76.4%，超过了养蚕适宜范围。

结合图5～图7、图8～图10可看出，只开风机不开湿帘对室内气温和空气相对湿度的影响都很小，湿帘全部开启的降温增湿效果优于湿帘部分开启，即湿帘-风机系统在降温的同时必然产生增湿效果。

3.6 养蚕环境中温湿度实测

钢结构大蚕房饲养5龄蚕第三天时湿帘-风机全部开启，室内气温显著低于室外气温，见图11，下午12∶00和16∶00离地0.1 m的气温为28.5℃、28.4℃，分别比室外气温低4.4℃、3.1℃；但相应的室内空气相对湿度也高于室外，见图12，下午12∶00和16∶00离地0.1 m的空气相对湿度为77.6%、80.5%，超过5龄期适宜范围。

3.7 上蔟营茧环境中温湿度实测

钢结构大蚕房上蔟第二天时不开启湿帘-风机，仅开门窗自然通风时的室内外温湿度见图13、图14。上午8∶00室内外气温均低于28℃，下午12∶00和16∶00室内外气温上升到33℃左右，室内各点温度均略低于室外温度；相反，室内空气相对湿度均高于室外，这是因为熟蚕在营茧前排出大量水分使空气相对湿度上升，下午12∶00和16∶00离地0.1 m空气相对湿度72.9%、70.4%，分别比室外高22.6和20.6个百分点，表明在自然通风状态下室内湿空气排出效果较差，需要通过风机强制通风排湿降温。

4 结论与讨论

通过对钢结构大蚕房使用湿帘-风机系统的测试结果表明，降温效果良好，室外气温36℃时，室内气温可下降到约30℃；但同时，室内空气相对湿度上升到76.4%，甚至80%以上，高于适宜湿度范围。由于风机产生较强的定向气流，室内小气候顺气流方向的分布规律表现为：湿帘端风速小、气温高、相对湿度低，风机端风速大、气温低、相对湿度高，其中两端气温相差0.7℃；垂直方向气温相差较大，2 m、1 m高处比0.1 m处最高气温分别高出2.7℃和0.9℃，其原因既与冷空气下沉的特点有关，也受到湿帘-风机的安装高度和上层空间方格蔟遮挡的影响。湿帘开启与否或开启数量是影响湿帘-风机系统降温效果和湿度增加的主要因素，由于大蚕房在养蚕期间和上蔟营茧时的温湿度要求不同，宜根据湿帘和风机的作用特点组合使用，如5龄期以微气流通风、桑叶保湿为目标，可保持少量风机常开，白天开启部分湿帘降温，下午高温时段增加风机和湿帘开启数量；上蔟营茧阶段要求微气流通风、空气湿度偏低为宜，此时应关闭湿帘，只开风机。通过对养蚕和上蔟期间的环境温湿度实测表明，简单的开启或关闭湿帘-风机系统不能很好调控室内温湿度，有条件配备蚕室智能控制系统的，可以设置温度和湿度的上限、下限参数，自动控制湿帘和风机的开启，并且通过不同开启组合，实现蚕室环境温湿度的合理调控。

湿帘-风机系统的工作原理与空调完全不同，其特点是降温的同时必然增湿，因而适用性受到一定限制。使用空调降温虽然效果更好，但前期投资和使用成本是湿帘-风机系统的10倍和3.5倍［3］，在小蚕室使用可以承受［6］。而大蚕期极大的饲养空间，选择有一定降温作用的湿帘-风机系统，既缓解了高温季节养蚕难题，而且投入产出比更高，具有良好的推广应用价值。

夏秋高温季节使用湿帘-风机系统降温外，与遮阳、通风等其他降温方式组合使用，在提高降温效果的同时降低运行成本［3,7］。遮阳网是蚕室防高温的常用方法，尤其是东西朝向的蚕室下午温度明显偏高，遮阳网可阻挡阳光直射带来的热量。无动力屋顶通风器是依靠热空气上升的原理加速排热，不需要消耗电能，但与湿帘-风机系统安装在同一蚕室的，须注意两者的协调，湿帘-风机系统开启时，最好能关闭通风器风口，迫使更多空气通过湿帘进入室内，达到更好的降温效果。