本文是“十一五”国家科技支撑计划重大项目子课题“充分利用自然能的新风除湿通风装置的研究(2006BAJ01A02-04-04)”的部分研究内容。根据南方地区室外气象数据和建筑室内通风要求,分析了空气除湿的必要性。根据室内空气舒适区范围,以含湿量作为空气是否需要除湿的判断参数。以室外空气含湿量大于舒适区的最大含湿量为标准,衡量全年新风需除湿时间的累计时间,新风除湿耗能占新风处理总耗能的比例很大。在能源匮乏的今天,寻找并利用自然能进行空气除湿是很有意义的。为此,本文区别于以往利用物理化学变化规律的除湿技术,提出利用植物生理机能进行空气除湿的设想。本文从植物的空气吸湿器官—气生根的生物生理生态特性研究入手,从理论上分析气生根空气除湿的原理和除湿可行性,气生根吸湿的条件以及影响因素,建立气生根空气除湿系统和空气除湿模型,实验测试显示气生根具有空气除湿效果,为开发气生根除湿技术奠定基础。植物体各个器官的功能与其生长环境、器官结构和生理特性等因素密不可分。本文首先分析了几种具气生根的植物及其生长环境、气生根的外观形态、内部解剖结构和主要的生理生态功能。根据气生根解剖结构和生理功能分析得出气生根是具有吸湿和蒸腾双功能的器官,吸湿是其主要功能。吸湿时是类似地生根的吸收水分,水分从空气中进入气生根内部;蒸腾时是水分从气生根进入空气中。论文以水势的概念分析了水分从空气—气生根—枝干—叶—大气水分迁移的动力和条件。根据水势差重点分析水分从空气中进入气生根内部所需要的条件,提出气生根的空气吸湿机理。结合植物生长空间特性的分析提出气生根除湿工程学原理,得出空气相对湿度接近饱和状态,新生气生根才具有连续的空气吸湿作用,提出气生根进行空气除湿是可行的观点。植物是个有机的整体,各个器官之间是相辅相成、密不可分的。根据所提出的气生根除湿原理和植物体内水分循环分析影响气生根空气吸湿的各个因素,为加强气生根吸湿能力提供理论支撑。以小叶榕气生根为研究对象,根据影响气生根生长及吸湿的因素设计实验,测试气生根与空气之间水汽交换的特征,实验结果表明小叶榕不同年龄的气生根呈现出不同的水汽交换特征,即低相对湿度的空气使得幼嫩气生根蒸散水份,老化气生根具有不连续的吸湿作用;通过分析环境因子(气生根所处的空气环境)对气生根与外界空气的H2O交换量的影响,得出空气相对湿度是影响气生根吸湿或者蒸腾作用的主要因素,并建立具体函数关系式,证明空气相对湿度在90%以上,空气水势高于幼嫩气生根表皮细胞水势时,新生气生根才具有空气吸湿作用。间接证明气生根空气吸湿是有条件的,需要高空气相对湿度和水势。鉴于理论和实验都得出:气生根要从空气中吸湿,气生根周围空气的水势要足够大,当空气水势不足时,本文设计一种用于气生根吸湿的空气前处理装置,为气生根吸湿创造条件。该装置是利用土壤的冷量预冷空气,提高空气的相对湿度,增加气生根周围空气的水势,而空气温度又在植物气生根生存的范围内,使气生根周围与冠层上部空气的水势差增大,使得水分可以从气生根向叶片端迁移。装置的核心是一土壤-空气换热器,建立了土壤与空气的传热传质模型,分析了装置的空气处理能力;搭建气生根除湿用空气前处理装置试验台,进行实验测试,验证了所建立模型的正确性。本论文论证了气生根除湿的可行性并构建了气生根空气除湿系统,系统分为两部分:气生根除湿空气前处理装置和气生根空气除湿部分,提出了系统的工作原理和调控策略。设计制作气生根空气吸湿实验系统,系统分为两部分:空气加湿装置和气生根除湿装置及测量装置。空气加湿装置产生高相对湿度的空气,送入装有整束气生根的气生根除湿量测量装置,测试空气的含湿量的变化,得出气生根吸湿量随空气温度、相对湿度变化情况及全天变化情况,用实验证明气生根空气除湿可行性,并分析空气温湿度对除湿量的影响。建立气生根空气除湿装置的数学模型。该数学模型是在气生根除湿原理和除湿量影响基础上,结合地生根土壤吸水的模型,考虑了影响气生根除湿的空气条件(空气的温度、相对湿度)、气生根本身因素(根长密度)以及整株植物的水分代谢因素(蒸腾作用)等。该模型是建立在实验和理论基础上的半理论半经验模型。利用实验所得的气生根空气除湿量和实测的植物的蒸腾速率来求解植物气生根的空气吸湿量。本论文为开发气生根除湿技术与装置奠定了一定的基础。