集裝箱植物工廠新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用_周增產(chǎn).pdf

第 11 卷 第 4 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 Vol 11 No 4 2021 年 4 月 Agricultural Engineering Apr 2021 收稿日期 2020 12 18 修回日期 2020 02 04 作者簡介 周增產(chǎn) 教授級高級工程師 主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)研究 E mail zengchan sina com 在線投稿 www d1ae com 集裝箱植物工廠新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 周增產(chǎn) 1 2 3 董 微 1 3 張曉文 1 3 姚 濤 1 3 胡福生 1 3 封喜雷 1 3 1 北京市農(nóng)業(yè)機械研究所有限公司 北京 100096 2 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司 北京 100094 3 北京市植物工廠工程技術(shù)研究中心 北京 100094 摘 要 針對集裝箱植物工廠運行時內(nèi)部空氣無法自動過濾 溫濕度不均勻及無法滿足植物生產(chǎn)所需最適宜環(huán)境等現(xiàn) 狀 北京市農(nóng)業(yè)機械研究所有限公司進行了集裝箱植物工廠新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)設(shè)計 以解決集裝箱植物工廠內(nèi)環(huán)境 凈化難題 達到高效節(jié)能的目的 關(guān)鍵詞 集裝箱 植物工廠 新風(fēng)空調(diào) 一體化 中圖分類號 S316 文獻標識碼 A 文章編號 2095 1795 2021 04 0059 04 Design and Application of Fresh Air Conditioning Integrated System in Container Plant Factory ZHOU Zengchan 1 2 3 DONG Wei 1 3 ZHANG Xiaowen 1 3 YAO Tao 1 3 HU Fusheng 1 3 FENG Xilei 1 3 1 Beijing Agricultural Machinery Institute Co Ltd Beijing 100096 China 2 Beijing Kingpeng International Hi tech Corporation Beijing 100094 China 3 Beijing Plant Engineering Technology esearch Center Beijing 100094 China Abstract In view of current situation that internal air can not be automatically filtered temperature and humidity are uneven and can not meet the most suitable environment for plant production Beijing Agricultural Machinery esearch Institute Co Ltd has designed integrated system of fresh air and air conditioning in container plant factory to solve problem of environmental purification in container plant factory and achieve purpose of high efficiency and energy saving Keywords container plant factory fresh air conditioning integration 0 引言 集裝箱植物工廠采用封閉式環(huán)境 可為植物全生 長周期智能提供生長所需的光 溫 水 氣和肥 且 不受外界自然環(huán)境的影響 適用于任何地區(qū) 包括自 然條件極端惡劣的海島和沙漠 1 5 傳統(tǒng)的集裝箱植 物工廠沒有配置新風(fēng)系統(tǒng) 無法滿足箱體內(nèi)新風(fēng)量的 要求 6 7 隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對封閉環(huán)境的要求不斷提 高 如何實現(xiàn)集裝箱植物工廠內(nèi)空氣自動過濾 平衡 室內(nèi)溫濕度環(huán)境 同時達到寧靜運行 節(jié)能減排的效 果 已成為集裝箱植物工廠內(nèi)環(huán)境凈化亟待解決的問 題 8 10 本文介紹一種新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng) 適配于 集裝箱植物工廠內(nèi) 可完美解決集裝箱植物工廠內(nèi)環(huán) 境凈化難題 實現(xiàn)植物工廠內(nèi)溫濕度均勻 1 新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)組成 新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)由新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)組 成 新風(fēng)系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)協(xié)同調(diào)節(jié)集裝箱植物工廠內(nèi) 環(huán)境 新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)啟動運行后能夠快速高效 向集裝箱植物工廠內(nèi)輸送大量有氧新風(fēng) 同時快速排 出植物工廠內(nèi)污濁空氣 確保植物工廠內(nèi)空氣清潔 新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)在清潔集裝箱植物工廠內(nèi)空氣的 同時平衡了溫濕度環(huán)境 為作物打造良好生長空間 安全高效且節(jié)能環(huán)保 集裝箱植物工廠新風(fēng)空調(diào)一體 化系統(tǒng)示意如圖 1 所示 集裝箱植物工廠內(nèi)外景如圖 2 所示 2 新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計 新風(fēng)系統(tǒng)具有空氣凈化和高效節(jié)能的功能 包括 新風(fēng)機組 新風(fēng)入口 新風(fēng)出口 空氣凈化裝置 排 風(fēng)機組 排風(fēng)入口 排風(fēng)出口和熱交換芯體 用于新 風(fēng)換氣和空氣過濾 新風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3 所示 新風(fēng)系統(tǒng)工作時 集裝箱植物工廠內(nèi)外雙向換 氣 持續(xù)將室外新鮮空氣輸入到集裝箱內(nèi) 清新空氣 農(nóng)業(yè)工程 生物環(huán)境與能源 1 集裝箱門 2 空調(diào)風(fēng)道 3 栽培架 4 新風(fēng)系統(tǒng) 5 空調(diào)主機 6 新風(fēng)管道 圖 1 集裝箱植物工廠新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)示意 Fig 1 Schematic diagram of integrated system of fresh air and air conditioning in container plant factory 無限循環(huán)通過過濾器 濾除空氣中的灰塵及粉塵 室 內(nèi)排風(fēng)和新風(fēng)分別呈正交叉方式流經(jīng)換熱器芯體時 由于氣流分隔板兩側(cè)氣流存在溫差和蒸汽分壓差 兩 股氣流通過分隔板時呈現(xiàn)傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象 引起全熱交 換過程 氣體交換后通過新風(fēng)管道進入集裝箱植物工 廠內(nèi)或排到室外 夏季運行時 新風(fēng)從空調(diào)排風(fēng)獲得 冷量 使溫度降低 同時被空調(diào)風(fēng)干燥 使新風(fēng)含濕 圖 2 集裝箱植物工廠內(nèi)外景 Fig 2 Inside and outside of container plant factory 1 排風(fēng)出口 2 排風(fēng)機組 3 熱交換芯體 4 排風(fēng)入口 5 新 風(fēng)出口 6 新風(fēng)機組 7 空氣凈化裝置 8 新風(fēng)入口 圖 3 新風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Fig 3 Structure of fresh air system 06 周增產(chǎn) 等 集裝箱植物工廠新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 量降低 冬季運行時 新風(fēng)從空調(diào)室排風(fēng)獲得熱量 溫度升高 新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)風(fēng)量為 150 500 m 3 h 通 過換熱芯體的全熱換熱過程 讓新風(fēng)從空調(diào)排風(fēng)中回 收能量 同時調(diào)節(jié)集裝箱植物工廠內(nèi)溫度與濕度 平 衡作物生長環(huán)境 利用空氣凈化裝置 過濾從室外進 入的空氣 完成空氣潔凈的目的 3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 空調(diào)系統(tǒng)包括空調(diào)機組和風(fēng)道 用于溫度的調(diào) 節(jié) 空調(diào)機組冬季制熱 夏季制冷 通過風(fēng)道將適宜 溫度的空氣傳遞到集裝箱植物工廠內(nèi) 與新風(fēng)系統(tǒng)協(xié) 助調(diào)節(jié)種植內(nèi)環(huán)境 本系統(tǒng)采用冷暖兩用空調(diào) 制冷 劑是氟利昂 利用制冷劑氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時 釋放大量 的熱量 由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時 會吸收大量熱量的原 理調(diào)節(jié)溫度 4 試驗設(shè)計與方法 4 1 試驗設(shè)計 2020 年 11 月 19 日進行了集裝箱植物工廠室內(nèi) 外溫度 濕度測試試驗 測試時間為 9 00 17 00 溫濕度每隔 30 min 記錄測試數(shù)據(jù) 4 2 測試儀器 試驗采用 C 4HC 型溫濕度測量儀 數(shù)量 13 個 4 3 試驗方法 將集裝箱植物工廠內(nèi)一側(cè)栽培架分為 A B 和 C 共 3 個測試區(qū) 圖 4 每個區(qū)域垂直方向設(shè)置 4 個 溫濕度測試點 每個測試點距離燈管 20 cm 室外溫 濕度測試點應(yīng)選取背陰處 避免太陽光直射對測試數(shù) 據(jù)的影響 圖 4 溫濕度測點布置 Fig 4 Layout of temperature and humidity measuring points 5 結(jié)果與分析 5 1 溫度 各層溫度平均值對比如圖 5 所示 測試期間栽培 架上 A B C 試驗區(qū)同一水平方向上的 3 點溫差 0 1 5 A 區(qū)垂直方向溫差 1 1 2 8 B 區(qū)垂直方 向溫差 0 9 2 9 C 區(qū)垂直方向溫差 1 1 2 6 室外測點溫度 5 2 10 7 13 00 時 室外溫 度達到全天最高值 10 3 各層平均值達到最高值 此時集裝箱植物工廠內(nèi)栽培架上 A B C 試驗區(qū)同 一水平方向上的 3 點溫差 0 7 1 3 A 區(qū)垂直方 向溫差 2 8 B 區(qū)垂直方向溫差 2 9 C 區(qū)垂直 方向溫差 2 6 各區(qū)域垂直方向溫差達到最大值 測試期間 新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)一直處于制冷狀態(tài) 由此可見 新風(fēng)空調(diào)一體化系統(tǒng)具有良好的降溫均勻 性 明期集裝箱內(nèi)溫度總平均值 23 2 滿足集裝 箱植物工廠的設(shè)計要求 圖 5 各層溫度平均值對比 Fig 5 Comparison of average temperature of each layer 5 2 濕度 各層濕度平均值對比如圖 6 所示 測試期間栽培 架上 A B C 試驗區(qū)同一水平方向上的 3 點濕度差 1 9 18 3 A 區(qū)垂直方向濕度差 5 4 22 8 B 區(qū)垂直方向濕度差 6 0 17 1 C 區(qū) 垂直方向濕度差 4 4 15 5 室外測點濕度 33 3 60 6 17 00 時 室外濕度達到測試期間 最高值 60 6 此時栽培架上 A B C 試驗區(qū)同一 水平方向上的 3 點濕度差 1 8 14 0 A 區(qū)垂直 方向濕度差 8 9 B 區(qū)垂直方向濕度差 8 4 C 區(qū)垂直方向濕度差 14 9 明期集裝箱內(nèi)濕度總平 均值 57 4 滿足集裝箱植物工廠的設(shè)計要求 圖 6 各層濕度平均值對比 Fig 6 Comparison of average humidity of each layer 6 結(jié)論 測試期間栽培架上 A B C 試驗區(qū)同一水平方 16 農(nóng)業(yè)工程 生物環(huán)境與能源 向上的 3 點溫差 0 1 5 濕度差 1 9 18 3 A 區(qū)垂直方向溫差 1 1 2 8 濕度差 5 4 22 8 B 區(qū)垂直方向溫差 0 9 2 9 濕度差 6 0 17 1 C 區(qū)垂直方向溫差 1 1 2 6 濕 度差 4 4 15 5 明期集裝箱內(nèi)溫度總平均值 23 2 濕度總平 均值 57 4 滿足集裝箱植物工廠的設(shè)計要求 通 過集裝箱植物工廠運行試驗測試 其結(jié)果表明新風(fēng)一 體化系統(tǒng)具有基本保持集裝箱植物工廠內(nèi)部溫濕度恒 定 噪聲小 降溫速度快 節(jié)能等優(yōu)點 可在溫室工 程中廣泛應(yīng)用 參考文獻 1 楊飛 姚金曉 殷武平 等 淺談植物工廠在遠洋船舶上的應(yīng) 用前景 J 農(nóng)業(yè)科技管理 2016 35 3 69 71 78 YANG Fei YAO Jinxiao YIN Wuping et al Discussions on prospect about the application of plant factory in ocean going ships J Management of Agricultural Science and Technology 2016 35 3 69 71 78 2 賀冬仙 走近小型植物工廠 探討其發(fā)展之路何去何從 J 蔬菜 2017 1 69 71 3 孫朝華 李開 徐海軍 等 集裝箱植物工廠技術(shù)的應(yīng)用 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2019 39 4 55 59 4 封喜雷 一種新型集裝箱植物工廠營養(yǎng)液輸送裝置研發(fā)與應(yīng)用 J 農(nóng)機使用與維修 2020 10 38 42 5 蘇志能 洪燕南 陳大華 微型植物工廠集裝箱模式的評述和 探討 J 中國照明電器 2018 8 12 16 SU Zhineng HONG Yannan CHEN Dahua eview and investi gation on container model of miniature plant factory J China Light Lighting 2018 8 12 16 6 商守海 周增產(chǎn) 卜云龍 等 JPWZ 1 型微型植物工廠的研 制 J 農(nóng)業(yè)工程 2012 2 1 44 47 63 SHANG Shouhai ZHOU Zengchan BU Yunlong et al Develop ment of JPWZ 1 type micro plant factory J Agricultural Engi neering 2012 2 1 44 47 63 7 李東星 周增產(chǎn) 卜云龍 等 集裝箱植物工廠研制與試驗 J 農(nóng)業(yè)工程 2016 6 78 87 LI Dongxing ZHOU Zengchan BU Yunlong et al esearch and experiment of container plant factory J Agricultural Engineering 2016 6 6 78 87 8 趙倩 王琨琦 聶銘君 等 集裝箱植物工廠自動控制系統(tǒng)建 立 J 農(nóng)機化研究 2016 38 10 217 222 ZHAO Qian WANG Kunqi NIE Mingjun et al The establish of automatic control system of the container type plant factory J Journal of Agricultural Mechanization esearch 2016 38 10 217 222 9 王君 楊其長 魏靈玲 等 人工光植物工廠風(fēng)機和空調(diào)協(xié)同 降溫節(jié)能效果 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2013 3 177 183 WANG Jun YANG Qichang WEI Lingling et al Energy saving effect on cooperating cooling of conditioner and air exchanger in plant factory with artificial light J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2013 3 177 183 10 董微 周增產(chǎn) 姚濤 等 集裝箱植物工廠變頻空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 與應(yīng)用 J 農(nóng)業(yè)工程 2020 10 6 46 50 DONG Wei ZHOU Zengchan YAO Tao et al Design and ap plication of frequency conversion air conditioning system in container plant factory J Agricultural Engineering 2020 10 6 46 50 26