集裝箱植物工廠變頻空調系統(tǒng)設計與應用.pdf

第 10 卷 第 6 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 Vol 10 No 6 2020 年 6 月 Agricultural Engineering Jun 2020 收稿日期 2020 01 03 修回日期 2020 02 16 作者簡介 董微 碩士 研究方向 生物安全 E mail dongwei2016 126 com 在線投稿 www d1ae com 集裝箱植物工廠變頻空調系統(tǒng)設計與應用 董 微 1 2 3 周增產(chǎn) 1 2 3 姚 濤 1 2 3 封喜雷 1 3 李秀剛 2 3 田鳳梅 2 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研究中心 北京 100094 摘 要 為解決集裝箱植物工廠運行時內部溫度偏高且不均勻 無法滿足植物生產(chǎn)所需最佳溫度等問題 對集裝箱植 物工廠變頻空調系統(tǒng)進行設計 通過對工廠的結構組成進行統(tǒng)計安排 以及總負荷的計算 確定變頻空調系統(tǒng)設計方 案 通過測試室內外溫度 濕度和光照 結果顯示 明期集裝箱內溫度總平均值為 26 3 濕度總平均值為 44 8 光照總平均值為 12 082 lx 滿足集裝箱植物工廠的設計要求 該設計可加快集裝箱內的降溫速度 實現(xiàn)溫度的精確 控制 關鍵詞 集裝箱 植物工廠 變頻空調系統(tǒng) 中圖分類號 S316 文獻標識碼 A 文章編號 2095 1795 2020 06 0046 05 Design and Application of Frequency Conversion Air Conditioning System in Container Plant Factory DONG Wei 1 2 3 ZHOU Zengchan 1 2 3 YAO Tao 1 2 3 FENG Xilei 1 3 LI Xiugang 2 3 TIAN Fengmei 2 3 1 Beijing Agricultural Machinery Institute Co Ltd Beijing100096 China 2 Beijing Kingpeng International Hi Tech Corporation Beijing 100094 China 3 Beijing Plant Engineering Technology esearch Center Beijing 100094 China Abstract In order to solve problems of high internal temperature and non uniform which can not meet optimal temperature for plant production a variable frequency air conditioning system of container plant factory was designed Through the statistical ar rangement of plant structure and calculation of total load design scheme of variable frequency air conditioning system was deter mined The temperature humidity and light in and out of the factory were tested esults showed that average temperature humidity and illumination in the container were 26 3 44 8 and 12 082 lx which meet design requirements of container plant factory The design could speed up cooling speed in container and realize precise control of temperature Keywords container plant factory variable frequency air conditioning system 0 引言 隨著我國植物工廠技術的不斷完善和提高 微型 化 迷你型植物工廠已應用于人們生活的各種環(huán) 境 1 在人口 耕地資源緊缺的大背景下 將我國 大量淘汰棄用的集裝箱重新利用 改造成為集裝箱植 物工廠 不但可以提高資源利用率 降低植物工廠建 設成本及運行成本 而且可以解決環(huán)境惡劣地區(qū)諸如 海島荒漠等地的蔬菜生產(chǎn)問題 2 10 為保證集裝箱植 物工廠內部的環(huán)境條件滿足種植植物的生長需求 通 過對其內部的空調系統(tǒng)進行優(yōu)化設計 采用空調壓縮 機和強制通風換氣相結合的降溫模式 可達到大幅度 降低能耗成本的目的 11 1 設計概況 本設計為北京市農(nóng)業(yè)機械研究所有限公司集裝箱 植物工廠變頻空調系統(tǒng) 集裝箱植物工廠變頻空調系 統(tǒng)設計需滿足集裝箱內植物生長整個周期的溫度需 求 集裝箱植物工廠外形尺寸為 12 m 2 1 m 2 5 m 維護結構為 75 mm 凈化板 集裝箱植物工廠內設 計溫度為 16 28 室外相對濕度為 40 60 光照為 9 000 18 000 lx 集裝箱植物工廠內景如圖 1 所示 集裝箱植物工廠所在地基本參數(shù)情況如表 1 所 示 集裝箱植物工廠所在地夏季環(huán)境條件參數(shù)如表 2 所示 董微 等 集裝箱植物工廠變頻空調系統(tǒng)設計與應用 圖 1 集裝箱植物工廠內景 Fig 1 Interior view of container plant factory 表 1 集裝箱植物工廠所在地基本參數(shù) Tab 1 Basic parameters of container plant factory location 項目 參數(shù) 國家 中國 省份 北京市 經(jīng)度 E 116 47 緯度 N 39 8 表 2 集裝箱植物工廠所在地夏季參數(shù) Tab 2 Summer parameters of container plant factory location 項目 參數(shù) 夏季大氣壓 Pa 99 987 夏季室外空調計算日平均溫度 29 1 夏季室外空調計算干球溫度 33 6 夏季室外空調計算濕球溫度 26 3 夏季室外平均風速 m s 1 2 2 大氣透明度等級 4 2 負荷計算 2 1 建筑概況 集裝箱植物工廠各項基本情況如表 3 所示 表 3 集裝箱植物工廠基本情況 Tab 3 Basic information of container plant factory 項目 參數(shù) 建筑體積 m 3 63 建筑高度 m 2 5 外表面積 m 2 120 9 建筑層數(shù) 1 2 2 建筑物 2 2 1 外墻 集裝箱植物工廠設計使用的外墻材料傳熱系數(shù)如 表 4 所示 2 2 2 屋面 集裝箱植物工廠設計使用的屋面材料傳熱系數(shù)如 表 5 所示 2 3 設計負荷統(tǒng)計 將空調區(qū)的各分項冷負荷按各計算時刻累加 得 出空調區(qū)總冷負荷逐時值的時間序列 之后找出序列 中的最大值 即作為該空調區(qū)的計算冷負荷 集裝箱 植物工廠冷負荷如表 6 所示 表 4 外墻傳熱系數(shù) Tab 4 Heat transfer coefficient of external wall 材料名稱 厚度 mm 干密度 kg m 3 導熱系數(shù) W m 1 K 1 比熱容 kJ kg 1 K 1 導熱系 數(shù)修正 熱阻 m 2 K W 1 建筑鋼材 1 7 850 58 2 0 48 1 0 礦棉巖棉玻璃棉氈 140 75 140 0 04 1 34 0 97 1 72 建筑鋼材 1 7 850 58 2 0 48 1 0 各層之和 77 1 72 傳熱系數(shù) K 0 53 表 5 屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù) Tab 5 Heat transfer coefficient of roof 材料名稱 厚度 mm 干密度 kg m 3 導熱系數(shù) W m 1 K 1 比熱容 kJ kg 1 K 1 導熱系 數(shù)修正 熱阻 m 2 K W 1 建筑鋼材 1 7850 58 2 0 48 1 0 礦棉巖棉玻璃棉氈 140 75 140 0 04 1 34 0 97 1 72 建筑鋼材 1 7850 58 2 0 48 1 0 各層之和 77 1 72 傳熱系數(shù) K 0 53 74 農(nóng)業(yè)工程 生物環(huán)境與能源 表 6 集裝箱植物工廠冷負荷 Tab 6 Cooling load of container plant factory 時間 冷負荷 W m 2 0 00 14 702 3 00 14 575 6 00 14 499 9 00 15 185 12 00 15 677 15 00 15 868 18 00 15 703 21 00 14 960 時間 冷負荷 W m 2 1 00 14 659 4 00 14 543 7 00 14 677 10 00 15 411 13 00 15 716 16 00 16 159 19 00 15 500 22 00 14 839 時間 冷負荷 W m 2 2 00 14 614 5 00 14 513 8 00 14 936 11 00 15 578 14 00 15 791 17 00 15 828 20 00 15 179 23 00 14 758 2 4 負荷構成 根據(jù)集裝箱植物工廠內部的配置情況 初步估算 各部分負荷如表 7 所示 集裝箱植物工廠負荷構成如 圖 2 所示 圖 2 集裝箱植物工廠負荷構成 Fig 2 Load composition of container plant factory 3 變頻空調系統(tǒng)設計方案 根據(jù)集裝箱植物工廠室內冷負荷計算 集裝箱植 物工廠空調系統(tǒng)設計方案分為 4 項 第一 送風方式 是采用 PVC 方形風管送風 PVC 風管具有不生銹 耐腐蝕 質量輕 便于搬運安裝 價格低廉的優(yōu)點 第二 送風口形式是將送風口放置到集裝箱中間走道 頂部 以便氣流均勻擴散 送風風口為帶調節(jié)閥雙層 百葉 價格便宜且實用 雙層百葉風阻小 可較容易 實現(xiàn)送風距離 送風角度可調整 第三 室內機選型 要考慮空調設備使用效果并兼顧經(jīng)濟性 選用 1 臺 5HP 定頻空調 1 臺 5 HP 變頻空調 室內機送風口 機外靜壓 80 120 Pa 的 2 檔可調 滿足長距離送風需 求 定頻空調負責處理室內燈光負荷 變頻空調負責 處理集裝箱內維護結構傳熱 通風和植物散發(fā)冷負 荷 第四 室外機采用上海日立高品質壓縮機 振動 小 效率高 運行平穩(wěn) 噪聲低 同時設備使用壽命 長 可靠性高 滿足空調在惡劣環(huán)境中長時間不間斷 運轉需求 4 試驗設計與方法 4 1 試驗設計 對集裝箱植物工廠室內外溫度 濕度和光照進行 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) 光照每隔 1 h 記錄測試數(shù)據(jù) 4 2 測試儀器 試驗采用的是 C 4HC 溫濕度測量儀 數(shù)量 11 個 PLA 20 植物光照分析儀 數(shù)量 1 個 4 3 試驗方法 溫濕度測試需要將集裝箱植物工廠一側栽培架分 成 A B 的 2 個測試區(qū) 每個區(qū)域垂直方向設置 5 個 測試點 每個測試點距離燈管的距離為 10 cm 室外 溫濕度測試點應選取背陰處 避免太陽光直射對測試 數(shù)據(jù)的影響 光照測試是在栽培架 A3 位置的 4 組光 源中間 光照分析儀距離光源 20 cm 處進行測試 溫 濕度測點布置如圖 3 所示 圖 3 溫濕度測點布置 Fig 3 Layout of temperature and humidity measuring points 5 結果與分析 5 1 溫度 各測點溫度對比如圖 4 所示 測試期間栽培架上 A B 兩區(qū)同一水平方向上的兩點溫差范圍為 0 1 9 A 區(qū)垂直方向溫差范圍為 3 3 3 9 B 區(qū)垂 直方向溫差范圍為 3 1 3 9 室外測試點溫度范 圍為 0 4 3 7 12 00 時 室外溫度達到全天最 高值 3 7 此時集裝箱植物工廠內栽培架上 A B 兩區(qū)同一水平方向上的兩點溫差范圍為 0 3 1 0 A 區(qū)垂直方向溫差為 3 9 B 區(qū)垂直方向溫差為 3 9 室外溫度達到最高值時 A B 兩區(qū)垂直方 向溫差均達到最大值 測試期間 變頻空調系統(tǒng)一直 處于制冷狀態(tài) 由此可見 變頻空調系統(tǒng)具有良好的 降溫均勻性 明期集裝箱內溫度總平均值為 26 3 表 7 集裝箱植物工廠負荷構成 Tab 7 Load composition of container plant factory 科目 人體 燈光 75 mm 凈化板 東側 75 mm 凈化板 西側 75 mm 凈化板 南側 75 mm 凈化板 北側 75 mm 凈化板 頂面 空氣滲透 負荷 W 280 12 600 544 635 99 70 740 1 191 84 董微 等 集裝箱植物工廠變頻空調系統(tǒng)設計與應用 圖 4 各測點溫度對比 Fig 4 Temperature comparison of each measuring point 圖 5 各測點濕度對比 Fig 5 Humidity comparison of measuring point 滿足集裝箱植物工廠的設計要求 5 2 濕度 各測點濕度對比如圖 5 所示 測試期間栽培架 上 A B 兩區(qū)同一水平方向上的兩點濕度差范圍為 0 2 9 8 A 區(qū)垂直方向濕度差范圍為 7 2 19 4 B 區(qū)垂直方向濕度差范圍為 2 0 19 3 室外 測 點 濕 度 范 圍 為 42 4 46 6 11 00時 A B 兩區(qū)垂直方向濕度差均達到各自最 大值 此時室外濕度為 45 5 栽培架上 A B 兩 區(qū)同一水平方向上的兩點濕度差范圍為 2 4 8 0 17 00 時 室外濕度達到測試期間最高值 46 6 此時栽培架上 A B 兩區(qū)同一水平方向上 的兩點濕度差范圍為 3 9 A 區(qū)垂直方向濕度 差為 11 1 B 區(qū)垂直方向濕度差為 9 5 明期 集裝箱內濕度總平均值為 44 8 滿足集裝箱植物 工廠的設計要求 5 3 光照 如圖 6 所示 測試期間栽培架 A3 位置的 4 組光 源光照范圍為 9 227 15 857 lx 光照總平均值為 12 082 lx 滿足集裝箱植物工廠的設計要求 圖 6 各測點光照對比 Fig 6 Light contrast of each measuring point 6 結論 1 測試期間栽培架上 A B 兩區(qū)同一水平方向 上的兩點溫差為 0 1 9 濕度差為 0 2 9 8 A 區(qū)垂直方向溫差為 3 3 3 9 濕度差為 7 2 94