集装箱植物工厂新风空调一体化系统设计与应用_周增产.pdf

第 11 卷 第 4 期 农 业 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 作者简介 周增产 教授级高级工程师 主要从事设施农业研究 E mail zengchan sina com 在线投稿 www d1ae com 集装箱植物工厂新风空调一体化系统设计与应用 周增产 1 2 3 董 微 1 3 张晓文 1 3 姚 涛 1 3 胡福生 1 3 封喜雷 1 3 1 北京市农业机械研究所有限公司 北京 100096 2 北京京鹏环球科技股份有限公司 北京 100094 3 北京市植物工厂工程技术研究中心 北京 100094 摘 要 针对集装箱植物工厂运行时内部空气无法自动过滤 温湿度不均匀及无法满足植物生产所需最适宜环境等现 状 北京市农业机械研究所有限公司进行了集装箱植物工厂新风空调一体化系统设计 以解决集装箱植物工厂内环境 净化难题 达到高效节能的目的 关键词 集装箱 植物工厂 新风空调 一体化 中图分类号 S316 文献标识码 A 文章编号 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 集装箱植物工厂采用封闭式环境 可为植物全生 长周期智能提供生长所需的光 温 水 气和肥 且 不受外界自然环境的影响 适用于任何地区 包括自 然条件极端恶劣的海岛和沙漠 1 5 传统的集装箱植 物工厂没有配置新风系统 无法满足箱体内新风量的 要求 6 7 随着现代农业对封闭环境的要求不断提 高 如何实现集装箱植物工厂内空气自动过滤 平衡 室内温湿度环境 同时达到宁静运行 节能减排的效 果 已成为集装箱植物工厂内环境净化亟待解决的问 题 8 10 本文介绍一种新风空调一体化系统 适配于 集装箱植物工厂内 可完美解决集装箱植物工厂内环 境净化难题 实现植物工厂内温湿度均匀 1 新风空调一体化系统组成 新风空调一体化系统由新风系统和空调系统组 成 新风系统与空调系统协同调节集装箱植物工厂内 环境 新风空调一体化系统启动运行后能够快速高效 向集装箱植物工厂内输送大量有氧新风 同时快速排 出植物工厂内污浊空气 确保植物工厂内空气清洁 新风空调一体化系统在清洁集装箱植物工厂内空气的 同时平衡了温湿度环境 为作物打造良好生长空间 安全高效且节能环保 集装箱植物工厂新风空调一体 化系统示意如图 1 所示 集装箱植物工厂内外景如图 2 所示 2 新风系统设计 新风系统具有空气净化和高效节能的功能 包括 新风机组 新风入口 新风出口 空气净化装置 排 风机组 排风入口 排风出口和热交换芯体 用于新 风换气和空气过滤 新风系统结构如图 3 所示 新风系统工作时 集装箱植物工厂内外双向换 气 持续将室外新鲜空气输入到集装箱内 清新空气 农业工程 生物环境与能源 1 集装箱门 2 空调风道 3 栽培架 4 新风系统 5 空调主机 6 新风管道 图 1 集装箱植物工厂新风空调一体化系统示意 Fig 1 Schematic diagram of integrated system of fresh air and air conditioning in container plant factory 无限循环通过过滤器 滤除空气中的灰尘及粉尘 室 内排风和新风分别呈正交叉方式流经换热器芯体时 由于气流分隔板两侧气流存在温差和蒸汽分压差 两 股气流通过分隔板时呈现传热传质现象 引起全热交 换过程 气体交换后通过新风管道进入集装箱植物工 厂内或排到室外 夏季运行时 新风从空调排风获得 冷量 使温度降低 同时被空调风干燥 使新风含湿 图 2 集装箱植物工厂内外景 Fig 2 Inside and outside of container plant factory 1 排风出口 2 排风机组 3 热交换芯体 4 排风入口 5 新 风出口 6 新风机组 7 空气净化装置 8 新风入口 图 3 新风系统结构 Fig 3 Structure of fresh air system 06 周增产 等 集装箱植物工厂新风空调一体化系统设计与应用 量降低 冬季运行时 新风从空调室排风获得热量 温度升高 新风系统送风风量为 150 500 m 3 h 通 过换热芯体的全热换热过程 让新风从空调排风中回 收能量 同时调节集装箱植物工厂内温度与湿度 平 衡作物生长环境 利用空气净化装置 过滤从室外进 入的空气 完成空气洁净的目的 3 空调系统设计 空调系统包括空调机组和风道 用于温度的调 节 空调机组冬季制热 夏季制冷 通过风道将适宜 温度的空气传递到集装箱植物工厂内 与新风系统协 助调节种植内环境 本系统采用冷暖两用空调 制冷 剂是氟利昂 利用制冷剂气态变为液态时 释放大量 的热量 由液态转变为气态时 会吸收大量热量的原 理调节温度 4 试验设计与方法 4 1 试验设计 2020 年 11 月 19 日进行了集装箱植物工厂室内 外温度 湿度测试试验 测试时间为 9 00 17 00 温湿度每隔 30 min 记录测试数据 4 2 测试仪器 试验采用 C 4HC 型温湿度测量仪 数量 13 个 4 3 试验方法 将集装箱植物工厂内一侧栽培架分为 A B 和 C 共 3 个测试区 图 4 每个区域垂直方向设置 4 个 温湿度测试点 每个测试点距离灯管 20 cm 室外温 湿度测试点应选取背阴处 避免太阳光直射对测试数 据的影响 图 4 温湿度测点布置 Fig 4 Layout of temperature and humidity measuring points 5 结果与分析 5 1 温度 各层温度平均值对比如图 5 所示 测试期间栽培 架上 A B C 试验区同一水平方向上的 3 点温差 0 1 5 A 区垂直方向温差 1 1 2 8 B 区垂直方 向温差 0 9 2 9 C 区垂直方向温差 1 1 2 6 室外测点温度 5 2 10 7 13 00 时 室外温 度达到全天最高值 10 3 各层平均值达到最高值 此时集装箱植物工厂内栽培架上 A B C 试验区同 一水平方向上的 3 点温差 0 7 1 3 A 区垂直方 向温差 2 8 B 区垂直方向温差 2 9 C 区垂直 方向温差 2 6 各区域垂直方向温差达到最大值 测试期间 新风空调一体化系统一直处于制冷状态 由此可见 新风空调一体化系统具有良好的降温均匀 性 明期集装箱内温度总平均值 23 2 满足集装 箱植物工厂的设计要求 图 5 各层温度平均值对比 Fig 5 Comparison of average temperature of each layer 5 2 湿度 各层湿度平均值对比如图 6 所示 测试期间栽培 架上 A B C 试验区同一水平方向上的 3 点湿度差 1 9 18 3 A 区垂直方向湿度差 5 4 22 8 B 区垂直方向湿度差 6 0 17 1 C 区 垂直方向湿度差 4 4 15 5 室外测点湿度 33 3 60 6 17 00 时 室外湿度达到测试期间 最高值 60 6 此时栽培架上 A B C 试验区同一 水平方向上的 3 点湿度差 1 8 14 0 A 区垂直 方向湿度差 8 9 B 区垂直方向湿度差 8 4 C 区垂直方向湿度差 14 9 明期集装箱内湿度总平 均值 57 4 满足集装箱植物工厂的设计要求 图 6 各层湿度平均值对比 Fig 6 Comparison of average humidity of each layer 6 结论 测试期间栽培架上 A B C 试验区同一水平方 16 农业工程 生物环境与能源 向上的 3 点温差 0 1 5 湿度差 1 9 18 3 A 区垂直方向温差 1 1 2 8 湿度差 5 4 22 8 B 区垂直方向温差 0 9 2 9 湿度差 6 0 17 1 C 区垂直方向温差 1 1 2 6 湿 度差 4 4 15 5 明期集装箱内温度总平均值 23 2 湿度总平 均值 57 4 满足集装箱植物工厂的设计要求 通 过集装箱植物工厂运行试验测试 其结果表明新风一 体化系统具有基本保持集装箱植物工厂内部温湿度恒 定 噪声小 降温速度快 节能等优点 可在温室工 程中广泛应用 参考文献 1 杨飞 姚金晓 殷武平 等 浅谈植物工厂在远洋船舶上的应 用前景 J 农业科技管理 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 贺冬仙 走近小型植物工厂 探讨其发展之路何去何从 J 蔬菜 2017 1 69 71 3 孙朝华 李开 徐海军 等 集装箱植物工厂技术的应用 J 农业工程技术 2019 39 4 55 59 4 封喜雷 一种新型集装箱植物工厂营养液输送装置研发与应用 J 农机使用与维修 2020 10 38 42 5 苏志能 洪燕南 陈大华 微型植物工厂集装箱模式的评述和 探讨 J 中国照明电器 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 周增产 卜云龙 等 JPWZ 1 型微型植物工厂的研 制 J 农业工程 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 李东星 周增产 卜云龙 等 集装箱植物工厂研制与试验 J 农业工程 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 赵倩 王琨琦 聂铭君 等 集装箱植物工厂自动控制系统建 立 J 农机化研究 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 杨其长 魏灵玲 等 人工光植物工厂风机和空调协同 降温节能效果 J 农业工程学报 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 周增产 姚涛 等 集装箱植物工厂变频空调系统设计 与应用 J 农业工程 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