现代光电植物工厂室内气流洁净系统及在洁净厂房中的应用.pdf

Constructionindoorairflowcleaningsystem cleanworkshop systemapplication 中图分类号 TU834 82 文献标志码 B 文章编号 1007 9467 2022 12 0026 04 DOI 10 13616 ki gcjsysj 2022 12 208 26 包含 1 楼办公研究及公共实验平台 2 楼院士工作站 3 楼实 验展示平台 本工程植物工厂建设于 3 号楼展示平台 2 层 工厂总面 积为 240 m 2 主要包括更衣室 清洗操作间 营养液房 植物栽 培区 自动循环大型展示架等 植物工厂为全人工光型植物工 厂 兼具参观 教学及生产功能 主要利用 LED 植物光谱技术 和无土化植物栽培技术 采用自动化环境控制及智能化装备 在净化厂房进行叶菜类作物工厂化种植 其生产完全不受外 界环境条件影响 可进行叶菜连续周年性生产 3 现代光电植物工厂室内气流洁净系统研发 3 1 问题分析 根据种植物生产工艺 以及厂房的参观需求 厂房总体布 局分为 3个区 栽培区 辅助功能区 参观区 栽培区共设 1个 栽培间 面积共为 96 m 2 蔬菜栽培间内共布置 41 套种植模 组 其中 炼苗模组 1 套 育苗期模组 4 套 栽培期模组 36 套 根据栽培模组尺寸 要求种植区吊顶下最低高度 3 2 m 辅助 功能区分为 4 个区间 更衣室 操作区 清洗间 营养液房 参 观区位于厂房里西侧 可以参观工厂整个流程 包括营养液 生产操作 植物栽培 本项目植物工厂为全人工光型植物工 厂 兼具参观 教学及生产功能 洁净度要求为 30 万级 如何 保证植物工厂的洁净度和美观性成为关键所在 植物工厂施工具有施工区有限 层高较高等特点 项目植 物同种植区域的温差可控制在 1 以内 并保证室内温湿度 的均匀性 相对湿度控制在 50 95 5 洁净度达到 30万级别 为达到要求 以夏季室内的种植灯的散热量26 6 kW 送回风温差 9 时为例 所需送风量需达到 17 500 m 3 h 最大 换气次数需达到 15 20次 h 虽然矢流气流流形施工技术满足项目要求 但是该工艺 无法对本项目植物工厂气流洁净做到全覆盖 本项目为特定 值范围实验室 现有技术无法满足相关方要求 通过现代光电 植物工厂室内气流洁净系统的研发 将设计目标设定为确保 植物工厂换气次数 20次 h 3 2 方案比选 综合植物工厂洁净原理 温湿度控制 过滤程度 送风量 冷耗等指标 围绕排风系统的送风方式的角度 提出 3 种创新 性的植物工厂综合施工方案 方案一为单向流洁净室 采用室内垂直或水平单侧送风 的方式 通过活塞和挤压原理实现净化气流的目的 该方案构 造简单 运行后短时间内即可变成稳定气流 但随着机器和人 员流动 会使单向流变成紊流 在障碍物周围形成气流团 从 而弱化净化效果 成本投入约为 800万元 方案二为非单向流洁净室 气流流形为顶送下回 顶送顶 回 顶送下侧回 运用了稀释原理 该方案容易管理 同样可以 在短时间内达到稳定运行状态 但构造费用较高 弹性运用空 间困难 维修维护比较麻烦 成本投入约为 700万元 方案三为混合流洁净室 将非单向流和垂直单向流混合 在一起 具有建造成本低 构造简单 过滤效率高 洁净效果好 等优点 但系统重新启动达到稳定运行状态需要花费一定的 时间 成本投入约为 500万元 考虑到植物工厂洁净度 气密性 温湿度控制指标 投入 成本等方面因素 决定选用方案三混合流洁净室 1 3 3 系统分解 混合流植物工厂室内洁净系统主要包括装饰装修系统 净化空调系统 排风及废气处理系统 具体分解如图 1所示 图1 混合流植物工厂室内洁净系统分解图 Public Utilities Design 公用工程设计 27 Construction DesignForProject 工程建设与设计 3 3 1 吊顶系统 根据研发目标及现场实际情况 对吊顶施工的选择方案 进行了对比 双层纸面石膏板吊顶施工难度简单 价格较为便 宜 且适用空气洁净度等级符合洁净室设计要求 而双层金属 板材吊顶造价更高 施工较难 二者的燃烧性能等级均为 A 级 所以 最终选用双层纸面石膏板吊顶 3 3 2 墙体系统 树脂板内墙面和岩棉夹芯金属壁板内墙均能满足空气洁 净度等级要求 树脂板内墙面抗菌防腐蚀 不易老化 使用寿 命长 抗污性强 不易变形 但存在热膨胀的缺点 而且工序 复杂 成本较高 岩棉夹芯金属壁板内墙防火性能优异 保温 隔热性好 吸声隔热效果显著 但强度一般 根据综合成本及 实用性 选择采用岩棉夹芯金属壁板内墙作为植物工厂围护 结构 3 3 3 净化空调系统 组合式空气处理机组 冷水机组虽然控制效果好 在送 风过程中空气被污染的风险小 但造价较高 空间需求大 变 频空调机组 增压风机不需要占用机房面积 布置相对灵活 能够满足洁净度要求 而且造价较低 综合温度 湿度控制性 能和安装布置合理性 选择采用变频空调机组 增压风机作 为净化空调系统 3 3 4 排风及废气处理系统 高效送风口通用性强 施工简单 能够保证气流的喷射速 度 防止产生涡流 但如果一台出现故障 对整个送风系统影 响很大 后期维护费用较高 FFU 送风口则不会出现这个问 题 即使少量送风口出现故障 也不会对洁净室运行造成严重 影响 而且更加节省空间 工期更短 可灵活调整 系统静压箱 为负压 如果风口安装存在泄漏 也是从洁净室向静压箱泄 漏 不会污染洁净室 经过对排风及废气处理系统出风稳定 性 节能性 实施难度 成本及后期维修等方面进行考虑 且由 于风机自带过滤器 选择风机过滤机组 FFU 送风口作为排风 及废气处理系统的终端过滤装置 通过对吊顶系统 墙体系统 净化空气系统 排风及废气 处理系统的多方案必选 最终确定了最佳设计方案 具体如图 2所示 4 现代光电植物工厂室内气流洁净系统在洁 净厂房中的应用 4 1 实施过程控制 4 1 1 吊顶系统安装 首先对植物工厂顶棚进行深化设计 进一步细化吊顶材 质规格和连接方式做法大样图 纸面石膏板采用三明治式结 构 两面为烤漆彩钢板 钢板厚度控制在 0 5 mm 中间采用高 密度绝缘隔热夹芯材料纸蜂窝 彩钢板内加入石膏 这样能增 加顶板强度 方便人员开展维修工作 板材之间采用内置式铝 龙骨连接 形成连续自支撑结构的墙 使用硅胶进行接缝密封 处理 顶板采用支架和 M 8螺纹钢固定在建筑顶上 吊顶安装 流程为 选用直径为 6 mm的轻钢龙骨吊杆按照标高固定 大 龙骨 中龙骨和小龙骨依次固定 最后进行纸面石膏板安装与 饰面 安装完成后 加强质量检查 按照板间接缝误差 3 0mm 接缝高低差 1 0 mm的预定目标 检验安装接缝平直度 高低 差是否符合要求 接缝平直度时使用 5 m线拉通线 用钢直尺 进行检查 接缝高低差通过钢尺和塞尺检查 2 4 1 2 墙体系统安装 首先对植物工厂墙体进行深化设计 进一步细化隔墙材 质 各组件衔接 回风墙做法大样图 岩棉夹芯金属壁板50mm 图2 混合流植物工厂室内洁净系统最佳方案 28 厚 双面钢板厚 0 5 mm 表面喷涂防尘漆 钢板双面镀锌增强 了表面的抗腐蚀能力 完全平整地与各种组件相衔接 两侧墙 下部均匀布置回风口代替常规回风夹道 金属壁板内置风管 隔墙底部 100 mm设置回风口标准回风量为 2 m s 这种方式 占地少 平面布置更加灵活 在隔墙各构件安装前做好测量点位标记 保证墙体平整 度与垂直度 金属壁板需紧密连接 同时 采用独特的地龙骨 形式进行墙与顶面 地面连接 与顶面的连接必须保证吊顶强 度 又保证所有墙体的灵活拆装 与地面连接确保地面上墙 100 mm 并与墙面完全平齐 保证了各洁净间的完全密闭 易 于清洁 安装完成后 做好质量检验 按照立面垂直度偏差 1 5 mm 表面平整度偏差 1 5 mm 接缝高低偏差 1 0 mm 的预设目标进行测量 墙体板材间必须连接紧密 立面垂直度 偏差值 表面平整度最大偏差 接缝高低差最大偏差应满足相 应规范要求 4 1 3 净化空调系统安装 对净化空调系统进行确定 根据厂家提供技术参数 最终 确认使用集中式洁净空调双风机系统 其中 洁净设备包括变 频空调室内外机组 新风机 加热器 冷却器 粗 中效过滤器 增压风机等 集中设置在变频空调机房 通过风管送入各洁净 室 该系统具有压头小 振动小 噪声低等优点 可以在全年内 都保持恒定的室内压力 能够实现多种运行方式 安装结束 后 邀请专业第三方检测机构进行净化空调系统漏风检测 包 括风量 漏风量 漏风率 压力等具体参数 机组漏风率不能超 过 1 4 1 4 排风及废气处理系统安装 首先 根据项目暖通图纸对排风及废气处理系统进行深 化设计 然后开展安装工作 FFU的安装应无变形 锈蚀 漆膜 脱落 拼接板破损等现象 框架平整 光滑 安装后的风机过滤 器机组方向要正确 便于维修 与框架质检连接处采取密封胶 密封 同时 为保证气密性良好 气密垫密封厚度为 6 8 mm 垫料压缩率为 25 50 施工完成后 对气密垫密封厚度水 平 垫料压缩率进行实测 检验气密性效果 4 2 应用效果分析 4 2 1 技术方面 系统安装完成后 组织相关单位进行植物工厂系统联合 调试 重点对净化空调系统和排风系统的 4 个空调内机出风 口风速和风量进行 100 检测 通过成果总结评价 气流洁净 系统满足设定目标值 达到了系统研制要求 获得了一致的 好评 4 2 2 经济效益 从人工费 材料费 设备费的角度出发 对总体成本进行 计算 与常规洁净厂房相比 采用混合气流洁净系统能够节省 约 24 68万元 而且运行费用更低 由于施工难度小 能够节约 5 d 工期 所以 从综合造价的角度出发 该气流洁净系统能够 获得更好的经济效益 4 2 3 社会效益 本工程植物工厂兼具参观 教学及生产功能 此施工工法 大大提升了植物工厂美观性 室内洁净度以及农作物生产条 件 显著的提高公司知名度 同时很好地解决了建筑 30 万级 洁净度和气流组织控制难题 节省了维修等人工 材料费用 为新工程承揽和建设积攒了宝贵经验 3 5 结语 综上所述 现代光电植物工厂兼具生产 教学 参观等多 种功能 对洁净度要求较高 同时要兼顾美观性 而传统的 方案设计和施工工艺难以满足需求 必须加强问题分析 找 到行之有效的新方法 本文首先介绍了中国科学院海南种子 创新研究院科研楼植物工厂的基本情况 然后对室内气流洁 净系统研发进行了介绍 最后研究了该系统在洁净厂房的具 体实施和应用效果 通过技术创新运用 力求获得更好的综合 效益 参考文献 1 朱明明 宣永梅 贡欣 等 不同气流组织下某洁净室内流场研究 J 节 null 2016 35 11 19 23 2 2 汤毅 曹晓程 计算流体力学技术对洁净室内气流的预测研究 J 安 nullnull 2017 24 5 39 42 3 张梅 霍金鹏 CFD 气流仿真模拟技术在洁净厂房项目中的应用 J nullnull 2022 52 S1 358 361 收稿日期 2022 07 20 Public Utilities Design 公用工程设计 29