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人工光植物工厂风机和空调协同降温节能研究

王君  
【摘要】:人工光植物工厂较传统农业具有无法比拟的优势,具有不受地域、自然条件限制,生产周期短、资源(土地、水、CO2等)利用率高、产品质量高等优点,但运行成本较高是植物工厂发展的重要瓶颈。研究表明,耗电成本占总运行成本的50%~60%,其中用于植物工厂内部空气调温的空调耗电量占总耗电量的15%-35%,而降温耗电量占总耗电量的85%以上。针对北京地区冬季能达到-10℃的气候条件,作者提出了利用风机引进外界低温空气作为冷源,以低功率的风机减少高功率空调的运行时间,从而减少植物工厂降温耗电量,降低其运行成本的方法。试验结果表明: (1)人工光植物工厂中降温设备风机和空调的运行性能随外界空气温度的变化规律为,当植物工厂内部温度设定为20℃且外界空气温度在-2~10℃范围内变化时,空调运行性能COP的变化范围为7~10;当植物工厂内部温度设定为25℃且外界空气温度在-2~5℃范围内变化时,空调运行性能COP的变化范围为7~9;当植物工厂内部设定为20℃且外界空气温度在-2~8℃范围内变化时,风机电能利用效率的变化范围为6~14;当植物工厂内部设定为25℃且外界空气温度在-1~4℃范围内变化时,风机电能利用效率的变化范围为11~16。在相同的内部空气设定温度下,对空调的运行性能和风机的电能利用效率进行比较可以得出,外界空气温度越低,风机和空调协同降温的方法较空调单独降温的方法越具有节能可行性; (2)风机和空调协同降温可以带来显著的节能效果,当外界空气温度在-6~12℃范围内变化时,明期制冷设备耗电量节省率为24.6%~66.0%;暗期制冷设备耗电量节省率为2.3%~33.6%;并且试验植物工厂中空调的运行时间明显减少,明期减少了36.6~82.0%,暗期减少了16.3~64.2%; (3)风机和空调协同降温的节能方法对植物工厂内部其他的环境指标也产生一定的影响。可以使两间植物工厂内温度均能控制在目标值范围内,明期为252℃,暗期为152℃;并且VPD(水蒸气饱和压差)随时间变化趋势与空气温度变化趋势基本一致。试验植物工厂的VPD略高于对照植物工厂,表明风机和空调协同降温的方法增加了作物的蒸腾作用。而且两植物工厂内CO2浓度均在380~450μmol/mol之间,且试验植物工厂明期CO2浓度高于对照植物工厂,表明该方法可以补充植物工厂内部明期的CO2浓度,有利于植物的光合作用。


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