人工光植物工厂风机和空调协同降温节能研究

【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。 【关键词】：人工光植物工厂 节能 空调 降温 外界空气温度
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S316
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 研究背景与意义12-14
• 1.1.1 人工光植物工厂的发展现状12-13
• 1.1.2 人工光植物工厂降温存在的问题13
• 1.1.3 研究目的和意义13-14
• 1.2 国内外研究进展14-15
• 1.2.1 国内外节省降温耗电量的措施14
• 1.2.2 新风装置在植物工厂中的应用14-15
• 1.3 研究内容15
• 1.4 技术路线15-16
• 第二章 风机和空调协同降温节能方法研究16-34
• 2.1 风机和空调协同降温节能方法可行性分析16-18
• 2.1.1 节能效果的可行性分析16-17
• 2.1.2 补充 CO2气肥的可行性分析17-18
• 2.2 构建人工光植物工厂内部空气的热量平衡方程18-26
• 2.2.1 构建热量平衡方程的意义18
• 2.2.2 构建热量平衡方程式18-22
• 2.2.2.1 假设条件18-19
• 2.2.2.2 人工光植物工厂内部热量平衡的分析19-20
• 2.2.2.3 参数确定20-21
• 2.2.2.4 程序设计21-22
• 2.2.3 计算结果22-26
• 2.2.3.1 外界空气温度对空调制冷能效比的影响22-24
• 2.2.3.2 外界空气温度对风机电能利用率的影响24-26
• 2.3 计算结果26-30
• 2.3.1 固定风机风量和空调运行性能对节能效果影响的分析26-30
• 2.3.2 室内设定温度和风量对节能效果影响的分析30
• 2.4 降温节能效果计算及其风机风量确定方法30-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 风机和空调协同降温节能效果及其影响34-51
• 3.1 试验设计34-38
• 3.1.1 试验材料与试验条件34-35
• 3.1.2 试验设备35-36
• 3.1.3 人工光植物工厂的控制系统36-37
• 3.1.4 风机和空调协同降温节能系统设计37-38
• 3.2 试验结果及节能效果分析38-44
• 3.2.1 将明暗期设定时间互换的节能效果38-41
• 3.2.2 风机和空调协同降温节能效果分析41-44
• 3.3 两种降温方法对植物工厂内部参数的影响44-50
• 3.3.1 对植物工厂内部各设备耗电量比重的影响44-46
• 3.3.2 对植物工厂降温设备运行时间的影响46-47
• 3.3.3 对植物工厂内部 CO2浓度的影响47-48
• 3.3.4 对植物工厂内部温湿度的影响48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 结论与建议51-53
• 4.1 结论51
• 4.2 建议51-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 作者简历58

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