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集装箱植物工厂变频空调系统的设计与应用
来源:京鹏科技 | 作者:kingpeng | 发布时间: 2020-04-17 | 192 次浏览 | 分享到:
针对集装箱植物工厂运行时内部温度偏高,且不均匀,无法满足植物生产所需最佳温度等现状,北京市农业机械研究所有限公司进行了集装箱植物工厂变频空调系统的设计,加快了集装箱内的降温速度,实现了温度的精确控制。
关键词:集装箱;植物工厂;变频空调系统

董微1,2,3,周增产1,2,3,姚涛1,2,3,封喜雷1,3,李秀刚2,3,田凤梅2,3

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 1000943. 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温度偏高,且不均匀,无法满足植物生产所需最佳温度等现状,北京市农业机械研究所有限公司进行了集装箱植物工厂变频空调系统的设计,加快了集装箱内的降温速度,实现了温度的精确控制。

关键词:集装箱;植物工厂;变频空调系统 

Design and Application of Frequency Conversion Air Conditioning System in Container Plant Factory

 

Dong wei1,2,3Zhou Zengchan1,2,3Yao Tao1,2,3Feng Xilei1,3Li Xiugang2,3Tian Fengmei2,3

 (1. Beijing Agricultural Machinery Institute Co., Ltd, Beijing100096, China; 2. Beijing Kingpeng International Hi-tech Corporation, Beijing 100094, China;3.Beijing Plant Engineering Technology Research Center, Beijing100094, China)

Abstract: In view of the fact that the internal temperature of the container plant factory is too high and uneven to meet the best temperature required by the plant production, Beijing Agricultural Machinery Institute Co., Ltd. has designed the variable frequency air conditioning system of the container plant factory, accelerated the cooling speed in the container and realized the accurate control of the temperature.

Key words: container; plant factory; variable frequency air conditioning system

 

0 引言

随着我国植物工厂技术的不断完善和提高,微型化、迷你型植物工厂已应用于人们生活的各种环境[1],在人口、耕地资源紧缺的大背景下,将我国大量淘汰弃用的集装箱重新利用,改造成为集装箱植物工厂,不但可以提高资源利用率,降低植物工厂建设成本及运行成本,而且可以解决环境恶劣地区诸如海岛荒漠等地方的蔬菜生产问题[2]。为了保证集装箱植物工厂内部的环境条件满足种植植物的生长需求,对其内部的空调系统进行优化设计,通过采用空调压缩机降温和强制通风换气相结合的模式,达到大幅度降低能耗成本的目的[3]

1 项目概况

本项目为北京市农业机械研究所有限公司集装箱植物工厂变频空调系统设计项目,位于北京市通州区,集装箱植物工厂变频空调系统设计需满足集装箱内植物生长整个周期的温度需求。

集装箱植物工厂外形尺寸为12.192m*2.438m*2.896m,维护结构为75mm净化板。集装箱植物工厂内设计温度20℃,室外相对湿度60%。

   
 

1 集装箱植物工厂内景

Figure 1 Interior view of container plant factory

1.1基本参数

1 集装箱植物工厂所在地基本参数

Table 1 Basic parameters of the location of container plant factory

国家

中国

省份

北京市

经度(°E)

116.47

纬度(°N)

39.8

1.2夏季参数

2 集装箱植物工厂所在地夏季参数

Table 2 Summer parameters of the location of container plant factory

夏季大气压(Pa)

99987

夏季室外空调计算日平均温度()

29.1

夏季室外空调计算干球温度()

33.6

夏季室外空调计算湿球温度()

26.3

夏季室外平均风速(m/s)

2.2

大气透明度等级

4


2
负荷计算

2.1建筑概况

3 集装箱植物工厂基本情况

Table 3 Basic information of container plant factory

建筑名称

集装箱植物工厂

建筑面积

30㎡

建筑高度

3m

外表面积

114.97㎡

建筑容积

0m3

建筑层数

1

2.2建筑物

2.2.1外墙

4 外墙传热系数

Table 4 Heat transfer coefficient of external wall

材料名称

厚度mm

干密度kg/m3

导热系数W/(m.K)

比热容kJ/(kg.K)

导热系数修正

热阻(㎡.K)/W

建筑钢材

1

7850

58.2

0.48

1

0

矿棉岩棉玻璃棉毡140

75

140

0.04

1.34

0.97

1.72

建筑钢材

1

7850

58.2

0.48

1

0

各层之和

77

--

--

--

--

1.72

传热系数K

0.53

2.2.2

5 屋面传热系数

Table 5 Heat transfer coefficient of roof

材料名称

厚度mm

干密度kg/m3

导热系数W/(m.K)

比热容kJ/(kg.K)

导热系数修正

热阻(㎡.K)/W

建筑钢材

1

7850

58.2

0.48

1

0

矿棉岩棉玻璃棉毡140

75

140

0.04

1.34

0.97

1.72

建筑钢材

1

7850

58.2

0.48

1

0

各层之和

77

--

--

--

--

1.72

传热系数K

0.53

2.3项目负荷统计

将空调区的各分项冷负荷按各计算时刻累加,得出空调区总冷负荷逐时值的时间序列,之后找出序列中的最大值,即作为该空调区的计算冷负荷。

6 集装箱植物工厂冷负荷

Table 6 Cooling load of container plant factory

时间

冷负荷(W/m2)

时间

冷负荷(W/m2)

时间

冷负荷(W/m2)

0:00

14702

1:00

14659

2:00

14614

3:00

14575

4:00

14543

5:00

14513

6:00

14499

7:00

14677

8:00

14936

9:00

15185

10:00

15411

11:00

15578

12:00

15677

13:00

15716

14:00

15791

15:00

15868

16:00

16159

17:00

15828

18:00

15703

19:00

15500

20:00

15179

21:00

14960

22:00

14839

23:00

14758

2.4负荷构成

根据集装箱植物工厂内部的配置情况,初步估算各部分负荷如下表所示。

7 集装箱植物工厂负荷构成

Table 7 Load composition of container plant factory

科目

人体

灯光

75mm净化板(东侧)

75mm净化板(西侧)

75mm净化板(南侧)

75mm净化板(北侧)

75mm

净化板(顶面)

空气渗透

负荷(W)

280

12600

544

635

99

70

740

1191

 

2 集装箱植物工厂负荷构成

Figure 2 Load composition of container plant factory

3 变频空调系统设计方案

根据集装箱植物工厂室内冷负荷计算,集装箱植物工厂空调系统设计方案如下:

1)送风方式

   采用PVC方形风管送风,PVC风管具有不生锈,耐腐蚀,重量轻,便于搬运安装,价格低廉的优点。

2)送风口形式

   将送风口放置到集装箱中间走道顶部,以便气流均匀扩散。送风风口为带调节阀双层百叶,价格便宜且实用。双层百叶风阻小,可较容易实现送风距离,送风角度可调整。

3室内机选型

   考虑空调设备使用效果并兼顾经济性,选用1台5HP定频空调+1台5HP变频空调。室内机送风口机外静压80/120pa两档可调,满足长距离送风需求。定频空调负责处理室内灯光负荷;变频空调负责处理集装箱内维护结构传热、通风、植物散发冷负荷。

4)室外机选型

室外机采用上海日立高品质压缩机,振动小、效率高,运行平稳,噪音低。同时设备使用寿命长,可靠性高,满足空调在恶劣环境中长时间不间断运转需求。

4试验设计与方法

4.1试验设计

2019年12月18日进行了集装箱植物工厂室内外温度、湿度测试试验,测试时间范围9:001700每隔30分钟记录测试数据。

4.2测试仪器

试验采用的是RC-4HC温湿度测量仪,数量11个。

4.3试验方法

栽培架温湿度测试:集装箱植物工厂一侧栽培架分成A、B两个测试区,每个区域垂直方向设置5个测试点,每个测试点距离灯管的距离为10cm

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。

3  温湿度测点布置图

Fig 3 Layout of temperature and humidity measuring points

5结果与分析

5.1 温度测试分析

测试期间栽培架上A、B两区同一水平方向上的两点温差范围为0℃~1.9℃,A区垂直方向温差范围为3.3℃~3.9℃,B区垂直方向温差范围为3.1℃~3.9℃,室外测试点温度范围为0.4℃~3.7℃。12:00时,室外温度达到全天最高值3.7℃,此时集装箱植物工厂内栽培架上A、B两区同一水平方向上的两点温差范围为0.3℃~1℃;A区垂直方向温差为3.9℃;B区垂直方向温差为3.9℃。室外温度达到最高值时,A、B两区垂直方向温差均达到最大值。测试期间,变频空调系统一直处于制冷状态。由此可见,变频空调系统具有良好的降温均匀性。

 

4各测点温度对比

Fig 4 Temperature comparison of each measuring point

5.2 湿度测试分析

测试期间栽培架上A、B两区同一水平方向上的两点湿度差范围为0.2%~9.8%,A区垂直方向湿度差范围为7.2%~19.4%,B区垂直方向湿度差范围为2%~19.3%,室外测点湿度范围为42.4%~46.6%。11:00时,A、B两区垂直方向湿度差均达到各自最大值,此时室外湿度为45.5%,栽培架上A、B两区同一水平方向上的两点湿度差范围为2.4%~8%17:00时,室外湿度达到测试期间46.6%,此时栽培架上A、B两区同一水平方向上的两点湿度差范围为3%~9%,A区垂直方向湿度差为11.1%,B区垂直方向湿度差为9.5%。

 

 

5 各测点湿对比

Fig 5 Humidity comparison of each measuring point


6
 结论

测试期间栽培架上A、B两区同一水平方向上的两点温差范围为0℃~1.9℃,湿度差范围为0.2%~9.8%;A区垂直方向温差范围为3.3℃~3.9℃,湿度差范围为7.2%~19.4%;B区垂直方向温差范围为3.1℃~3.9℃,湿度差范围为2%~19.3%。通过集装箱植物工厂运行试验测试,其结果表明变频空调系统具有基本保持集装箱植物工厂内部温湿度恒定,噪音小,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]  杨其长.植物工厂现状与发展战略[J].温室园艺,2016(04):9-12.

[2]  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,201606):78-87.

[3]  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(02):177-183.