隨著植物工廠相關(guān)技術(shù)的不斷成熟以及消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)蔬菜需求的不斷提高,空間大型化、栽培密集化的生產(chǎn)型植物工廠建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。常規(guī)空調(diào)+風(fēng)道的環(huán)控方式受植物葉片生理活動(dòng)及冠層邊界層阻力影響,難以保證栽培區(qū)域各處氣流均勻,導(dǎo)致溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)與設(shè)定值出現(xiàn)偏差,部分區(qū)域熱量積累嚴(yán)重,能源利用效率較低,環(huán)控效果較差。與此同時(shí),蔬菜在這一環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)受限,病害增加,產(chǎn)量降低等現(xiàn)象,達(dá)不到未來(lái)植物工廠對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的需求。針對(duì)這一問(wèn)題,本研究提出針對(duì)各栽培區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)微環(huán)境調(diào)控的解決思路,并首次提出以栽培板和營(yíng)養(yǎng)液間空氣層作為氣流通道,將適宜參數(shù)空氣直接輸送至蔬菜周圍的解決方案。研究對(duì)根域通風(fēng)這一創(chuàng)新的氣流組織形式以及蔬菜常規(guī)環(huán)控方式（CEC）下的氣流分布特征進(jìn)行了CFD（Computational Fluid Dynamics）模擬,對(duì)蔬菜冠層上部自下而上及側(cè)向通風(fēng)氣流特征進(jìn)行了描述,明確了常規(guī)環(huán)控方式存在的問(wèn)題,探明了根域通風(fēng)的理論可行性。為了驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性,研究開發(fā)出根域通風(fēng)系統(tǒng)（RV）,以定植栽培20天后的生菜作為試材,在同一環(huán)境條件下對(duì)低速連續(xù)通風(fēng)（LCRV）、高速間隔通風(fēng)（HIRV）與... 

【文章來(lái)源】：西北農(nóng)林科技大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：118 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

本研究的技術(shù)路線圖

作物模型驗(yàn)證試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院開放式風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞試驗(yàn)段為940mm(長(zhǎng))×600mm(寬)×600mm(高),由5mm厚的聚苯乙烯板制成。氣流由直徑500mm、最大轉(zhuǎn)速1450rpm的風(fēng)機(jī)供給,最大風(fēng)速可達(dá)5m·s-1。試驗(yàn)采用單層栽培系統(tǒng)進(jìn)行生菜水培,成熟生菜冠層高度可達(dá)100mm。因此,研究采用處于收獲期的完全成熟的生菜用于模擬影響植物工廠氣流分布的最壞情況。圖2-1為風(fēng)洞裝置及測(cè)點(diǎn)分布圖,其中靠近生菜冠層的測(cè)點(diǎn)5個(gè),其余測(cè)點(diǎn)32個(gè)。風(fēng)洞試驗(yàn)采用6株成熟生菜(var.ramosa Hort.)進(jìn)行,生菜種植在面積約0.6 m×0.4 m的栽培板上。植株冠層平均高度為100 mm,葉面積指數(shù)(LAI,Leaf Area Index)為4.7。當(dāng)種植密度為21株·m-2,植株在x、y方向的間距均為220mm�？諝馑俣葴y(cè)量點(diǎn)位于8個(gè)高度(200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm和550 mm)如圖2-1所示。利用熱線風(fēng)速計(jì)(Climomaster 6501-BG,日本加野麥克斯公司)測(cè)量氣流速度。將風(fēng)洞內(nèi)部37個(gè)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與相應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,并計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的百分比誤差,以評(píng)估多孔介質(zhì)特性的準(zhǔn)確性。

該研究設(shè)計(jì)制造了一套根域通風(fēng)(RV,root zone ventilation)系統(tǒng),其工作原理如圖2-2所示。植物工廠環(huán)境空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)導(dǎo)入栽培板下方與營(yíng)養(yǎng)液面上方的空氣層中(高度20 mm),經(jīng)栽培板蔬菜定植孔周圍預(yù)留的通氣孔自下而上排出,調(diào)節(jié)植物微環(huán)境。RV系統(tǒng)主要由離心風(fēng)機(jī)(BFB1212HH,臺(tái)達(dá)電子企業(yè)管理有限公司)及其控制系統(tǒng)組成。其中,風(fēng)機(jī)出風(fēng)口通過(guò)一連接管(108 mm×30 mm)固定于栽培板一端(圖2-3a),在控制系統(tǒng)作用下可調(diào)整其工作時(shí)間,運(yùn)行間隔及轉(zhuǎn)速。試驗(yàn)栽培槽規(guī)格0.7m×1.5 m,使用2塊栽培板覆蓋,共32個(gè)定植孔(4行8列)。圍繞各栽培孔使用電熱開孔器均勻開8個(gè)直徑5 mm的通氣孔(通氣單元),孔心至栽培孔中心20 mm(圖2-3b)。為了準(zhǔn)確的測(cè)量風(fēng)速,我們采用薄塑料板進(jìn)行彎折制作一直筒風(fēng)管,其半徑剛好能夠覆蓋整個(gè)通氣單元,其高度在栽培板與光源板間距范圍內(nèi)盡量長(zhǎng),并與光源板保持一定距離,使通氣單元中各通氣孔的氣流在直筒風(fēng)管內(nèi)充分混合后從頂端流出。最終確定所用直筒風(fēng)管半徑48 mm,高300 mm。在距該風(fēng)管頂端50 mm處開一直徑9 mm的風(fēng)速檢測(cè)孔(圖2-3c),用于風(fēng)速檢測(cè)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于風(fēng)洞系統(tǒng)的生菜空氣動(dòng)力學(xué)研究[J]. 張晨,方慧,程瑞鋒,楊其長(zhǎng),魏曉然,吳晨溶.  中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(12)
[2]微型植物工廠營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 羅孟德,賈鶴鳴,趙文科,朱傳旭,楊澤文.  科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力. 2017(05)
[3]人工光型及太陽(yáng)光型植物工廠空調(diào)應(yīng)用技術(shù)[J]. 古在豐樹,李明.  農(nóng)業(yè)工程技術(shù). 2016(13)
[4]植物工廠現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 楊其長(zhǎng).  農(nóng)業(yè)工程技術(shù). 2016(10)
[5]太陽(yáng)能光伏-地源熱泵式供能植物工廠空調(diào)系統(tǒng)[J]. 陳慧子,石惠嫻,裴曉梅,游煜成,朱洪光.  建筑節(jié)能. 2013(11)
[6]人工光植物工廠風(fēng)機(jī)和空調(diào)協(xié)同降溫節(jié)能效果[J]. 王君,楊其長(zhǎng),魏靈玲,仝宇欣.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2013(03)
[7]不同營(yíng)養(yǎng)液配方對(duì)霧培生菜生物量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響[J]. 丁文雅,鄔小撐,劉敏娜,王軍君,林咸永.  浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版). 2012(02)
[8]斷氮處理對(duì)生菜中硝酸鹽與維生素C含量的影響[J]. 劉文科,楊其長(zhǎng),邱志平.  華北農(nóng)學(xué)報(bào). 2011(S1)
[9]不同營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)溫室盆栽黃瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J]. 李邵,薛緒掌,齊飛,周長(zhǎng)吉,郭文善,陳菲.  植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào). 2011(06)
[10]短期連續(xù)光照下水培生菜品質(zhì)指標(biāo)變化及其關(guān)聯(lián)性分析[J]. 周晚來(lái),劉文科,聞婧,楊其長(zhǎng).  中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào). 2011(06)

碩士論文
[1]人工光源條件下營(yíng)養(yǎng)液條件對(duì)水培生菜生長(zhǎng)的影響[D]. 齊敬偉.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015
[2]營(yíng)養(yǎng)液自適應(yīng)控制機(jī)制研究[D]. 何海東.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011
[3]人工光源在閉鎖式植物工廠中的應(yīng)用研究[D]. 劉水麗.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 2007
[4]密閉式人工光組培室的環(huán)境控制與潔凈技術(shù)的研究[D]. 劉再亮.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 2004
[5]生菜水培營(yíng)養(yǎng)液配方模型構(gòu)建及專家系統(tǒng)的建立[D]. 楊振超.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2002



本文編號(hào)：3385584