北方地區草菇室內栽培CO2濃度場控制方法研究

李婧 馬英子

(1.西安建筑科技大學建筑設計研究院,陜西西安 710055;2.中工武大設計研究有限公司,湖北武漢 430070)

北方地區草菇室內栽培CO2濃度場控制方法研究

李婧1馬英子2

(1.西安建筑科技大學建筑設計研究院,陜西西安 710055;2.中工武大設計研究有限公司,湖北武漢 430070)

CO2濃度控制是草菇室內培養的關鍵因素,本文運用CFD模擬軟件對菇房CO2濃度進行分析及模型化研究,在最佳通風方式下,以菇房實測CO2數據和對應的通風量為參數,計算出CO2的發散量,結合草菇生長要求,提出CO2濃度的控制方法。該方法對北方地區草菇菇房的室內環境設計具有參考價值。

CO2濃度 發散量 控制方法

1 前言

根據草菇生長要求,在生長的實質階段,草菇的耗氧量顯著增大,產生大量CO2。為了保障草菇正常生長,按照要求,室內CO2濃度不能超過1000ppmv。論文基于最佳通風方式條件下測試出的數據,推導CO2發散量隨時間的變化方程,得出整個草菇生長期不同時刻CO2濃度控制的通風間隔時間。

2 研究方法

2.1 菇床表面CO2發散量計算方程

式中,x:CO2散發量(g/s),y1:通風前室內空氣中CO2濃度(g/m3),y2:封閉室內空氣中CO2濃度(g/m3),Vf:房間體積(m3),t:封閉時間(s)。

式中,L:全面通風量(m3/s),y0:送風空氣中CO2濃度(g/m3),y1:通風前室內空氣中CO2濃度(g/m3),y2:通風后室內空氣中CO2濃度(g/m3),Vf:房間體積(m3),τ:通風時間(s)。其中L可由式3計算。

式中,l:送風口長度(m),b:送風口寬度(m),v:送風氣流風速(m/s)。

2.2 CO2發散量計算

采用2.1提出的計算方程,結合實際測得的數據,計算獲得各個時間點CO2發散量值。根據CO2發散量值,采用origin軟件擬合得到草菇生長各個階段CO2發散量的變化曲線,見圖1。

圖1 CO2發散量隨時間的變化曲線(T為時間間隔,x為發散量)

式中,A、b、ω均為已知,T:測點時間間隔(h)。

2.3 每次通風間隔時間計算

將式4代入式2,整理可得式5。

因此,對應生長各階段的具體時刻,取定通風時間就可得出該次通風后到下次通風時之間的間隔時間。

2.4 最不利工況分析

從圖1可以看出,草菇生長的CO2濃度最大值沒有超過0.030g/s,通過模擬所采用的CO2發散量均為0.031g/s,因此所得最佳工況能夠滿足草菇生長的最不利情況,即最佳工況完全滿足草菇生長的所需通風要求。

3 結語

本文以草菇生長環境CO2濃度的限制1000ppmv為室內CO2濃度的初始值,計算得出不同通風時長條件下,室內CO2濃度的變化情況。在此基礎上,推導出當完全不通風的情況下草菇生長的CO2發散量,并得出室內CO2濃度上升到限值1000ppmv的時長,即需要開始通風的時刻,這一時間間隔就是草菇生長各階段通風間隔時間。本文的計算方法可用于自動控制的編程,實現將室內CO2濃度控制在1000ppmv以下,保障草菇正常生長。

[1]徐麗,翁培奮等.三種通風方式下的室內氣流組織和室內空氣品質的數值模擬[J].空氣動力學學報,2003,27(6):5～9.

[2]鄭國揚, 廖漢泉.中國草菇生產[M].北京:中國農業出版社,2000.12～25.

[3]張智力等.CFD基本算法及其在暖通空調領域中的運用.能源技術,2002.

[4]陶鴻,劉艷君,滕德斌.環境因子對草菇生長發育影響的灰色綜合評判.生物數學學報,1998 Vol.13 No.2 P.253-256.

[5]李婧.北方寒冷地區草菇室內栽培CO2散發特性及濃度場控制模式的研究.西安建筑科技大學環境與市政工程學院,2007年碩士學位論文.

[6]汪榮鑫.數理統計.西安交通大學出版社.

[7]陸耀慶主編.供暖通風設計手冊.中國建筑工業出版社.

李婧(1982.6.15-),性別:女,籍貫:浙江奉化,學歷:碩士,畢業學院:西安建筑科技大學,現有職稱:工程師,研究方向:暖通空調。