植物工廠室內環境設計常見問題研究

鄭文香

(福建省中科生物股份有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

隨著近幾年植物工廠的快速發展，其配套的室內環境要求越來越高。無論是室內裝飾、暖通空調還是工藝給排水，均與常規生產廠房有所差異。由于國內暫時沒有較實用的權威標準，設計時難以把握尺度。為此，本文整理了國內外一些植物工廠在環境設計、施工方面存在的常見問題，提出了相關改進建議，供大家參考。

1 常見問題

1.1 室內裝飾

植物工廠內部裝飾材料的選型，除了符合防火、防霉、防潮、少產塵等要求外，還應避免以下錯誤做法，如表1所示。

表1 室內裝飾常見問題

1.2 通風空調

通風空調是影響室內環境質量的主要方面，其中最難把握的是高密度栽培架氣流組織的設計。氣流組織設計如不合理，則會導致栽培架的不同點位溫度偏差較高，設計時，應避免氣流順著過道流動，并盡量使氣流穿過栽培架各層，以便使栽培架內種植燈的熱量散出，降低栽培架內外的溫差。有些項目，在各層栽培間內增加微型風扇，也獲得不錯的效果。對于一些高大且密集的栽培架，建議應用計算流體動力學(CFD)數值模擬方法預測，優化氣流組織。

圖1 左視溫度場(左為無風扇，右為有風扇)

圖2 俯視溫度場(左為無風扇，右為有風扇)

圖3 正視溫度場(無風扇) 圖4 正視溫度場(有風扇)

圖1～圖4是一個高大密集的栽培架，總高度近10 m，共有17層，每層均裝有密集的種植燈，散熱量大且聚集難以散去，溫度均勻性極差。經多次CFD模擬預測，在適當的位置加上微型小風扇后，熱量被送至栽培架外，使栽培架內部各層之間得到較好的溫度均勻性。

除氣流組織設計外，還有以下六點影響因數，在通風空調的設計、施工過程中務必注意,如表2所示。

表2 通風空調常見問題

當采用室外新風消除室內余熱(主要為種植燈的散熱)時，引入的新風量可按下式[3]估算：

式中L——通風換氣量(m3/h);

Q——室內顯熱發熱量(W);

tp——室內排風設計溫度(℃);

ts——送風溫度(℃)。

1.3 二氧化碳

二氧化碳管路設計時，應避免以下錯誤做法，如表3所示。

表3 二氧化碳常見問題

1.4 細菌控制

大多數設計人員，往往僅考慮采用高中效過濾器來減少細菌，卻忽略了3個影響細菌數量的重要因數，如表4所示。

表4 細菌控制常見問題

1.5 能耗控制

高能耗一直是限制植物工廠發展的主要瓶頸，所以在設計時，應對建筑的總能耗進行估算。如無已投產的類似項目可以參考時，則建議用專業的能耗模擬分析軟件進行估算，再根據實際使用情況進行修正。以下數據是某一有潔凈要求的植物工廠(以生產葉菜植物為主)能耗模擬分析的結果，如表5所示，供大家參考：

表5 建筑分項能耗數據 kWh/m2

從上述各月能耗數據表1和圖5可以看出，種植燈、營養液系統的能耗較為穩定，而空調能耗變化幅度也比傳統辦公室、家居項目低。全年能耗中，種植燈占65%，空調占25%，營養液系統占10%。當然，該數據不是絕對的，因為不同的植物應采用不同電功率的種植燈，即使是相同的植物，在不同成長階段，其燈光照射的時間長短也不同，導致種植燈及空調的能耗發生變化。有些植物不是采用營養液(水培)系統，而采用基質栽培(如金線蓮)，就沒有相關的營養液系統耗電。

圖5 建筑逐月各項能耗圖

考慮到植物工廠的特點是種植燈發熱量大，冬季也要制熱，所以在項目上，采用熱回收型的空調設備，會提高其節能效果。如上萬平方的項目，可考慮采用熱回收型水冷螺桿機；一千平方以下的項目采用三管制熱回收型變頻多聯式空調機組。

2 結語

隨著室內種植技術的發展，小型植物工廠在低至-40℃的極寒高原地區，高至50℃的炎熱沙漠地帶，偏僻的海上孤島，種植實驗室等項目中，有著不可替代的作用。雖然其能耗較高，但在綜合利用太陽能、天然冷源、自動輪流開燈等技術后，其能耗已大大降低。且優質的室內種植環境培養出了藥用價值、營養、口感、成長速度均優于傳統室外環境下生長的蔬菜、瓜果、草藥。

未來，植物工廠將會在現場農業發展中無處不在，既可以成為繁華都市食物供給的來源，也可以為島礁、沙漠、高原等特殊場所及時供應蔬菜、瓜果，還將為太空探索中提供食物保障，推動工業、農業的融合發展。