植物工厂根域通风技术对生菜微环境与生长的影响
发布时间：2021-09-05 15:15
随着植物工厂相关技术的不断成熟以及消费者对高品质蔬菜需求的不断提高,空间大型化、栽培密集化的生产型植物工厂建设规模不断扩大。常规空调+风道的环控方式受植物叶片生理活动及冠层边界层阻力影响,难以保证栽培区域各处气流均匀,导致温度场、湿度场与设定值出现偏差,部分区域热量积累严重,能源利用效率较低,环控效果较差。与此同时,蔬菜在这一环境下会出现生长受限,病害增加,产量降低等现象,达不到未来植物工厂对产量和品质的需求。针对这一问题,本研究提出针对各栽培区进行精准微环境调控的解决思路,并首次提出以栽培板和营养液间空气层作为气流通道,将适宜参数空气直接输送至蔬菜周围的解决方案。研究对根域通风这一创新的气流组织形式以及蔬菜常规环控方式（CEC）下的气流分布特征进行了CFD（Computational Fluid Dynamics）模拟,对蔬菜冠层上部自下而上及侧向通风气流特征进行了描述,明确了常规环控方式存在的问题,探明了根域通风的理论可行性。为了验证模拟的准确性,研究开发出根域通风系统（RV）,以定植栽培20天后的生菜作为试材,在同一环境条件下对低速连续通风（LCRV）、高速间隔通风（HIRV）与...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本研究的技术路线图
作物模型验证试验在中国农业科学院开放式风洞中进行。风洞试验段为940mm(长)×600mm(宽)×600mm(高),由5mm厚的聚苯乙烯板制成。气流由直径500mm、最大转速1450rpm的风机供给,最大风速可达5m·s-1。试验采用单层栽培系统进行生菜水培,成熟生菜冠层高度可达100mm。因此,研究采用处于收获期的完全成熟的生菜用于模拟影响植物工厂气流分布的最坏情况。图2-1为风洞装置及测点分布图,其中靠近生菜冠层的测点5个,其余测点32个。风洞试验采用6株成熟生菜(var.ramosa Hort.)进行,生菜种植在面积约0.6 m×0.4 m的栽培板上。植株冠层平均高度为100 mm,叶面积指数(LAI,Leaf Area Index)为4.7。当种植密度为21株·m-2,植株在x、y方向的间距均为220mm。空气速度测量点位于8个高度(200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm和550 mm)如图2-1所示。利用热线风速计(Climomaster 6501-BG,日本加野麦克斯公司)测量气流速度。将风洞内部37个点的实验测量值与相应的模拟数据进行比较,并计算每个点的百分比误差,以评估多孔介质特性的准确性。
该研究设计制造了一套根域通风(RV,root zone ventilation)系统,其工作原理如图2-2所示。植物工厂环境空气经风机导入栽培板下方与营养液面上方的空气层中(高度20 mm),经栽培板蔬菜定植孔周围预留的通气孔自下而上排出,调节植物微环境。RV系统主要由离心风机(BFB1212HH,台达电子企业管理有限公司)及其控制系统组成。其中,风机出风口通过一连接管(108 mm×30 mm)固定于栽培板一端(图2-3a),在控制系统作用下可调整其工作时间,运行间隔及转速。试验栽培槽规格0.7m×1.5 m,使用2块栽培板覆盖,共32个定植孔(4行8列)。围绕各栽培孔使用电热开孔器均匀开8个直径5 mm的通气孔(通气单元),孔心至栽培孔中心20 mm(图2-3b)。为了准确的测量风速,我们采用薄塑料板进行弯折制作一直筒风管,其半径刚好能够覆盖整个通气单元,其高度在栽培板与光源板间距范围内尽量长,并与光源板保持一定距离,使通气单元中各通气孔的气流在直筒风管内充分混合后从顶端流出。最终确定所用直筒风管半径48 mm,高300 mm。在距该风管顶端50 mm处开一直径9 mm的风速检测孔(图2-3c),用于风速检测。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于风洞系统的生菜空气动力学研究[J]. 张晨,方慧,程瑞锋,杨其长,魏晓然,吴晨溶. 中国农业大学学报. 2019(12)
[2]微型植物工厂营养液循环控制系统设计[J]. 罗孟德,贾鹤鸣,赵文科,朱传旭,杨泽文. 科技创新与生产力. 2017(05)
[3]人工光型及太阳光型植物工厂空调应用技术[J]. 古在丰树,李明. 农业工程技术. 2016(13)
[4]植物工厂现状与发展战略[J]. 杨其长. 农业工程技术. 2016(10)
[5]太阳能光伏-地源热泵式供能植物工厂空调系统[J]. 陈慧子,石惠娴,裴晓梅,游煜成,朱洪光. 建筑节能. 2013(11)
[6]人工光植物工厂风机和空调协同降温节能效果[J]. 王君,杨其长,魏灵玲,仝宇欣. 农业工程学报. 2013(03)
[7]不同营养液配方对雾培生菜生物量和营养品质的影响[J]. 丁文雅,邬小撑,刘敏娜,王军君,林咸永. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2012(02)
[8]断氮处理对生菜中硝酸盐与维生素C含量的影响[J]. 刘文科,杨其长,邱志平. 华北农学报. 2011(S1)
[9]不同营养液浓度对温室盆栽黄瓜产量与品质的影响[J]. 李邵,薛绪掌,齐飞,周长吉,郭文善,陈菲. 植物营养与肥料学报. 2011(06)
[10]短期连续光照下水培生菜品质指标变化及其关联性分析[J]. 周晚来,刘文科,闻婧,杨其长. 中国生态农业学报. 2011(06)
硕士论文
[1]人工光源条件下营养液条件对水培生菜生长的影响[D]. 齐敬伟.河北农业大学 2015
[2]营养液自适应控制机制研究[D]. 何海东.中国科学技术大学 2011
[3]人工光源在闭锁式植物工厂中的应用研究[D]. 刘水丽.中国农业科学院 2007
[4]密闭式人工光组培室的环境控制与洁净技术的研究[D]. 刘再亮.中国农业大学 2004
[5]生菜水培营养液配方模型构建及专家系统的建立[D]. 杨振超.西北农林科技大学 2002
本文编号：3385584
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本研究的技术路线图
作物模型验证试验在中国农业科学院开放式风洞中进行。风洞试验段为940mm(长)×600mm(宽)×600mm(高),由5mm厚的聚苯乙烯板制成。气流由直径500mm、最大转速1450rpm的风机供给,最大风速可达5m·s-1。试验采用单层栽培系统进行生菜水培,成熟生菜冠层高度可达100mm。因此,研究采用处于收获期的完全成熟的生菜用于模拟影响植物工厂气流分布的最坏情况。图2-1为风洞装置及测点分布图,其中靠近生菜冠层的测点5个,其余测点32个。风洞试验采用6株成熟生菜(var.ramosa Hort.)进行,生菜种植在面积约0.6 m×0.4 m的栽培板上。植株冠层平均高度为100 mm,叶面积指数(LAI,Leaf Area Index)为4.7。当种植密度为21株·m-2,植株在x、y方向的间距均为220mm。空气速度测量点位于8个高度(200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm和550 mm)如图2-1所示。利用热线风速计(Climomaster 6501-BG,日本加野麦克斯公司)测量气流速度。将风洞内部37个点的实验测量值与相应的模拟数据进行比较,并计算每个点的百分比误差,以评估多孔介质特性的准确性。
该研究设计制造了一套根域通风(RV,root zone ventilation)系统,其工作原理如图2-2所示。植物工厂环境空气经风机导入栽培板下方与营养液面上方的空气层中(高度20 mm),经栽培板蔬菜定植孔周围预留的通气孔自下而上排出,调节植物微环境。RV系统主要由离心风机(BFB1212HH,台达电子企业管理有限公司)及其控制系统组成。其中,风机出风口通过一连接管(108 mm×30 mm)固定于栽培板一端(图2-3a),在控制系统作用下可调整其工作时间,运行间隔及转速。试验栽培槽规格0.7m×1.5 m,使用2块栽培板覆盖,共32个定植孔(4行8列)。围绕各栽培孔使用电热开孔器均匀开8个直径5 mm的通气孔(通气单元),孔心至栽培孔中心20 mm(图2-3b)。为了准确的测量风速,我们采用薄塑料板进行弯折制作一直筒风管,其半径刚好能够覆盖整个通气单元,其高度在栽培板与光源板间距范围内尽量长,并与光源板保持一定距离,使通气单元中各通气孔的气流在直筒风管内充分混合后从顶端流出。最终确定所用直筒风管半径48 mm,高300 mm。在距该风管顶端50 mm处开一直径9 mm的风速检测孔(图2-3c),用于风速检测。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于风洞系统的生菜空气动力学研究[J]. 张晨,方慧,程瑞锋,杨其长,魏晓然,吴晨溶. 中国农业大学学报. 2019(12)
[2]微型植物工厂营养液循环控制系统设计[J]. 罗孟德,贾鹤鸣,赵文科,朱传旭,杨泽文. 科技创新与生产力. 2017(05)
[3]人工光型及太阳光型植物工厂空调应用技术[J]. 古在丰树,李明. 农业工程技术. 2016(13)
[4]植物工厂现状与发展战略[J]. 杨其长. 农业工程技术. 2016(10)
[5]太阳能光伏-地源热泵式供能植物工厂空调系统[J]. 陈慧子,石惠娴,裴晓梅,游煜成,朱洪光. 建筑节能. 2013(11)
[6]人工光植物工厂风机和空调协同降温节能效果[J]. 王君,杨其长,魏灵玲,仝宇欣. 农业工程学报. 2013(03)
[7]不同营养液配方对雾培生菜生物量和营养品质的影响[J]. 丁文雅,邬小撑,刘敏娜,王军君,林咸永. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2012(02)
[8]断氮处理对生菜中硝酸盐与维生素C含量的影响[J]. 刘文科,杨其长,邱志平. 华北农学报. 2011(S1)
[9]不同营养液浓度对温室盆栽黄瓜产量与品质的影响[J]. 李邵,薛绪掌,齐飞,周长吉,郭文善,陈菲. 植物营养与肥料学报. 2011(06)
[10]短期连续光照下水培生菜品质指标变化及其关联性分析[J]. 周晚来,刘文科,闻婧,杨其长. 中国生态农业学报. 2011(06)
硕士论文
[1]人工光源条件下营养液条件对水培生菜生长的影响[D]. 齐敬伟.河北农业大学 2015
[2]营养液自适应控制机制研究[D]. 何海东.中国科学技术大学 2011
[3]人工光源在闭锁式植物工厂中的应用研究[D]. 刘水丽.中国农业科学院 2007
[4]密闭式人工光组培室的环境控制与洁净技术的研究[D]. 刘再亮.中国农业大学 2004
[5]生菜水培营养液配方模型构建及专家系统的建立[D]. 杨振超.西北农林科技大学 2002
本文编号：3385584
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