植物工厂室内环境设计常见问题研究

郑文香

(福建省中科生物股份有限公司 福建厦门 361000)

0 引言

随着近几年植物工厂的快速发展，其配套的室内环境要求越来越高。无论是室内装饰、暖通空调还是工艺给排水，均与常规生产厂房有所差异。由于国内暂时没有较实用的权威标准，设计时难以把握尺度。为此，本文整理了国内外一些植物工厂在环境设计、施工方面存在的常见问题，提出了相关改进建议，供大家参考。

1 常见问题

1.1 室内装饰

植物工厂内部装饰材料的选型，除了符合防火、防霉、防潮、少产尘等要求外，还应避免以下错误做法，如表1所示。

表1 室内装饰常见问题

1.2 通风空调

通风空调是影响室内环境质量的主要方面，其中最难把握的是高密度栽培架气流组织的设计。气流组织设计如不合理，则会导致栽培架的不同点位温度偏差较高，设计时，应避免气流顺着过道流动，并尽量使气流穿过栽培架各层，以便使栽培架内种植灯的热量散出，降低栽培架内外的温差。有些项目，在各层栽培间内增加微型风扇，也获得不错的效果。对于一些高大且密集的栽培架，建议应用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法预测，优化气流组织。

图1 左视温度场(左为无风扇，右为有风扇)

图2 俯视温度场(左为无风扇，右为有风扇)

图3 正视温度场(无风扇) 图4 正视温度场(有风扇)

图1～图4是一个高大密集的栽培架，总高度近10 m，共有17层，每层均装有密集的种植灯，散热量大且聚集难以散去，温度均匀性极差。经多次CFD模拟预测，在适当的位置加上微型小风扇后，热量被送至栽培架外，使栽培架内部各层之间得到较好的温度均匀性。

除气流组织设计外，还有以下六点影响因数，在通风空调的设计、施工过程中务必注意,如表2所示。

表2 通风空调常见问题

当采用室外新风消除室内余热(主要为种植灯的散热)时，引入的新风量可按下式[3]估算：

式中L——通风换气量(m3/h);

Q——室内显热发热量(W);

tp——室内排风设计温度(℃);

ts——送风温度(℃)。

1.3 二氧化碳

二氧化碳管路设计时，应避免以下错误做法，如表3所示。

表3 二氧化碳常见问题

1.4 细菌控制

大多数设计人员，往往仅考虑采用高中效过滤器来减少细菌，却忽略了3个影响细菌数量的重要因数，如表4所示。

表4 细菌控制常见问题

1.5 能耗控制

高能耗一直是限制植物工厂发展的主要瓶颈，所以在设计时，应对建筑的总能耗进行估算。如无已投产的类似项目可以参考时，则建议用专业的能耗模拟分析软件进行估算，再根据实际使用情况进行修正。以下数据是某一有洁净要求的植物工厂(以生产叶菜植物为主)能耗模拟分析的结果，如表5所示，供大家参考：

表5 建筑分项能耗数据 kWh/m2

从上述各月能耗数据表1和图5可以看出，种植灯、营养液系统的能耗较为稳定，而空调能耗变化幅度也比传统办公室、家居项目低。全年能耗中，种植灯占65%，空调占25%，营养液系统占10%。当然，该数据不是绝对的，因为不同的植物应采用不同电功率的种植灯，即使是相同的植物，在不同成长阶段，其灯光照射的时间长短也不同，导致种植灯及空调的能耗发生变化。有些植物不是采用营养液(水培)系统，而采用基质栽培(如金线莲)，就没有相关的营养液系统耗电。

图5 建筑逐月各项能耗图

考虑到植物工厂的特点是种植灯发热量大，冬季也要制热，所以在项目上，采用热回收型的空调设备，会提高其节能效果。如上万平方的项目，可考虑采用热回收型水冷螺杆机；一千平方以下的项目采用三管制热回收型变频多联式空调机组。

2 结语

随着室内种植技术的发展，小型植物工厂在低至-40℃的极寒高原地区，高至50℃的炎热沙漠地带，偏僻的海上孤岛，种植实验室等项目中，有着不可替代的作用。虽然其能耗较高，但在综合利用太阳能、天然冷源、自动轮流开灯等技术后，其能耗已大大降低。且优质的室内种植环境培养出了药用价值、营养、口感、成长速度均优于传统室外环境下生长的蔬菜、瓜果、草药。

未来，植物工厂将会在现场农业发展中无处不在，既可以成为繁华都市食物供给的来源，也可以为岛礁、沙漠、高原等特殊场所及时供应蔬菜、瓜果，还将为太空探索中提供食物保障，推动工业、农业的融合发展。