北方地區(qū)草菇室內(nèi)栽培CO2濃度場(chǎng)控制方法研究

李婧 馬英子

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

北方地區(qū)草菇室內(nèi)栽培CO2濃度場(chǎng)控制方法研究

李婧1馬英子2

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

CO2濃度控制是草菇室內(nèi)培養(yǎng)的關(guān)鍵因素,本文運(yùn)用CFD模擬軟件對(duì)菇房CO2濃度進(jìn)行分析及模型化研究,在最佳通風(fēng)方式下,以菇房實(shí)測(cè)CO2數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的通風(fēng)量為參數(shù),計(jì)算出CO2的發(fā)散量,結(jié)合草菇生長(zhǎng)要求,提出CO2濃度的控制方法。該方法對(duì)北方地區(qū)草菇菇房的室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

CO2濃度 發(fā)散量 控制方法

1 前言

根據(jù)草菇生長(zhǎng)要求,在生長(zhǎng)的實(shí)質(zhì)階段,草菇的耗氧量顯著增大,產(chǎn)生大量CO2。為了保障草菇正常生長(zhǎng),按照要求,室內(nèi)CO2濃度不能超過(guò)1000ppmv。論文基于最佳通風(fēng)方式條件下測(cè)試出的數(shù)據(jù),推導(dǎo)CO2發(fā)散量隨時(shí)間的變化方程,得出整個(gè)草菇生長(zhǎng)期不同時(shí)刻CO2濃度控制的通風(fēng)間隔時(shí)間。

2 研究方法

2.1 菇床表面CO2發(fā)散量計(jì)算方程

式中,x:CO2散發(fā)量(g/s),y1:通風(fēng)前室內(nèi)空氣中CO2濃度(g/m3),y2:封閉室內(nèi)空氣中CO2濃度(g/m3),Vf:房間體積(m3),t:封閉時(shí)間(s)。

式中,L:全面通風(fēng)量(m3/s),y0:送風(fēng)空氣中CO2濃度(g/m3),y1:通風(fēng)前室內(nèi)空氣中CO2濃度(g/m3),y2:通風(fēng)后室內(nèi)空氣中CO2濃度(g/m3),Vf:房間體積(m3),τ:通風(fēng)時(shí)間(s)。其中L可由式3計(jì)算。

式中,l:送風(fēng)口長(zhǎng)度(m),b:送風(fēng)口寬度(m),v:送風(fēng)氣流風(fēng)速(m/s)。

2.2 CO2發(fā)散量計(jì)算

采用2.1提出的計(jì)算方程,結(jié)合實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù),計(jì)算獲得各個(gè)時(shí)間點(diǎn)CO2發(fā)散量值。根據(jù)CO2發(fā)散量值,采用origin軟件擬合得到草菇生長(zhǎng)各個(gè)階段CO2發(fā)散量的變化曲線,見圖1。

圖1 CO2發(fā)散量隨時(shí)間的變化曲線(T為時(shí)間間隔,x為發(fā)散量)

式中,A、b、ω均為已知,T:測(cè)點(diǎn)時(shí)間間隔(h)。

2.3 每次通風(fēng)間隔時(shí)間計(jì)算

將式4代入式2,整理可得式5。

因此,對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)各階段的具體時(shí)刻,取定通風(fēng)時(shí)間就可得出該次通風(fēng)后到下次通風(fēng)時(shí)之間的間隔時(shí)間。

2.4 最不利工況分析

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

3 結(jié)語(yǔ)

本文以草菇生長(zhǎng)環(huán)境CO2濃度的限制1000ppmv為室內(nèi)CO2濃度的初始值,計(jì)算得出不同通風(fēng)時(shí)長(zhǎng)條件下,室內(nèi)CO2濃度的變化情況。在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出當(dāng)完全不通風(fēng)的情況下草菇生長(zhǎng)的CO2發(fā)散量,并得出室內(nèi)CO2濃度上升到限值1000ppmv的時(shí)長(zhǎng),即需要開始通風(fēng)的時(shí)刻,這一時(shí)間間隔就是草菇生長(zhǎng)各階段通風(fēng)間隔時(shí)間。本文的計(jì)算方法可用于自動(dòng)控制的編程,實(shí)現(xiàn)將室內(nèi)CO2濃度控制在1000ppmv以下,保障草菇正常生長(zhǎng)。

[1]徐麗,翁培奮等.三種通風(fēng)方式下的室內(nèi)氣流組織和室內(nèi)空氣品質(zhì)的數(shù)值模擬[J].空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào),2003,27(6):5～9.

[2]鄭國(guó)揚(yáng), 廖漢泉.中國(guó)草菇生產(chǎn)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000.12～25.

[3]張智力等.CFD基本算法及其在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的運(yùn)用.能源技術(shù),2002.

[4]陶鴻,劉艷君,滕德斌.環(huán)境因子對(duì)草菇生長(zhǎng)發(fā)育影響的灰色綜合評(píng)判.生物數(shù)學(xué)學(xué)報(bào),1998 Vol.13 No.2 P.253-256.

[5]李婧.北方寒冷地區(qū)草菇室內(nèi)栽培CO2散發(fā)特性及濃度場(chǎng)控制模式的研究.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,2007年碩士學(xué)位論文.

[6]汪榮鑫.數(shù)理統(tǒng)計(jì).西安交通大學(xué)出版社.

[7]陸耀慶主編.供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

李婧(1982.6.15-),性別:女,籍貫:浙江奉化,學(xué)歷:碩士,畢業(yè)學(xué)院:西安建筑科技大學(xué),現(xiàn)有職稱:工程師,研究方向:暖通空調(diào)。