現(xiàn)代光電植物工廠室內(nèi)氣流潔凈系統(tǒng)及在潔凈廠房中的應(yīng)用.pdf

Constructionindoorairflowcleaningsystem cleanworkshop systemapplication 中圖分類號 TU834 82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B 文章編號 1007 9467 2022 12 0026 04 DOI 10 13616 ki gcjsysj 2022 12 208 26 包含 1 樓辦公研究及公共實(shí)驗(yàn)平臺 2 樓院士工作站 3 樓實(shí) 驗(yàn)展示平臺 本工程植物工廠建設(shè)于 3 號樓展示平臺 2 層 工廠總面 積為 240 m 2 主要包括更衣室 清洗操作間 營養(yǎng)液房 植物栽 培區(qū) 自動循環(huán)大型展示架等 植物工廠為全人工光型植物工 廠 兼具參觀 教學(xué)及生產(chǎn)功能 主要利用 LED 植物光譜技術(shù) 和無土化植物栽培技術(shù) 采用自動化環(huán)境控制及智能化裝備 在凈化廠房進(jìn)行葉菜類作物工廠化種植 其生產(chǎn)完全不受外 界環(huán)境條件影響 可進(jìn)行葉菜連續(xù)周年性生產(chǎn) 3 現(xiàn)代光電植物工廠室內(nèi)氣流潔凈系統(tǒng)研發(fā) 3 1 問題分析 根據(jù)種植物生產(chǎn)工藝 以及廠房的參觀需求 廠房總體布 局分為 3個區(qū) 栽培區(qū) 輔助功能區(qū) 參觀區(qū) 栽培區(qū)共設(shè) 1個 栽培間 面積共為 96 m 2 蔬菜栽培間內(nèi)共布置 41 套種植模 組 其中 煉苗模組 1 套 育苗期模組 4 套 栽培期模組 36 套 根據(jù)栽培模組尺寸 要求種植區(qū)吊頂下最低高度 3 2 m 輔助 功能區(qū)分為 4 個區(qū)間 更衣室 操作區(qū) 清洗間 營養(yǎng)液房 參 觀區(qū)位于廠房里西側(cè) 可以參觀工廠整個流程 包括營養(yǎng)液 生產(chǎn)操作 植物栽培 本項(xiàng)目植物工廠為全人工光型植物工 廠 兼具參觀 教學(xué)及生產(chǎn)功能 潔凈度要求為 30 萬級 如何 保證植物工廠的潔凈度和美觀性成為關(guān)鍵所在 植物工廠施工具有施工區(qū)有限 層高較高等特點(diǎn) 項(xiàng)目植 物同種植區(qū)域的溫差可控制在 1 以內(nèi) 并保證室內(nèi)溫濕度 的均勻性 相對濕度控制在 50 95 5 潔凈度達(dá)到 30萬級別 為達(dá)到要求 以夏季室內(nèi)的種植燈的散熱量26 6 kW 送回風(fēng)溫差 9 時為例 所需送風(fēng)量需達(dá)到 17 500 m 3 h 最大 換氣次數(shù)需達(dá)到 15 20次 h 雖然矢流氣流流形施工技術(shù)滿足項(xiàng)目要求 但是該工藝 無法對本項(xiàng)目植物工廠氣流潔凈做到全覆蓋 本項(xiàng)目為特定 值范圍實(shí)驗(yàn)室 現(xiàn)有技術(shù)無法滿足相關(guān)方要求 通過現(xiàn)代光電 植物工廠室內(nèi)氣流潔凈系統(tǒng)的研發(fā) 將設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)定為確保 植物工廠換氣次數(shù) 20次 h 3 2 方案比選 綜合植物工廠潔凈原理 溫濕度控制 過濾程度 送風(fēng)量 冷耗等指標(biāo) 圍繞排風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)方式的角度 提出 3 種創(chuàng)新 性的植物工廠綜合施工方案 方案一為單向流潔凈室 采用室內(nèi)垂直或水平單側(cè)送風(fēng) 的方式 通過活塞和擠壓原理實(shí)現(xiàn)凈化氣流的目的 該方案構(gòu) 造簡單 運(yùn)行后短時間內(nèi)即可變成穩(wěn)定氣流 但隨著機(jī)器和人 員流動 會使單向流變成紊流 在障礙物周圍形成氣流團(tuán) 從 而弱化凈化效果 成本投入約為 800萬元 方案二為非單向流潔凈室 氣流流形為頂送下回 頂送頂 回 頂送下側(cè)回 運(yùn)用了稀釋原理 該方案容易管理 同樣可以 在短時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài) 但構(gòu)造費(fèi)用較高 彈性運(yùn)用空 間困難 維修維護(hù)比較麻煩 成本投入約為 700萬元 方案三為混合流潔凈室 將非單向流和垂直單向流混合 在一起 具有建造成本低 構(gòu)造簡單 過濾效率高 潔凈效果好 等優(yōu)點(diǎn) 但系統(tǒng)重新啟動達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)需要花費(fèi)一定的 時間 成本投入約為 500萬元 考慮到植物工廠潔凈度 氣密性 溫濕度控制指標(biāo) 投入 成本等方面因素 決定選用方案三混合流潔凈室 1 3 3 系統(tǒng)分解 混合流植物工廠室內(nèi)潔凈系統(tǒng)主要包括裝飾裝修系統(tǒng) 凈化空調(diào)系統(tǒng) 排風(fēng)及廢氣處理系統(tǒng) 具體分解如圖 1所示 圖1 混合流植物工廠室內(nèi)潔凈系統(tǒng)分解圖 Public Utilities Design 公用工程設(shè)計(jì) 27 Construction DesignForProject 工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 3 3 1 吊頂系統(tǒng) 根據(jù)研發(fā)目標(biāo)及現(xiàn)場實(shí)際情況 對吊頂施工的選擇方案 進(jìn)行了對比 雙層紙面石膏板吊頂施工難度簡單 價格較為便 宜 且適用空氣潔凈度等級符合潔凈室設(shè)計(jì)要求 而雙層金屬 板材吊頂造價更高 施工較難 二者的燃燒性能等級均為 A 級 所以 最終選用雙層紙面石膏板吊頂 3 3 2 墻體系統(tǒng) 樹脂板內(nèi)墻面和巖棉夾芯金屬壁板內(nèi)墻均能滿足空氣潔 凈度等級要求 樹脂板內(nèi)墻面抗菌防腐蝕 不易老化 使用壽 命長 抗污性強(qiáng) 不易變形 但存在熱膨脹的缺點(diǎn) 而且工序 復(fù)雜 成本較高 巖棉夾芯金屬壁板內(nèi)墻防火性能優(yōu)異 保溫 隔熱性好 吸聲隔熱效果顯著 但強(qiáng)度一般 根據(jù)綜合成本及 實(shí)用性 選擇采用巖棉夾芯金屬壁板內(nèi)墻作為植物工廠圍護(hù) 結(jié)構(gòu) 3 3 3 凈化空調(diào)系統(tǒng) 組合式空氣處理機(jī)組 冷水機(jī)組雖然控制效果好 在送 風(fēng)過程中空氣被污染的風(fēng)險小 但造價較高 空間需求大 變 頻空調(diào)機(jī)組 增壓風(fēng)機(jī)不需要占用機(jī)房面積 布置相對靈活 能夠滿足潔凈度要求 而且造價較低 綜合溫度 濕度控制性 能和安裝布置合理性 選擇采用變頻空調(diào)機(jī)組 增壓風(fēng)機(jī)作 為凈化空調(diào)系統(tǒng) 3 3 4 排風(fēng)及廢氣處理系統(tǒng) 高效送風(fēng)口通用性強(qiáng) 施工簡單 能夠保證氣流的噴射速 度 防止產(chǎn)生渦流 但如果一臺出現(xiàn)故障 對整個送風(fēng)系統(tǒng)影 響很大 后期維護(hù)費(fèi)用較高 FFU 送風(fēng)口則不會出現(xiàn)這個問 題 即使少量送風(fēng)口出現(xiàn)故障 也不會對潔凈室運(yùn)行造成嚴(yán)重 影響 而且更加節(jié)省空間 工期更短 可靈活調(diào)整 系統(tǒng)靜壓箱 為負(fù)壓 如果風(fēng)口安裝存在泄漏 也是從潔凈室向靜壓箱泄 漏 不會污染潔凈室 經(jīng)過對排風(fēng)及廢氣處理系統(tǒng)出風(fēng)穩(wěn)定 性 節(jié)能性 實(shí)施難度 成本及后期維修等方面進(jìn)行考慮 且由 于風(fēng)機(jī)自帶過濾器 選擇風(fēng)機(jī)過濾機(jī)組 FFU 送風(fēng)口作為排風(fēng) 及廢氣處理系統(tǒng)的終端過濾裝置 通過對吊頂系統(tǒng) 墻體系統(tǒng) 凈化空氣系統(tǒng) 排風(fēng)及廢氣 處理系統(tǒng)的多方案必選 最終確定了最佳設(shè)計(jì)方案 具體如圖 2所示 4 現(xiàn)代光電植物工廠室內(nèi)氣流潔凈系統(tǒng)在潔 凈廠房中的應(yīng)用 4 1 實(shí)施過程控制 4 1 1 吊頂系統(tǒng)安裝 首先對植物工廠頂棚進(jìn)行深化設(shè)計(jì) 進(jìn)一步細(xì)化吊頂材 質(zhì)規(guī)格和連接方式做法大樣圖 紙面石膏板采用三明治式結(jié) 構(gòu) 兩面為烤漆彩鋼板 鋼板厚度控制在 0 5 mm 中間采用高 密度絕緣隔熱夾芯材料紙蜂窩 彩鋼板內(nèi)加入石膏 這樣能增 加頂板強(qiáng)度 方便人員開展維修工作 板材之間采用內(nèi)置式鋁 龍骨連接 形成連續(xù)自支撐結(jié)構(gòu)的墻 使用硅膠進(jìn)行接縫密封 處理 頂板采用支架和 M 8螺紋鋼固定在建筑頂上 吊頂安裝 流程為 選用直徑為 6 mm的輕鋼龍骨吊桿按照標(biāo)高固定 大 龍骨 中龍骨和小龍骨依次固定 最后進(jìn)行紙面石膏板安裝與 飾面 安裝完成后 加強(qiáng)質(zhì)量檢查 按照板間接縫誤差 3 0mm 接縫高低差 1 0 mm的預(yù)定目標(biāo) 檢驗(yàn)安裝接縫平直度 高低 差是否符合要求 接縫平直度時使用 5 m線拉通線 用鋼直尺 進(jìn)行檢查 接縫高低差通過鋼尺和塞尺檢查 2 4 1 2 墻體系統(tǒng)安裝 首先對植物工廠墻體進(jìn)行深化設(shè)計(jì) 進(jìn)一步細(xì)化隔墻材 質(zhì) 各組件銜接 回風(fēng)墻做法大樣圖 巖棉夾芯金屬壁板50mm 圖2 混合流植物工廠室內(nèi)潔凈系統(tǒng)最佳方案 28 厚 雙面鋼板厚 0 5 mm 表面噴涂防塵漆 鋼板雙面鍍鋅增強(qiáng) 了表面的抗腐蝕能力 完全平整地與各種組件相銜接 兩側(cè)墻 下部均勻布置回風(fēng)口代替常規(guī)回風(fēng)夾道 金屬壁板內(nèi)置風(fēng)管 隔墻底部 100 mm設(shè)置回風(fēng)口標(biāo)準(zhǔn)回風(fēng)量為 2 m s 這種方式 占地少 平面布置更加靈活 在隔墻各構(gòu)件安裝前做好測量點(diǎn)位標(biāo)記 保證墻體平整 度與垂直度 金屬壁板需緊密連接 同時 采用獨(dú)特的地龍骨 形式進(jìn)行墻與頂面 地面連接 與頂面的連接必須保證吊頂強(qiáng) 度 又保證所有墻體的靈活拆裝 與地面連接確保地面上墻 100 mm 并與墻面完全平齊 保證了各潔凈間的完全密閉 易 于清潔 安裝完成后 做好質(zhì)量檢驗(yàn) 按照立面垂直度偏差 1 5 mm 表面平整度偏差 1 5 mm 接縫高低偏差 1 0 mm 的預(yù)設(shè)目標(biāo)進(jìn)行測量 墻體板材間必須連接緊密 立面垂直度 偏差值 表面平整度最大偏差 接縫高低差最大偏差應(yīng)滿足相 應(yīng)規(guī)范要求 4 1 3 凈化空調(diào)系統(tǒng)安裝 對凈化空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行確定 根據(jù)廠家提供技術(shù)參數(shù) 最終 確認(rèn)使用集中式潔凈空調(diào)雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng) 其中 潔凈設(shè)備包括變 頻空調(diào)室內(nèi)外機(jī)組 新風(fēng)機(jī) 加熱器 冷卻器 粗 中效過濾器 增壓風(fēng)機(jī)等 集中設(shè)置在變頻空調(diào)機(jī)房 通過風(fēng)管送入各潔凈 室 該系統(tǒng)具有壓頭小 振動小 噪聲低等優(yōu)點(diǎn) 可以在全年內(nèi) 都保持恒定的室內(nèi)壓力 能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)行方式 安裝結(jié)束 后 邀請專業(yè)第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行凈化空調(diào)系統(tǒng)漏風(fēng)檢測 包 括風(fēng)量 漏風(fēng)量 漏風(fēng)率 壓力等具體參數(shù) 機(jī)組漏風(fēng)率不能超 過 1 4 1 4 排風(fēng)及廢氣處理系統(tǒng)安裝 首先 根據(jù)項(xiàng)目暖通圖紙對排風(fēng)及廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行深 化設(shè)計(jì) 然后開展安裝工作 FFU的安裝應(yīng)無變形 銹蝕 漆膜 脫落 拼接板破損等現(xiàn)象 框架平整 光滑 安裝后的風(fēng)機(jī)過濾 器機(jī)組方向要正確 便于維修 與框架質(zhì)檢連接處采取密封膠 密封 同時 為保證氣密性良好 氣密墊密封厚度為 6 8 mm 墊料壓縮率為 25 50 施工完成后 對氣密墊密封厚度水 平 墊料壓縮率進(jìn)行實(shí)測 檢驗(yàn)氣密性效果 4 2 應(yīng)用效果分析 4 2 1 技術(shù)方面 系統(tǒng)安裝完成后 組織相關(guān)單位進(jìn)行植物工廠系統(tǒng)聯(lián)合 調(diào)試 重點(diǎn)對凈化空調(diào)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)的 4 個空調(diào)內(nèi)機(jī)出風(fēng) 口風(fēng)速和風(fēng)量進(jìn)行 100 檢測 通過成果總結(jié)評價 氣流潔凈 系統(tǒng)滿足設(shè)定目標(biāo)值 達(dá)到了系統(tǒng)研制要求 獲得了一致的 好評 4 2 2 經(jīng)濟(jì)效益 從人工費(fèi) 材料費(fèi) 設(shè)備費(fèi)的角度出發(fā) 對總體成本進(jìn)行 計(jì)算 與常規(guī)潔凈廠房相比 采用混合氣流潔凈系統(tǒng)能夠節(jié)省 約 24 68萬元 而且運(yùn)行費(fèi)用更低 由于施工難度小 能夠節(jié)約 5 d 工期 所以 從綜合造價的角度出發(fā) 該氣流潔凈系統(tǒng)能夠 獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益 4 2 3 社會效益 本工程植物工廠兼具參觀 教學(xué)及生產(chǎn)功能 此施工工法 大大提升了植物工廠美觀性 室內(nèi)潔凈度以及農(nóng)作物生產(chǎn)條 件 顯著的提高公司知名度 同時很好地解決了建筑 30 萬級 潔凈度和氣流組織控制難題 節(jié)省了維修等人工 材料費(fèi)用 為新工程承攬和建設(shè)積攢了寶貴經(jīng)驗(yàn) 3 5 結(jié)語 綜上所述 現(xiàn)代光電植物工廠兼具生產(chǎn) 教學(xué) 參觀等多 種功能 對潔凈度要求較高 同時要兼顧美觀性 而傳統(tǒng)的 方案設(shè)計(jì)和施工工藝難以滿足需求 必須加強(qiáng)問題分析 找 到行之有效的新方法 本文首先介紹了中國科學(xué)院海南種子 創(chuàng)新研究院科研樓植物工廠的基本情況 然后對室內(nèi)氣流潔 凈系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)行了介紹 最后研究了該系統(tǒng)在潔凈廠房的具 體實(shí)施和應(yīng)用效果 通過技術(shù)創(chuàng)新運(yùn)用 力求獲得更好的綜合 效益 參考文獻(xiàn) 1 朱明明 宣永梅 貢欣 等 不同氣流組織下某潔凈室內(nèi)流場研究 J 節(jié) null 2016 35 11 19 23 2 2 湯毅 曹曉程 計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)對潔凈室內(nèi)氣流的預(yù)測研究 J 安 nullnull 2017 24 5 39 42 3 張梅 霍金鵬 CFD 氣流仿真模擬技術(shù)在潔凈廠房項(xiàng)目中的應(yīng)用 J nullnull 2022 52 S1 358 361 收稿日期 2022 07 20 Public Utilities Design 公用工程設(shè)計(jì) 29