北方地区草菇室内栽培CO2浓度场控制方法研究

李婧 马英子

(1.西安建筑科技大学建筑设计研究院,陕西西安 710055;2.中工武大设计研究有限公司,湖北武汉 430070)

北方地区草菇室内栽培CO2浓度场控制方法研究

李婧1马英子2

(1.西安建筑科技大学建筑设计研究院,陕西西安 710055;2.中工武大设计研究有限公司,湖北武汉 430070)

CO2浓度控制是草菇室内培养的关键因素,本文运用CFD模拟软件对菇房CO2浓度进行分析及模型化研究,在最佳通风方式下,以菇房实测CO2数据和对应的通风量为参数,计算出CO2的发散量,结合草菇生长要求,提出CO2浓度的控制方法。该方法对北方地区草菇菇房的室内环境设计具有参考价值。

CO2浓度 发散量 控制方法

1 前言

根据草菇生长要求,在生长的实质阶段,草菇的耗氧量显著增大,产生大量CO2。为了保障草菇正常生长,按照要求,室内CO2浓度不能超过1000ppmv。论文基于最佳通风方式条件下测试出的数据,推导CO2发散量随时间的变化方程,得出整个草菇生长期不同时刻CO2浓度控制的通风间隔时间。

2 研究方法

2.1 菇床表面CO2发散量计算方程

式中,x:CO2散发量(g/s),y1:通风前室内空气中CO2浓度(g/m3),y2:封闭室内空气中CO2浓度(g/m3),Vf:房间体积(m3),t:封闭时间(s)。

式中,L:全面通风量(m3/s),y0:送风空气中CO2浓度(g/m3),y1:通风前室内空气中CO2浓度(g/m3),y2:通风后室内空气中CO2浓度(g/m3),Vf:房间体积(m3),τ:通风时间(s)。其中L可由式3计算。

式中,l:送风口长度(m),b:送风口宽度(m),v:送风气流风速(m/s)。

2.2 CO2发散量计算

采用2.1提出的计算方程,结合实际测得的数据,计算获得各个时间点CO2发散量值。根据CO2发散量值,采用origin软件拟合得到草菇生长各个阶段CO2发散量的变化曲线,见图1。

图1 CO2发散量随时间的变化曲线(T为时间间隔,x为发散量)

式中,A、b、ω均为已知,T:测点时间间隔(h)。

2.3 每次通风间隔时间计算

将式4代入式2,整理可得式5。

因此,对应生长各阶段的具体时刻,取定通风时间就可得出该次通风后到下次通风时之间的间隔时间。

2.4 最不利工况分析

从图1可以看出,草菇生长的CO2浓度最大值没有超过0.030g/s,通过模拟所采用的CO2发散量均为0.031g/s,因此所得最佳工况能够满足草菇生长的最不利情况,即最佳工况完全满足草菇生长的所需通风要求。

3 结语

本文以草菇生长环境CO2浓度的限制1000ppmv为室内CO2浓度的初始值,计算得出不同通风时长条件下,室内CO2浓度的变化情况。在此基础上,推导出当完全不通风的情况下草菇生长的CO2发散量,并得出室内CO2浓度上升到限值1000ppmv的时长,即需要开始通风的时刻,这一时间间隔就是草菇生长各阶段通风间隔时间。本文的计算方法可用于自动控制的编程,实现将室内CO2浓度控制在1000ppmv以下,保障草菇正常生长。

[1]徐丽,翁培奋等.三种通风方式下的室内气流组织和室内空气品质的数值模拟[J].空气动力学学报,2003,27(6):5～9.

[2]郑国扬, 廖汉泉.中国草菇生产[M].北京:中国农业出版社,2000.12～25.

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[4]陶鸿,刘艳君,滕德斌.环境因子对草菇生长发育影响的灰色综合评判.生物数学学报,1998 Vol.13 No.2 P.253-256.

[5]李婧.北方寒冷地区草菇室内栽培CO2散发特性及浓度场控制模式的研究.西安建筑科技大学环境与市政工程学院,2007年硕士学位论文.

[6]汪荣鑫.数理统计.西安交通大学出版社.

[7]陆耀庆主编.供暖通风设计手册.中国建筑工业出版社.

李婧(1982.6.15-),性别:女,籍贯:浙江奉化,学历:硕士,毕业学院:西安建筑科技大学,现有职称:工程师,研究方向:暖通空调。