4.1.1 试验材料 ........................... 24
4.1.2 试验设计 .............................. 24
第五章 结论与展望 ........................ 35
5.1 结论 .................................... 35
5.2 展望 ..................................... 35
第四章 植物工厂管道通风试验验证
4.1 材料与方法
4.1.1 试验材料
本试验在中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所植物工厂进行，试验选用“特波斯”生菜(Lactuca sativa L.)为试验作物。将种子播种于岩棉块(2.3 cm ×2.3 cm × 2.4 cm)上，使用蒸馏水使海绵保持湿润，放置于 LED 人工光培养箱（GLED-250PY，北京陆希科技有限公司）内进行催芽，以光强为 150 μmol m-2·s-1 的荧光灯作为育苗光源，光期 16 h，温度 20 ℃，暗期 8 h，温度 18 ℃。3 天后将出芽的植物种苗移到植物工厂中使其绿化，14 天后待第三片真叶完全展开，挑选长势一致的幼苗植株定植于栽培板（70 cm × 65 cm × 1.4 cm，栽培密度为 35 株/m2）上。生长环境参数设置为光期 16h（6:00-22:00），光期温度为 24℃，相对湿度为 70%；暗期 8h（22:00-6:00），暗期温度为 20℃，相对湿度为 70%；CO2 浓度均为 1000 μmol /mol，光源选用红光（662 nm）与蓝光（447 nm）光质配比为 4:1 的 LED 光源板，距 LED 灯板 30 cm 处的栽培板上光合有效辐射强度设定为 200 μmol m-2·s-1，采用深液流营养液栽培继续培育 21 天，每天进行 1h 的营养液循环。营养液采用山崎配方（pH ≈5.8，EC≈1.2 dSm-1）。试验所用的管道风机（hf-75，上海赤鲸机电有限公司）的转速采用调压器（220 V 单相 TDGC2-500 W 自耦变压器，浙江诚强电器有限公司）进行调控，设定风机的转速为 1100 r/min，管道进风口风速为 4 m/s。
4.1.2 试验设计
根据前期 CFD 模拟结果选出 11 组管道通风方案进行验证试验，分别为：管道高度为 2.5 cm，倾斜角度为 0°、15°、30°，编号分别为方案 1、方案 2、方案 3；管道高度为 5 cm，倾斜角度为 -15°、0°、15°，编号分别为方案 4、方案 5、方案 6；管道高度为 10 cm，倾斜角度为-30°、-15°、0°，编号分别为方案 7、方案 8、方案 9；管道高度为 15 cm，倾斜角度为-30°，编号为方案 10；管道高度为 20 cm，倾斜角度为-45°，编号为方案 11；CK 为无管道方案，CK 与管道通风方案除管道外其他条件均保持一致。
表 4-1 不同通风方案的管道高度和管孔倾斜度
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第五章 结论与展望
5.1 结论
植物工厂内部因不合理的进出风口位置、LED 灯散热、栽培架的阻挡等影响气流分布均匀性，从而导致作物产生叶烧等生理疾病，降低作物的品质和产量。为改善植物工厂作物冠层气流分布，本文首先设计了不同管孔直径、管孔数量和进风口风速的管道通风方案，得到了最优的管道通风方案。在此基础上进一步设计不同的管道高度、管孔倾斜度管道通风方案，以此增加作物冠层内部的气流，改善植物工厂作物冠层微环境，得到了最优的管道通风方案。在植物工厂中开展生菜验证试验，比较生菜的叶烧指数、生长指标和新老叶 Ca2+浓度，实验结果表明：优化后的管道通风模式能有效降低植物发生叶烧的几率，缓解叶烧症状。
1）根据不同管孔直径和管孔数量设计了 6 孔、12 孔、25 孔 3 种管道通风方案， 并分别设置 4 种不同的进风口风速，分别为 2、3、4、5 m/s，利用 CFD 软件模拟不同方案的气流场。结果表明：气流速度模拟值与实测值吻合，模拟效果较好。3 组方案冠层平面的平均风速随着进风口风速的减少而减小，但在适宜生长区的面积比却随之上升，在进风口风速为 3 m/s 时达到最大值，在进风口风速为 2 m/s 时，适宜区的面积比均下降。对比分析各方案冠层平面平均风速和适宜风速区所占的面积比发现，25 孔管道的进风口风速设置为 3 m/s 时，通风效果最佳，此时作物冠层内部平均风速为 0.55 m/s，适宜风速区（风速范围为 0.3-1.0 m/s）面积占冠层总平面的 86.1%。
2）根据不同的管道高度（2.5、5、10、15 和 20 cm）将管道通风方案划分为 5 组，并分别设计了 3 个不同的管孔倾斜度，合计 15 组管道通风方案，因 25 孔方案进风口为 3 和 4 m/s 的结果相近，所以增设 4 m/s 的进风口风速，利用 CFD 软件对不同方案的冠层平面和冠层体积内部的气流场进行模拟。结果表明：进风口风速为 4 m/s 的方案冠层平面适宜区面积比和冠层内部适宜区体积比均优于 3 m/s 的方案。当进风口风速为 4 m/s 时，10 cm-(-15°)方案通风效果最佳，此时作物冠层平面适宜区的面积比为 70.5%，冠层平面平均风速为 0.38 m/s，冠层内部适宜区的面积比为 49.6%，冠层内部平均风速为 0.38 m/s。
参考文献（略）
