半封闭温室通风仿真模拟及风机压力计算

国内半封闭温室最开始都是从国外引进技术，包括通风部件、环控设置、运行模式都由国外团队进行设计，导致国内在通风方面的数据、风机匹配、风管匹配等都没有太多可借鉴的资料。下面我通过近2年内对现代温室的研究，以及对环控和通风设施的理解，浅谈几点自己对环控通风方面的理解，同大家共同研究现代化高端半封闭温室的通风设计，共同打破壁垒积累经验，创造有中国特色的现代化高端半封闭温室。
一、通风术语和定义
半封闭温室的通风设计包含自然通风系统、风机通风系统、通风量、换气次数、通风率、必要通风量、设计通风量等。下面先介绍一下术语的定义。
1、自然通风系统：利用室内外温差和风压作用实现室内与外界的交换，在温室围护结构上设置的由屋顶窗，侧窗以及开窗机或卷膜机等组成的系统。
2、风机通风系统：为实现室内空气与外界空气的交换，在温室侧墙或屋顶设置的由风机、风道（风管）、风口过滤装置等组成的系统。
3、通风量：单位时间内进入室内或从室内排除的空气体积量。
4、换气次数：单位时间室内空气的交换次数，即通风量与温室容积的比值。
5、通风率：单位室内地面面积单位时间交换的空气体积量，即通风量与温室地面面积的比值。
6、必要通风量：考虑作物在不同生育时期正常生育需求为使室内空气温度、湿度、二氧化碳浓度维持在某一水平或排除有害气体所必须的通风量。
7、设计通风量：通风系统设计预期的通风能力，即预计系统运行能够达到的通风量。
由于篇幅原因室内通风的基本要求今天不做过多叙述，下期着重论述。
二、风管匹配设计
基于通风均匀性以及安装便捷性，风管通常设计为非同心圆双层风管模式。下面通过现在流行的风管出风口排布形式进行建模分析，再在此基础上进行优化设计并进行CFD仿真来验证优化设计的必要性。
1、非同心圆双层风管CFD模拟结果及分析
优化前——内风管开口水平（左侧画面）
优化后——内风管开口向下（右侧画面）

以上模拟双层风管开孔尺寸和数量不变、边界条件不变、网格数不变，只是优化了内风管的开口位置，优化后风管出风非常均匀。从温室的运行方面说起那就是优化设计后的风管在相同压力的条件下出风更均匀，出风量更大，反应到实际的生产中那就是同样的二氧化碳和气体的输送量，优化后的风管送风更均匀，风机出力更小，上升到生产成本上那就是生产效率更高，风机运行更加节能。所以你们家的风管是怎样的设计？能给用户带来什么样的生产成绩？这是大家需要重点考虑的问题，因为同样公顷的温室大棚、同样的生产模式、同样的种植作物因为不同的设计后期的生产经济效益会截然不同。2、同心圆双层风管CFD模拟结果及分析既然是做学术性的研究讨论，那我们就再来看几组同心圆风管不同出风口排布的对比图，依旧是同样直径的双层风管、同样的开孔数量、同样的开孔直径、同样的边界条件设置、同样的网格数量，大家请看下图：

通过上图的对比分析，依旧可以看出优化设计后的风管排风更加均匀，出风量也比较大。对风管设计比较感兴趣的朋友我们可以私下探讨风管的设计，本文就不对风管的尺寸及图纸进行公开论述了。
三、高压风机匹配设计选型
关于高压风机所需压力，我们曾经做过实际测试，测试模型在Agrifan风洞试验室，风机为Agrifan28寸高压风机，风管为双层风管，测试风管内部压力最高到220Pa，需要选270Pa稳定运行不失速的风机。

根据我们实测数据以及CFD流体模拟，风管内部压力达到180-250Pa，各排风口才能均匀的将CO2输送到每棵植物周边，这就对风管前边正压风机的压力提出了更高的要求，高压风机匹配选型也就至关重要了。
以下几点是关于高压风机选型的一些基本要求。
1、关注风机性能曲线，选择适配风机
每一款风机都会有自己特有的P-Q曲线（压力—风量曲线），有的风机运行在150Pa就会失速，而有的风机可以运行在300Pa甚至400Pa也不会失速，这就是高压风机选型需要注意的地方。打个比方如果我们采购的风机需要在200Pa内稳定运行那么风机选型应该在250Pa以内不会失速，需要留有一定的余量，风机不能在失速的临界点运行，需要在偏离失速点一定的压力范围运行，因为风机一旦进入失速区，运行工况恶化，需要将运行负荷降至70%以下风机才能恢复原来的运行工况。而风机进入失速区运行还不容易被发现所以要留一定的余量。以下是我们一款高压风机的P-Q曲线，风机风量衰减小，性能稳定，可在300Pa以内稳定运行：

2、关注防护等级，保障风机运行半封闭温室内的高压风机需要在高湿且有腐蚀性气体熏蒸的条件下稳定运行，那电机的防护等级一定不能忽略，建议大家选择电机的防护等级在IP66，可以完全保障风机运行。3、关注能效等级，节能降本风机能效比单位是m³/h/W，也就是在同样风量下消耗电能的一个参考指标，能效比高则风机更加节能，能效比低则在实际的运行中会更加耗能。4、关注风机智能化，省心省力可选用智能EC风机，实时向环控器上传运行参数，缺相、过载、过流、欠压等都会进行保护。不符合运行条件的情况下，风机不会运行。5、关注环控与风机匹配关于环控与风机的匹配，原来我也曾把这一块想的很复杂，认为风机的性能参数必须与原设计风机的参数一致才是最好的匹配，因为环控器内的设置参数我们也不懂，我们不敢动啊。但通过这几年的知识沉淀，只要理清楚环控的主线以及作物不同生产周期对风量、二氧化碳浓度、温度、湿度等的需求，再根据风机的性能曲线在环控器里进行匹配设置就能满足生产需求，因为各个产商的风机转速、风量、压力、流量都不相同，所以在原来稳定运行模式下更改风机厂商需要对环控做型号匹配和运行工艺调整才行。比如某友商的风机在原来运行模式下以30%的转速运行能满足某作物某生长阶段的通风需求，但采用别的厂商风机也在30%的转速下运行就不一定能满足生产需求，可能需要在42%的转速下才能满足生产需求或者有的风机在24%的转速下就能满足需求，这点大家一定要注意。中国温室工程的未来充满希望和活力，犹如排山倒海的洪流滚滚向前势不可挡，而高端温室工程作为农业现代化的重要方面,犹如激流中一朵绚丽的浪花,不断地汇入洪流，川流不息。Agrifan作为现代农业通风技术的设备生产商也将全力助力中国现代化高端温室的快速发展，责无旁贷，继续拼搏。