方 慧，張 義，伍 綱，李 琨，張一晗，仝宇欣

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能與廢棄物處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

0 引言

植物工廠是以環(huán)境和作物生長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，通過對(duì)環(huán)境和作物生長(zhǎng)的精準(zhǔn)控制與監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)蔬菜等作物周年生產(chǎn)的園藝設(shè)施[1-2]。近年來，植物工廠規(guī)模逐漸增大，生產(chǎn)型植物工廠逐漸增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)人工光植物工廠數(shù)量已經(jīng)超過150 家，其中單位面積超過10 000 m2的有兩家，甚至還出現(xiàn)了栽培層超過20 層的垂直立體植物工廠[1]。植物工廠中影響作物生長(zhǎng)的因素包括光照、空氣溫度、濕度和CO2濃度等[3-4]，其中空氣溫度、濕度和CO2濃度分布主要受氣流場(chǎng)的影響。適宜的送風(fēng)模式會(huì)增加作物內(nèi)部氣流的擾動(dòng)，帶走植物工廠內(nèi)多余的熱量和濕氣，優(yōu)化CO2的分布，進(jìn)而獲得均勻的作物生長(zhǎng)環(huán)境，提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量[5]。

在植物工廠生產(chǎn)中為充分利用室內(nèi)空間，均采用多層立體栽培模式，層間距依據(jù)作物的高度一般設(shè)置為30～40 cm，每層栽培架上部安裝人工補(bǔ)光燈。在作物生長(zhǎng)后期，作物冠層與燈管空間距離較小，加之栽培架、栽培槽等設(shè)施的阻擋，使得氣流在作物冠層四周形成繞流[6-7]，冠層內(nèi)部出現(xiàn)氣流停滯區(qū)域，作物附近的熱量和濕氣不能被及時(shí)帶走，導(dǎo)致作物發(fā)生病變，降低作物產(chǎn)量，影響商品價(jià)值[8-11]。有文獻(xiàn)報(bào)道生菜、油麥菜等葉菜類蔬菜的生長(zhǎng)最適溫度為20～25 ℃，適宜的氣流速度為0.01～1.30 m/s[12-14]。ZHANG 等[15]研究表明，植物工廠內(nèi)作物最適宜的氣流速度為0.3～1.0 m/s，氣流速度過小會(huì)使得作物周邊環(huán)境的溫度、濕度過高，葉片氣孔關(guān)閉，影響作物的蒸騰速率，進(jìn)而導(dǎo)致植物運(yùn)輸鈣離子的能力降低，植物葉片缺鈣，出現(xiàn)葉燒現(xiàn)象，因此，設(shè)計(jì)了帶有三排空氣噴嘴的管道以增加作物冠層內(nèi)的氣流擾動(dòng)。其中，管道布置于燈架上，噴嘴與栽培板的距離為33 cm，空氣通過噴嘴將氣流垂直流向作物冠層上表面，在植物工廠中每層栽培架安裝兩組通風(fēng)管道，可滿足作物冠層上表面64%的區(qū)域氣流速度分布在0.3～1.0 m/s范圍內(nèi)，該通風(fēng)模式空氣噴嘴與植物冠層間距較大，氣流不能直達(dá)植物冠層內(nèi)部，勢(shì)必會(huì)損失一部分能源。為減小氣流從出口到植物冠層間的氣流動(dòng)能損失，劉煥等[16]設(shè)計(jì)了一種垂直管道通風(fēng)系統(tǒng)，氣流由通風(fēng)管道底部進(jìn)風(fēng)口直接進(jìn)入通風(fēng)管道，由通風(fēng)管壁側(cè)部12 個(gè)通風(fēng)孔流出至作物冠層，該通風(fēng)裝置能保證冠層上表面72%的區(qū)域氣流速度在0.3～1.0 m/s 范圍內(nèi)。為進(jìn)一步增加作物冠層內(nèi)部的氣流擾動(dòng)，F(xiàn)ANG 等[17-18]設(shè)計(jì)了2 種通風(fēng)模式，分別為栽培層管道側(cè)通風(fēng)模式和栽培層管道內(nèi)通風(fēng)模式，2 種通風(fēng)模式可有效增加作物冠層內(nèi)部的氣流擾動(dòng)，在整個(gè)植物冠層空間有36%～77%的體積區(qū)域氣流速度分布在0.3～1.0 m/s 范圍內(nèi)。王晉偉等[19]設(shè)計(jì)了一款全網(wǎng)孔通風(fēng)墻型植物工廠，能有效提升植物工廠內(nèi)環(huán)境因子分布均勻性。

以上通風(fēng)方案均需要在植物工廠中加裝管路或設(shè)備，勢(shì)必會(huì)增加安裝工序，增添工程的復(fù)雜性，不利于推廣應(yīng)用。本研究將通風(fēng)管路嵌入到栽培床內(nèi)，設(shè)計(jì)了一體化的導(dǎo)氣栽培槽裝置（cultivation bed integrated with drafttube，CBT），僅需將該裝置與風(fēng)機(jī)連接，即可將氣流導(dǎo)入到作物冠層。為探明導(dǎo)氣栽培槽適宜的入口氣流速度，利用流體力學(xué)軟件（computational fluid dynamics，CFD）模擬不同進(jìn)氣速度對(duì)氣流走向及作物冠層內(nèi)部氣流分布的影響，分析最優(yōu)的進(jìn)氣速度，并在植物工廠內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，以闡明本通風(fēng)模式相較于傳統(tǒng)通風(fēng)方式（traditional ventilation control，TVC）的差異，為植物工廠供氣栽培槽裝置推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 裝置設(shè)計(jì)

參考常規(guī)栽培架的尺寸，CBT 的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1.2 m，如圖1 所示。李蔚等[20]研究表明成熟期生菜合理栽培密度為20～45 株/m2，葉菜栽培板的孔間距為150～250 mm。因此，本試驗(yàn)栽培板上均勻設(shè)置6 個(gè)栽培孔，孔間距為180 mm。以栽培孔的位置為基準(zhǔn)，在栽培槽兩側(cè)通氣管路上交錯(cuò)設(shè)置通氣孔，共13 個(gè)通氣孔。根據(jù)COLIN 等[21]研究表明多孔通氣管的孔徑比（氣孔總面積/管橫截面積）在1.0～1.5 范圍內(nèi)，每個(gè)出氣孔的氣流分配更為均勻。該研究中總氣流入口管道為標(biāo)準(zhǔn)的?20 mm的PVC 管，管內(nèi)徑為16 mm，氣流出流孔數(shù)為13 個(gè)，因此，孔徑設(shè)置為5 mm，孔徑比為1.3，滿足氣流分配均勻性的設(shè)計(jì)的要求。根據(jù)前期研究[18]，氣流方向與水平面夾角為60°時(shí)適宜于生菜的栽培，因此，本試驗(yàn)中出氣孔處截面與水平面夾角設(shè)計(jì)為30°，如圖1 所示。在植物工廠實(shí)際生產(chǎn)中，可將環(huán)境空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)導(dǎo)入到CBT 的通氣管入口處，經(jīng)通氣孔自下而上排除，調(diào)節(jié)植物微環(huán)境。

圖1 栽培裝置示意圖Fig.1 Schematic description of cultivation interior

1.2 計(jì)算模型

1.2.1 模型構(gòu)建與網(wǎng)格劃分

利用CFD 軟件中的Gometry 模塊構(gòu)建CBT 模型，在模型中將栽培板范圍內(nèi)往上100 mm 高度的立體空間考慮為作物冠層區(qū)域。氣流經(jīng)通氣管進(jìn)入栽培槽的空腔流道中，再通過通氣孔進(jìn)入到作物冠層區(qū)域。在模型模擬中主要關(guān)注氣流流向及氣流在作物冠層空間的分布，因此，為減少計(jì)算量，僅對(duì)流體區(qū)域和作物冠層區(qū)域進(jìn)行模擬計(jì)算。將構(gòu)建的模型輸入到Meshing 模塊中，利用Proximity and Curvature 方法對(duì)幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為提升網(wǎng)格質(zhì)量，增加計(jì)算準(zhǔn)確度，在通氣管道的近壁面進(jìn)行網(wǎng)格局部加密（圖2），共生成251 357 個(gè)網(wǎng)格，549 733 個(gè)節(jié)點(diǎn)。利用skewness 方法檢驗(yàn)網(wǎng)格質(zhì)量，計(jì)算出網(wǎng)格最大偏斜度為0.69，最小偏斜度為2.9×10-4，平均值為0.20，均小于0.8[22]，網(wǎng)格質(zhì)量可用于案例模擬分析。

圖2 模擬區(qū)域網(wǎng)格Fig.2 Grid of the simulated domain

1.2.2 模擬方程

氣流在植物冠層的分布主要受供氣栽培槽結(jié)構(gòu)和進(jìn)氣速度的影響，在該模型中啟用動(dòng)量方程，選則k-?湍流模型。控制方程包括連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、k（湍動(dòng)能方程）和ε（耗散率）方程，這些方程可由如下通用方程來表示[23]：

式中 ?為通用變量；ρ 為密度，kg/m3；為速度矢量，m/s；Γφ為廣義擴(kuò)散系數(shù)；Sφ為源項(xiàng)。φ=1時(shí)，該方程為連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒方程）；φ==[uvw]時(shí)，該方程為動(dòng)量守恒方程。其中u、v、w是在3 個(gè)方向的速度標(biāo)量，m/s。

1.2.3 邊界條件與材料屬性

在邊界條件設(shè)置中將氣流入口處設(shè)置為速度入口，將植物冠層的上部5 個(gè)面設(shè)置為壓力出口，管道內(nèi)部空間設(shè)置為氣流區(qū)域。參考前期植物工廠管道通風(fēng)研究中，進(jìn)氣最優(yōu)速度范圍[17]，該試驗(yàn)設(shè)置6 個(gè)氣流速度梯度，分別為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0 m/s，通過模擬分析獲得最優(yōu)的進(jìn)氣速度。

1.2.4 計(jì)算方法

在運(yùn)算過程中采用壓力-速度耦合的SIMPLE 算法[24]對(duì)式（1）進(jìn)行求解；空間離散設(shè)置中，梯度項(xiàng)選用最小二乘法；動(dòng)量和黏性項(xiàng)選用一階迎風(fēng)格式，為使其更快收斂，將能動(dòng)量項(xiàng)和黏性項(xiàng)松弛因子設(shè)置為10-3數(shù)量級(jí)。

1.2.5 模擬驗(yàn)證

為驗(yàn)證模型的精度，以入口速度5.0 m/s 為例分別測(cè)試和模擬了該氣流速度下CBT 裝置管道內(nèi)部和作物冠層區(qū)域的氣流速度，并選取作物冠層幾何中心截面（A 截面和B 截面）上的測(cè)點(diǎn)的模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，A、B 截面測(cè)點(diǎn)的布置如圖3 所示，共計(jì)77 個(gè)測(cè)點(diǎn)。利用Matlab 繪制實(shí)測(cè)的A、B 截面的氣流速度輪廓圖，并與模擬的氣流速度云圖進(jìn)行比較，分析氣流分布差異，計(jì)算A 截面的測(cè)試值與模擬值之間的均方根誤差[25]。

圖3 作物冠層幾何中心上的截面以及分布在截面上的測(cè)點(diǎn)Fig.3 The cross section in the middle of the crop interior and measurement points

1.3 植物栽培試驗(yàn)

為探明CBT 對(duì)植株微環(huán)境參數(shù)的影響，在上述試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上選取使作物冠層獲得最高適宜區(qū)域體積占比的進(jìn)氣速度，并與傳統(tǒng)氣流控制方式進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)。試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所的人工光植物工廠內(nèi)進(jìn)行，植物工廠為側(cè)進(jìn)上出式通風(fēng)模式。設(shè)置對(duì)照和試驗(yàn)兩組栽培架，對(duì)照栽培架為側(cè)進(jìn)上出式通風(fēng)模式供風(fēng)。試驗(yàn)植物工廠為在原有單層栽培架上放置4 組CBT，試驗(yàn)栽培架單層規(guī)格為0.7 m×1.5 m，靠近側(cè)墻通風(fēng)口西側(cè)和南北方向的兩側(cè)用塑料膜密封，4 組CBT 共28 個(gè)定植孔，CBT 之間通過?20 mm 的PVC 管道串聯(lián)連接，PVC 管道的一端安裝風(fēng)機(jī)（CJXF-50MM，河南超級(jí)旋風(fēng)電子科技公司），風(fēng)機(jī)靠近側(cè)墻通風(fēng)口，以保證從側(cè)墻出來的氣流直接通過風(fēng)機(jī)輸送到植物冠層。測(cè)試期間定植生菜（Locarno RZ，荷蘭瑞克斯旺）。2 種氣流供給條件下植物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)設(shè)定一致，光期為16 h（06:00-22:00），光期的CO2濃度為(600±50)×10-6，溫度為(21±0.5) ℃，相對(duì)濕度為65%±10%；暗期為8 h（22:00—06:00），暗期的CO2濃度為（600±50）×10-6，溫度為(20±0.5) ℃，相對(duì)濕度為65%±10%。補(bǔ)光燈光強(qiáng)設(shè)置為200 μmol/(m2s)，紅藍(lán)比（R/B）為8:1。在定植28 d 后進(jìn)行為期4 d 的微環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)用儀器為THR-3 001 型溫濕度記錄儀，儀器的傳感器探頭布置如圖4 所示。

圖4 導(dǎo)氣栽培槽（CBT）系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)布置Fig.4 Cultivation bed integrated with draft-tube (CBT) system and measurment point arrangement

2 結(jié)果與分析

2.1 裝置氣流模擬

2.1.1 模型驗(yàn)證

模型驗(yàn)證試驗(yàn)中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由調(diào)壓器調(diào)節(jié)，控制管道的入口速度為5.0 m/s。利用激光準(zhǔn)繩儀（MX2-L360，廣州基座光學(xué)科技公司）定位空間測(cè)點(diǎn)位置，儀器測(cè)量范圍為0～240 mm，測(cè)量基準(zhǔn)面的精度為±25 μm。通過紅外熱線風(fēng)速儀（Climomaster6501-BG，日本加野麥克斯公司）測(cè)量各點(diǎn)風(fēng)速值，風(fēng)速儀測(cè)量范圍為0.01～5.0 m/s，測(cè)量精度為標(biāo)準(zhǔn)值的±2%。管道中的氣流通過管孔噴射進(jìn)作物冠層區(qū)域時(shí)，氣流速度波動(dòng)較大。圖5對(duì)比了A 截面和B 截面實(shí)測(cè)氣流速度梯度輪廓圖和模擬氣流速度分布云圖。從圖5 可以看出模擬值與實(shí)測(cè)值的分布趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)沿小孔出口氣流速的方向，氣流速度較大，兩孔之間的區(qū)域出現(xiàn)氣流停滯區(qū)，氣流速度接近0。通過計(jì)算A 截面的測(cè)試值與模擬值之間的均方根誤差為0.22 m/s，說明構(gòu)建的模型能準(zhǔn)確模擬氣流速度變化趨勢(shì)[15]。

圖5 模擬與實(shí)測(cè) A 截面和 B 截面的氣流速度云圖Fig.5 Simulated and measured air velocity courters on cross section A and B

2.1.2 進(jìn)氣速度對(duì)氣流走向的影響

在作物栽培空間，氣流走向主要由風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)引起。圖6 為通過栽培槽一側(cè)的第一個(gè)出氣孔橫截面氣流速度矢量圖。從圖6 可以看出，氣流通過栽培管道小孔進(jìn)入作物冠層區(qū)域，然后穿過冠層區(qū)域后從作物邊界層流出，形成規(guī)則的氣流束輪廓，隨著入口氣流速度的增加，作物冠層高速氣流區(qū)域越大。

圖6 不同進(jìn)氣速度下在截面 A 的上的氣流矢量圖Fig.6 Velocity vectors at cross section A with different inlet air velocity

2.1.3 進(jìn)氣速度對(duì)冠層內(nèi)部氣流分布影響

圖7 為不同進(jìn)氣速度下作物冠層所占空間內(nèi)氣流分布云圖。從圖7 可以看出，不同進(jìn)氣速度下植物冠層內(nèi)部氣流輪廓趨勢(shì)一致。氣流從小孔出流處速度較大，進(jìn)入冠層空間后延氣流束方向逐漸衰減，在氣流束間存在停滯區(qū)。通過計(jì)算冠層區(qū)域體積加權(quán)的平均氣流速度得到，當(dāng)進(jìn)氣速度為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 和9.0 m/s 時(shí)，冠層區(qū)域的平均氣流速度分別為0.11、0.13、0.15、0.15、0.19 和 0.22 m/s。

圖7 不同進(jìn)氣速度下生菜冠層內(nèi)部氣流速度分布云圖Fig.7 Contours of air velocity distribution in the lettuce canopy interior with different inlet air velocity

氣流速度對(duì)植物光合作用和蒸騰速率影響較大。THONGBAI 等[26]將設(shè)施內(nèi)的風(fēng)速從0.5 m/s 提高到1.0 m/s時(shí)，番茄幼苗的光合速率提高了1.6 倍。KITAYA 等[13]將成熟期番茄冠層內(nèi)部氣流速度從0.1 m/s 增加到0.4 m/s時(shí)，葉片的光合速率增加了1.3 倍。在黃瓜栽培試驗(yàn)中，KITAYA[14]也得到了相同的結(jié)論，當(dāng)黃瓜幼苗冠層的風(fēng)速從0.005 m/s 增加到0.8 m/s，黃瓜葉片光合速率增加了1.7 倍，蒸騰速率提高了2.1 倍。該研究中為比較不同入口氣流速度下冠層區(qū)域氣流分布特征，將冠層氣流速度U分為停滯區(qū)（U＜0.1 m/s）、適宜區(qū)（0.1 m/s≤U≤1.0 m/s）和高速區(qū)（U＞1.0 m/s），利用CFD 軟件計(jì)算冠層空間氣流速度分別在停滯區(qū)、適宜區(qū)和高速區(qū)的體積占冠層空間總體積的比例，如表1 所示。入口處氣流速度為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0 和9.0 m/s 時(shí)，氣流速度適宜區(qū)域體積占比分別為45.8%、46.7%、56.3%和44.6%、55.3%、54.3%。隨著入口氣流速度的增加，適宜區(qū)域體積所占比例先增加后減少，在入口氣流速度為6.0 m/s 時(shí)，適宜區(qū)域體積所占比例最高。

表1 冠層內(nèi)部氣流速度分布Table 1 Simulated air velocity distribution in crop canopy interior

2.2 導(dǎo)氣栽培槽通風(fēng)對(duì)冠層內(nèi)部環(huán)境的影響及分析

根據(jù)CFD 模擬結(jié)果，導(dǎo)氣栽培槽CBT 的最佳進(jìn)氣速度為6.0 m/s，因此，在植物微環(huán)境測(cè)試中，5 組CBT的進(jìn)氣速度均調(diào)整為6.0 m/s。相較于傳統(tǒng)TVC 通風(fēng)模式，CBT 的氣流直接作用于作物冠層內(nèi)部，故該通風(fēng)模式對(duì)植物冠層的微環(huán)境產(chǎn)生了直接影響。圖8 為2 種通風(fēng)模式生菜冠層內(nèi)部溫濕度變化（2023-04-21 00:00-2023-04-23 00:00）。

圖8 不同處理生菜冠層溫濕度變化（2023-04-21 00:00-2023-04-23 00:00）Fig.8 Variations of air temperatures and relative humidity in lettuce canopy of two treatments (2023-04-21 00:00-2023-04-23 00:00)

測(cè)試期間植物工廠光、暗期環(huán)境的平均溫度分別為21.8 和21.1 ℃，平均相對(duì)濕度分別為64.3%和69.6%。由圖8a 可知TVC 模式下，植物冠層內(nèi)部的光、暗期平均溫度分別為23.7 和21.3 ℃；CBT 通風(fēng)模式下，植物冠層內(nèi)部的光、暗期平均溫度分別為22.4 和21.2 ℃，光、暗期最大降幅達(dá)為1.3 和0.1 ℃。由此可見，CBT 通風(fēng)模式下光期的降溫效果明顯。常規(guī)通風(fēng)模式下植物冠層內(nèi)部的濕度較高，光、暗期平均相對(duì)濕度分別達(dá)到了77.2%和74.5%；CBT 通風(fēng)模式下，植物冠層內(nèi)部的光、暗期濕度較低，分別為65.8%和71.6%。CBT 處理比TVC 處理光、暗期濕度分別降低了11.4 和3.0 個(gè)百分點(diǎn)。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，CBT 和TVC 通風(fēng)模式下明期的冠層內(nèi)部溫度均高于環(huán)境溫度，主要是燈板散熱導(dǎo)致，但CBT 的降溫效果更明顯，主要原因?yàn)閷?dǎo)流槽能有效將低溫氣體輸送到冠層內(nèi)，加速了氣體的交換。而在TVC模式下，由于冠層葉片的阻擋，氣流交換受阻，輻射熱量不能及時(shí)帶走。由于冠層葉片密集，TVC 通風(fēng)模式下，氣流不能直達(dá)冠層內(nèi)部，植物蒸騰產(chǎn)生的水汽不能及時(shí)排出，而高濕環(huán)境會(huì)降低葉片蒸騰速率，誘發(fā)葉片壞死、元素缺乏等癥狀[27-29]。在CBT 通風(fēng)模式下，植物冠層內(nèi)的氣流速度加快，促進(jìn)了冠層內(nèi)高溫高濕氣體的置換。

3 結(jié)論

本研究針對(duì)現(xiàn)有植物工廠管道通風(fēng)模式中通風(fēng)管路串并聯(lián)較多、施工工藝復(fù)雜的問題，設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)氣栽培槽（cultivation bed integrated with draft-tube，CBT），將栽培板與通風(fēng)管路結(jié)合為一體，氣流通過導(dǎo)流槽上的小孔進(jìn)入作物冠層區(qū)域。為確定CBT 的通風(fēng)效果，利用流體計(jì)算軟件（computational fluid dynamics，CFD）模擬了不同入口氣流速度下栽培區(qū)域的氣流走向和分布，確定了最優(yōu)的進(jìn)氣速度，并測(cè)試和分析了導(dǎo)氣栽培槽通風(fēng)模式和傳統(tǒng)環(huán)控通風(fēng)模式下植株地上部和地內(nèi)部環(huán)境參數(shù)，為植物工廠通風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考。研究主要結(jié)論如下：

1）利用CFD 構(gòu)建了CBT 模型，并模擬和實(shí)測(cè)入口速度為5.0 m/s 時(shí)種植區(qū)域的氣流速度分布，通過計(jì)算得到模擬值與實(shí)測(cè)值的均方根誤差為0.22 m/s，表明該模型能準(zhǔn)確模擬氣流速度。

2）利用驗(yàn)證的模型模擬不同進(jìn)氣速度對(duì)作物冠層氣流走向及冠層內(nèi)部氣流分布影響。模擬結(jié)果表明：氣流通過栽培管道小孔進(jìn)入作物冠層區(qū)域，形成規(guī)則的氣流束輪廓，隨著入口氣流速度的增加，作物冠層高速氣流區(qū)域越大；入口氣流速度為6.0 m/s 時(shí)，作物冠層空間適宜氣流區(qū)域體積所占比例最高，為56.3%，冠層區(qū)域的氣流平均速度為0.15 m/s。

3）導(dǎo)氣栽培槽通風(fēng)模式可有效增加冠層內(nèi)氣流的擾動(dòng)，置換冠層內(nèi)部的高溫高濕氣體。該通風(fēng)模式的光期降溫明顯，冠層內(nèi)部光期溫度比TVC 模式降低1.3 ℃。由于CBT 模式氣流交換更充分，植物呼吸蒸騰產(chǎn)生的水汽能及時(shí)帶走，CBT 模式冠層內(nèi)部的光、暗期平均相對(duì)濕度比傳統(tǒng)通風(fēng)模式低11.4 和3.0 個(gè)百分點(diǎn)。

綜上，本文設(shè)計(jì)的導(dǎo)氣栽培槽能夠?qū)饬鬏斔偷街参锕趯觾?nèi)部，直接調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)區(qū)域的微環(huán)境，避免了由于植物葉片的阻擋導(dǎo)致氣流在冠層形成繞流的現(xiàn)象，提高了植物工廠通風(fēng)控溫均勻性和效率，同時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)與栽培槽一體成型，現(xiàn)場(chǎng)安裝便捷。在未來植物工廠建造中，通風(fēng)與栽培槽集成式的CBT 裝置將得到廣泛應(yīng)用。