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COY法則進行空調

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

在生長環境和HVAC需求之間謹慎地取得平衡,可以幫助生產者更有效,更有利地管理其資本支出(Cap Ex),營運支出(Op Ex)和產量(yield)COY)。

https://www.cannabisbusinesstimes.com/article/coy-approach-hvac-balancing-grow-environment-capex-opex-yield/2020629

Gretchen SchimelpfenigKeith CoursinLaura Breit

特殊因素會影響工程師設計用於加熱,通風,空調(HVAC)和對生產室內除濕的系統的目標。用於這些操作的HVAC系統還受到多種因子的影響。這些因素影響種植空間中的環境條件,並且隨著植物在生長周期中的移動而相互影響。要使所有組件按正確的程序工作可能會具有挑戰性。因為如果針對不同條件設計的系統,很難達到目標。為了取得營運成功,生產者需要了解關鍵的環境要素及其相互之間的變化,以及它們對資本成本,運營支出和產量(COY)的影響。

首先,植物使用光作為生長的能源。並且每天所需的光量隨著生長而變化。植物也利用稱為氣孔的細胞結構,像人類的汗水一樣蒸散。生長室內部空氣溫度和相對濕度直接影響植物和有效的蒸散作用。燈亮時期,生長室條件與燈滅時完全不同。太陽下山時,植物的蒸散方式有所不同,因此了解其原因和方式非常重要。

https://www.cannabisbusinesstimes.com/fileuploads/publications/38/issues/103696/articles/images/RII_1_fmt.png

Target indoor environmental conditions directly impact the ability of the stomata of plants’ leaves to transpire.

植物的蒸散受到多種因素的影響,包括品種類型,植物大小和修剪量(葉密度指數)。當大麻開花後期,其葉片結構最大,生長室的蒸散速率將達到最大值。例如一個3500平方英尺的開花冠層每天可以蒸發500加侖的水。但是當植物處於營養期或開花初期時,該蒸散速率可能會降低80%,降至每天100加侖。這就是為什麼HVAC設備需要能夠滿足廣泛變化的房間條件至關重要的原因。溫度和相對濕度會影響蒸氣壓差(VPD),並影響植物活力和產量。為了將生長室保持在大麻植物最佳生產最佳化的環境範圍內,正確確定HVAC設備的尺寸對於確保系統發揮最佳性能至關重要。要準確確定HVAC設備的尺寸,使用生長室目標條件針對植物生長的各個階段計算熱負荷。

https://www.cannabisbusinesstimes.com/fileuploads/publications/38/issues/103696/articles/images/guest-column-main_fmt.png

了解您的負荷

冷卻負荷描述了空氣中持續產生的能量,包括熱量(受陽光和電力照明系統(的影響)和水分(受植物澆水速度以及明暗時間的影響)。需要通過空調系統。顯性負載和潛性負載分別是描述需要從空氣中除去以達到最佳條件的熱量和水分的所需能量。

顯性負載是乾負載因為它涉及溫度,而不是濕度。合理的冷卻負荷是由陽光和光線加熱栽培空間(稱為顯熱)引起的。現成的HVAC設備通常設計用於高敏感負載。大型生長室的溫度目標會導致較高的敏感負載。

用於種植大麻的光的類型會顯著影響種植空間中的顯熱。與新型發光二極管(LED)燈具相比,使用熒光金屬鹵化物或高壓鈉(HPS)燈泡的高強度放電(HID)燈具產生更多的熱量。較舊的LED產生的熱量比當今的LED多,但通常產生的熱量比HID燈具少。

潛在負荷是濕負荷,因為它是由空氣中的水分驅動的。潛在的冷卻負荷是由種植空間中的植物蒸散作用和水蒸發引起的,而這些因素受到澆水速率的影響。

栽培植物設施之所以獨特,是因為潛在負荷通常大於合理負荷(意味著需要從空氣中去除的水分的能量多於去除熱量所需能量),但是現成的HVAC設備通常是為低顯性負荷而設計的。較低的相對濕度目標會導致較高的顯性負荷。

通常,植物在光照下的小時數(光週期)取決於栽培方法,植物生長階段和設施位置。燈關閉時,栽培空間中的條件會發生變化,從而減少植物的蒸散作用,並改變HVAC設備必須管理的顯性負荷。

負荷作業能量

顯性負荷和潛性負荷的總和決定了設備需要用HVAC容量抵消能量的總製冷負荷。HVAC容量可以通過幾種方式來描述,包括噸數,單位是噸,等於每小時12,000英國熱量單位(BTUs / hr)。

生產者可以使用HVAC製造商的性能規格來評估系統在不同植物生長階段以及開燈和關燈時的反應方式。製造商規格經常列出總容量,HVAC設備可以處理的額定加熱,冷卻和/或除濕量。生產者也應該檢查系統的顯性和潛熱處理能力。為了在提高產量的同時獲得良好的營運效率,將合理的需求能量與生長室的製冷和除濕負荷緊密匹配。

調整HVAC大小代表著選擇可以在設計條件下滿足負荷的系統。生產者將目標設計條件(例如希望其生長室運行的溫度和相對濕度)告知工程師,系統的HVAC系統必須處理的負荷峰值。在這種情況下,目標環境條件達到最大,負荷最大。工程師和設備製造商應將設備容量與峰值負載緊密匹配,但也應提供在部分負荷條件下可高效運行的設備。

https://www.cannabisbusinesstimes.com/fileuploads/publications/38/issues/103696/articles/images/guest-column-chart_fmt.png

Note: Percentages show the percent change in HVAC system capacity, relative to the baseline (40 tons, equal to 100%) required to satisfy the target conditions.

 

上表說明了目標環境條件和光源對HVAC設備抵消熱負荷所需容量的影響。第25列描述了四種不同情況(行)的乾球溫度,濕度,露點溫度和相應的VPD。最右邊的三列顯示了通常用於栽培的三種照明系統類型,導致三種照明功率密度(LPD)從每平方英尺3560瓦不等。這三個值代表三種成長空間方案:單獨的LED燈具,混合的LEDHID照明系統以及單獨的HID燈具。

粉色單元格中的值表示滿足三種不同照明系統的生長室目標條件所需的HVAC系統容量的百分比變化。該表使用了使用LED燈和26.7℃和60RH的目標室內環境條件的生長設施的基準栽培方案。此基準種植方案可能需要容量為40噸的HVAC系統。粉紅色單元格中的值以百分比表示,其中40噸的基準栽培方案為100%,需要40噸的100%來滿足目標條件下的HVAC負荷。相對於基準描述了其他11種種植方案,需要滿足40噸的X%才能滿足其不同的目標條件。

在保持環境條件不變的情況下,使用HID燈具的栽培空間要求的HVAC系統要比使用LED燈具的生長室大50%。如果使用LED燈具的設施的基準栽培方案降低了溫度和相對濕度目標,則可能需要90噸以滿足更高的負荷,從而使系統尺寸增加50%以上。如果HID的操作增加降低了溫度和濕度目標,則可能需要將HVAC容量從60噸增加到90噸,從而使系統容量增加33%。要達到降低VPD目標可能需要兩倍以上的HVAC系統。

同樣,提高VPD目標可能會降低所需的HVAC系統容量。如果用於種植設施的HVAC系統的尺寸能夠滿足潛在負載,則在大多數情況下,整合式HVAC系統具有足夠的容量來滿足合理的負載。在12個情況中的10個(淺粉色單元格中的值)中,HVAC系統的必要大小由潛在(濕)負荷確定。大多數例子需要更多的潛在容量,而不是顯熱容量。在剩下的兩個例子中,顯性負載需要比潛在負載更大的系統,因此系統選擇是基於處理顯性負載的能力。

COY餘額

平衡資本成本/資本支出(CapEx),運營支出(OpEx)和產量(COY)是高效,高產的栽培者的目標。許多設計決策都會影響COY,並影響利潤。了解HVAC解決方案如何幫助栽培者實現有利可圖的營運非常重要。

CCapEx):不是為種植設施的高潛在負荷而建造的典型商用HVAC系統,其資本成本可能較低。但是,選擇能夠滿足各種環境條件的更高效的系統值得付出稍高的費用。正確調整和維護高性能的HVAC和照明系統,其前期成本可能會高出10%到20%,但可以將經常性營運成本降低15%。支付較低的能源費用會逐年提高利潤率,從而將預算中的資金騰出用於改善種植過程和產品質的資本投資。

如表所示,仔細評估最佳溫度和濕度目標至關重要。生產者選擇的設計標準將對資本和營運成本產生重大影響。應該仔細考慮定義溫度,RHVPD設定點,以避免過大地影響HVAC設備的容量。

OOpEx):現成的HVAC設備在第1天似乎可以負擔得起,但由於較高的能源使用和公用事業成本,因此構成設施營運支出的45%。如果唯一的選擇是使用現成的HVAC設備,栽培者可以通過仔細選擇目標室內環境條件(包括更高的VPD目標)來進行適應化。這樣可以在一定程度上降低營運成本;但是,並非每個HVAC系統都能保持嚴格的公差以維持那些設計條件,並且這種方法可能並不總是能夠節省能源。選擇適當的設計溫度和濕度目標以最大程度地減少營運費用。室內環境條件過高的目標導致設備過大和運營費用增加。

 Y(產量):適當最佳化和嚴格控制的設施可使栽培者提高產量,從而直接提高獲利能力。早期的設計決策以及與HVAC設計工程師的適當溝通是提高產量的關鍵。

成功的栽培者俱有遠見,並尋求平衡COY因素。只專注於降低資本成本通常會增加營運支出。使用不適合您的營運的HVAC設備,總是會因設備性能不佳而導致能源成本增加,這會降低植物的品質並嚴重影響利潤。