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如果对大麻作为一种农产品的经济可行性有任何疑问,那么大麻商业时报在最近的一份报告中打消了这个想法。根据该利基出版物,2020年成人用大麻的批发收获价值将超过60亿美元,成为美国第五大最有价值的作物,仅次于玉米、大豆、干草和小麦(https://bit.ly/3J7X8v9)。
考虑到这些数据仅来自11个州,其中成人大麻零售市场目前是合法的和可操作的,而其他27个州已经将该产品合法化,用于娱乐和/或医疗用途,很明显,这个新兴行业的价值将继续增长。
与此同时,随着越来越多的州向希望利用这种作物赚钱的公司发放许可证,对种植和生产设施的需求将会扩大。为了取得成功,这些业主需要设计工程师,他们可以指定复杂的基础设施,以获得丰富的收获。
大麻通常在受控环境中种植,如温室和室内种植设施。这种受控环境的农业设施更容易满足某些国家的监管要求。当设计正确时,这些设施还提供许多与质量控制和生产相关的好处,包括:
•管理和减少变量。严格控制的环境(温度、湿度、光、水、营养物质、二氧化碳和气流)可以最大限度地提高产量和产品质量。
•能够在任何气候下全年种植作物。
•与鸟类、昆虫、霉菌孢子、花粉和其他害虫和污染物隔离。
•控制与植物有关的气味。
•访问控制和安全。
•减少运输需求。
大多数室内大麻经营都是垂直整合的设施,将室内种植、收获后加工、制造、质量控制和包装功能集中在一个屋檐下。
室内栽培(生长)室
室内大麻种植通常包括四种类型的种植室,每种都有独特的环境条件,种植光线类型和时间表,以及植物密度。这些房间通常被称为母亲,无性系,植物(或蔬菜)和花。
1.妈妈的房间。这个房间里有大型植物,它们具有生产植物所需的基因。在更换之前,这些工厂通常使用六到八个月。与其他种植间相比,母房所占的面积相对较小,一般约占总栽培空间的5%。环境条件通常是70华氏度到85华氏度,相对湿度(RH)为40%到55%。种植灯通常每天开着18个小时或更长时间。
2.克隆的房间。母植株的叶子被剪下来,用于在克隆室的架子上的小容器或托盘中繁殖新植株。两到四周后,植物被移植到蔬菜室。克隆房间的大小与母房间大致相同。克隆室内条件可以根据种植者的喜好而变化,但通常在60华氏度到80华氏度和50%到70%相对湿度的范围内。种植灯每天要亮18到24小时。
3.蔬菜的房间。植物被放置在固定或可移动的长凳上的较大容器中,通常有两层或两层,并在这个阶段花费大约六周的时间。平均而言,蔬菜房将需要大约20%的设施种植面积。空间温度范围为70华氏度到85华氏度,湿度范围为50%到65%相对湿度。生长灯每天开18个小时。
4.花的房间。花房约占大麻设施室内种植面积的70%。这是收获前的最后一个生长阶段,持续6到10周。大多数花房使用固定或可移动的长凳,一些更高的生产操作将有多层。典型的环境条件是72华氏度到85华氏度,45%到60%的相对湿度,灯每天开12小时。
所有种植间的共同特点包括:
•维持植物生长各个阶段所需的温度和相对湿度。蒸汽压差(VPD)是指叶片表面的压力差与周围空气的蒸汽压差。VPD是温度和相对湿度的函数,是大多数种植室内密切监测的参数。
•补充照明,通常是高强度放电(高压钠或金属卤化物)或LED。一些州和地方司法管辖区限制了种植空间的光功率密度,或者只要求使用LED灯具。
•生长介质或基质。这取决于种植者的偏好、正在开发的产品类型和许多其他因素。泥炭苔、岩棉和椰子是工业中常用的三种基材。
•灌溉。反渗透水通常产生并储存在水箱中,然后通过泵送设备向水中注入或混合营养物质。强化水,也被称为“施肥”水,被输送到每个种植间。施肥控制系统经过编程,根据每天的浇水时间表,为植物生长的每个阶段提供特定的配方。浇水率将根据植物的生长阶段和其他种植者的喜好而变化。
大多数种植室也富含二氧化碳(CO)2),是植物光合作用的关键成分。散装储罐或较小的便携式气瓶提供供应;有限公司2直接或通过每个房间的空气处理系统输送到每个生长室。的有限公司2花房的浓度通常保持在环境水平的三到四倍
条件。
典型的垂直整合大麻操作中的其他房间和空间包括灌溉/水室,修剪室,干燥和固化室,提取室,实验室空间,商业厨房,包装区,成品仓储/存储,废物处理/存储,运输/接收,办公室,会议/培训室,更衣室,员工休息室,杂物间和一般流通。
设施设计和基础设施考虑
一个成功的室内大麻种植设施的设计需要仔细考虑产品和室内生长环境的许多独特需求和特征。
供暖、通风、空调和除湿(HVACD)系统的设计是其中最重要的方面之一。生长室需要系统能够管理可变的敏感和潜在负荷。系统和设备的范围从简陋和低效到高度复杂和节能。
通常,空气100%再循环,以防止污染物的引入,并尽量减少CO2使用。全年需要制冷和除湿。种植设施中的暖通空调设备将面临几乎连续的占空比。气流的分布和混合对于避免停滞区域和防止可能导致植物发霉和疾病的“小气候”形成至关重要。过滤和/或消毒组件也是生长室HVACD系统的重要功能。
其他重要的考虑因素包括:
•工厂灌溉、工艺冷却(如适用)和消防的充足供水。
•一种能源(天然气、丙烷或电),用于一般空间加热、除湿再加热和家庭水加热。
•种植室内有充足的垂直空间,可以放置长凳/架子、植物生长津贴、种植灯、暖通空调设备和管道系统以及消防洒水装置。
•灌溉/施肥系统,包括水处理/净化设备,营养注入或混合设备,储罐和自动控制。
•回收从暖通空调系统收集的多余的富营养水(称为“渗滤液”)或冷凝水。再生水可以经过处理后再用于灌溉。在某些司法管辖区,要求水循环利用。
•每个种植间的集成控制,理想地将所有功能集成到一个平台中-照明,hvac, CO2和灌溉施肥。
•种植室的绝缘和密封良好的信封。典型的结构是“箱中箱”,在建筑结构内,种植室的墙壁/天花板由绝缘金属板(想想步入式冷却器)构成。无孔,浅色和可洗表面优先。
•应急电力系统和设备冗余。一些设施选择备份一部分种植照明和暖通空调设备。典型的目标是维护安全和生命安全系统,并在停电或设备故障期间保持工厂正常运行。
•生命安全系统。一氧化碳的使用2对于富集植物环境需要监测和排气通风。在工厂的制造端使用的化学品也可能需要通风柜或隔间和紧急淋浴/洗眼站。
•建筑结构能力,以支持机械设备,种植灯,水管(灌溉,冷冻/加热水,消防等)。
因地制宜的考虑
在最好的情况下,在业主确定大麻种植设施的位置之前,会咨询设计师。这有助于确保重要和基本的要求可以很容易地满足任何正在考虑的地点-无论是新建还是翻新现有建筑。这些考虑包括:
•现场可供机电设备使用的空间;
•法规和当地政府要求;
•灵活地适应未来的变化或设施扩建。
可获得的能源是一个极其重要的考虑因素,因为室内大麻设施是能源密集型业务。任何被考虑的场地都需要有充足的电力来操作种植灯和暖通空调设备。
对于种植区域来说,大约80瓦/平方英尺的电力需求不是不可能的,一个典型的室内种植设施可能消耗900 kBTU/平方英尺的能源。(相比之下,一家典型的医院或实验室的用电量要少得多,为每平方英尺250至300 kBTU。)
我曾经参与过几个项目,在这些项目中,业主购买了一个场地或设施,却万博手机版登录本官网发现电力公司如果不进行重大系统升级,就无法提供所需的电力。这将导致进度延迟和所有者的额外成本。
同样重要的是,要帮助所有者理解,他们认为的一个小变化可能会对特定的系统产生很大的影响。例如,在不同的温度或湿度设定值下操作种植室,改变水量,在房间中添加植物等,可能会影响HVACD系统的性能或对收获产量或产品质量产生负面影响。
一旦确定并选择了合适的地点或建筑,对业主来说,快速进入市场就变得至关重要。在大麻产业中,通过典型手段获得项目资金仍然很困难,因此大多数所有者需要通过投资者筹集资金。
市场竞争也非常激烈,因此在特定领域率先将产品投放市场是一个很大的优势。因此,设计师和承包商应做好准备,通过分阶段设计和设计,帮助业主尽快启动和运行新设施
建设。
室内栽培设施涉及非常复杂的空间,需要种植者与设计和施工团队之间进行大量协调,以确保长期成功。
本系列的第2部分将重点介绍室内大麻种植设施的用水和相关设计。
Luke Streit, PE,是IMEG公司的项目执行官和机械/工艺工程师,在那里他领导了公司不断增长的控制环境农业投资组合设施的设计。他还拥有爱荷华州立大学的农业工程学位,被评为ENR中西部2020年最佳年轻专业人士,并加入了多个行业组织。