大麻种植设施设计101，第3部分:暖通空调和空气分配

大麻设施种植室是动态环境，需要仔细规划加热，通风，空调和除湿(HVACD)系统。例如，在生长周期的某个阶段，植物从蔬菜室转移到花卉室，在那里它们继续生长的高度和大小，直到它们收获(见“大麻种植设施设计101，第一部分，”https://bit.ly/3BxQoWv)。

在此过程中，光照水平、灌溉计划和环境条件可能会根据生长阶段而变化和控制，以开发所需的产品特性。

与业主的主要种植者或栽培团队进行详细讨论是了解如何适当大小和选择设备的第一步。影响暖通空调系统的基本生长室参数包括生长灯的数量、类型和瓦数;照明时间;植物数量和浇水时间表和速率，或植物冠层面积和相关的用水估算;昼夜目标温度和相对湿度;以及收获方法。

大多数种植室被构造成“箱中箱”，因此，包络热损失在很大程度上可以忽略不计。种植灯或园艺灯具占了空间所需的大部分显冷负荷。其他内部设备，如辅助除湿机和循环风机也将拒绝显热进入房间。

潜在冷负荷主要来自于通过灌溉输送到工厂的水。简单地说，进的水等于出的水。植物通过根部吸收水分，然后通过叶片呼出或蒸发水蒸气，这一过程被称为蒸腾作用。光照水平、气流、温度和相对湿度都对蒸腾速率有影响。

蒸汽压差(VPD)是种植者和设计师经常引用的一个参数，是叶子内部的蒸汽压与周围空气的蒸汽压之间的差。VPD受空间温度和相对湿度的共同影响，影响植物的蒸腾速率。

HVACD设备

为种植房服务的暖通空调设备的尺寸和选择应确保在白天和夜间都能保持目标空间温度，保持目标相对湿度，并为房间提供连续的气流进行一般循环。它必须面对不断变化的环境，日复一日，一年到头。

对于室内种植房的业主来说，典型的做法是调整设备的尺寸，每小时提供20到40转的空气，这是大量的空气。大多数种植室100%循环空气，不定期排出任何东西或引入外部空气。这有助于保存用于植物富集的昂贵的二氧化碳，并防止病原体和昆虫从室外引入。

此外，大多数设施为每个生长室使用专用空气处理装置，以防止交叉污染，并允许房间环境参数的最大灵活性。

在大麻热潮的早期，设施尝试使用典型的住宅级或轻型商业级HVAC设备并不罕见(注意“D”被省略了)。大多数人都认识到，没有专门为室内生长环境的需求设计和制造的设备将很难通过变化的条件来管理湿度和保持控制，更不用说处理所需的连续工作周期了。

因此，专门为室内生长室的环境和操作挑战而设计的专用HVACD设备的发展(见图1)。这种类型的设备可以有效地管理生长室固有的感热比的变化。

几种类型的暖通空调设备和系统通常用于室内生长环境。一个基本系统将包括标准的包装空气处理装置，直接膨胀(DX)冷却，搭配从生长室内天花板悬挂的辅助除湿器。水冷热泵可以用来排除热量到地热回路或流体冷却器。热泵通常需要补充除湿器。

一种更有针对性的方法包括一个包装的空气处理单元，使用冷媒热气体进行再加热。也可能需要额外或补充后加热。这种类型的设备能够产生除湿所需的相对较低的露点，因此通常不需要补充除湿机。

通常，较大的设施将选择带有加热热水或其他再加热/后加热方式的冷冻水系统，通过管道连接空气处理或风扇盘管装置。

用于室内种植室的暖通空调系统没有一个放之四海而皆准的解决方案。相反，业主、设计师和承包商必须考虑许多因素，包括首次成本与运营成本、施工时间表和分阶段/顺序、设备和组件的交货时间、地理位置、建筑结构和/或场地限制、冗余、维护和访问要求、灵活性和可控性、能源效率以及公用事业的可用性。

空气分布

负荷的确定和设备的选择是第一步，但向种植室输送空气对于确保植物生长的成功同样重要。房间内缺乏气流和流通不畅会导致区域停滞，从而促进霉菌的生长，导致植物压力。

理想情况下，通过使用连接到HVACD设备的管道系统和空间内补充循环风扇的组合，在植物树冠层保持恒定的空气速度。计算流体动力学分析有助于确保房间内所有区域都能获得充足的气流(见图2)。

植物的多层或多层循环变得更加复杂，这在蔬菜室中很常见。在这些情况下，机架内气流系统可用于确保层之间的空气流动。有时小型除层风机或垂直气流风机是有益的。

空气分配组件必须与种植室内的其他系统仔细协调，例如灯，消防洒水器，机架/工作台，施肥管道和植物生长间隙。由于所需的大气流，管道系统可以占用相当大的空间;因此，早期规划对于确保所有系统和设备有足够的建筑或天花板高度至关重要。

许多系统包括位于生长室外部的空气处理单元，并使用管道系统向房间输送供气和回风。金属薄板管道系统不应使用内部绝缘材料(衬里)，因为这种材料可能藏有有害的病原体和昆虫，而且难以清洁。织物管道系统通常用于在种植室内输送空气(见图3)。

织物风管可根据房间配置定制喷嘴或孔，以优化气流，必要时可拆卸清洁。它的重量通常也比金属板管道系统轻，这在改造现有建筑时可能是一个重要因素。

能源使用和效率机会

本系列的第1部分讨论了室内大麻种植操作的能源强度。对于种植室来说，每平方英尺需要80瓦的功率并不罕见，其中大约一半的负荷归因于HVACD设备。因此，重要的是要考虑任何机会来提高这些系统的能源效率。

一些满足行业需求的空气处理制造商将其设备设计为集成能量回收装置(见图4)。使用冷冻水的大型系统可以利用热回收冷却器。地热系统可以是一种选择，这取决于具体的场地条件。控制和自动化可以大大提高暖通空调系统的能源效率。

对设施的能源使用情况进行基准测试可以帮助业主制定一个基线，然后确定逐步改进的步骤。

资源创新研究所(www.resourceinnovation.org)出版了若干与能源和水效率有关的最佳做法指南，供受控环境农业生产者参考。

进入大麻市场

在设计和指定大麻种植设施的完整hvac系统时，还有许多其他细节需要考虑，包括:

•过滤。这应纳入空气处理设备，以帮助擦洗房间空气和保护设备。通常使用MERV 13过滤器，但有些业主选择更高的分离效率，包括HEPA。

•消毒。有许多选择可供考虑，例如紫外线灯和光催化氧化，可以应用于中央空气处理系统或室内。在收获之间，一些种植者会关闭HVACD系统，把所有的生长灯都开到最大功率，让室温在一段时间内攀升到125华氏度以上，以“烹饪”空间并帮助控制污染物。

•气味缓解。这通常是大麻设施上的任何废气源所需要的。碳过滤器通常可以用来控制气味，尽管许多其他技术也可以用于此目的。

•有限公司₂浓缩。这需要持续监测气体浓度，如果检测到高浓度，则需要排气通风。本系列的最后一篇文章将更详细地讨论这个主题。

•冷凝。由于种植间的潜热负荷较高，冷却和除湿盘管将产生大量冷凝水。这些水可以被收集和处理，作为灌溉用水再利用，大大减少了设施运行所需的原水数量(见“大麻种植设施设计101，第2部分:水的使用，”https://bit.ly/3vwovdX)。

•加湿。这似乎有悖常理，但有些种植室，尤其是蔬菜室，可能需要重新增加空间的湿度。在植物较年轻和较小的蔬菜室中，通过灌溉施用的水较少，空间中的热负荷将是合理的主导。为了冷却空间，暖通空调系统会有过度干燥房间的倾向;因此，加湿可能是必要的。

•控制。为室内种植室服务的暖通空调系统的控制是至关重要的，不应忽视。理想情况下，暖通空调设备和传感器与生长灯和施肥系统的控制集成在一起，以实现植物环境的最佳协调。

本系列的第四部分将探讨室内大麻种植设施的防火和其他生命安全考虑因素。

Luke Streit, PE，是IMEG公司的项目主管和机械/工艺工程师，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，并属于多个行业组织，包括ASABE, ASHRAE, NFPA和RII。