Energy Performance and Life-Cycle Cost Optimization of a Controlled Environment Agriculture (CEA) Facility
Notice bibliographique
Résumé
Conventional greenhouses (CGs) in colder regions consume substantial energy, primarily powered by fossil fuels, leading to detrimental environmental impacts. High energy demand poses a major obstacle to constructing these greenhouses. To enhance their sustainability, this research explores energy-efficient strategies to optimize solar insolation availability by modifying the greenhouse orientation, design, and roof inclination. Additionally, a methodology for greenhouse energy modeling (GEM) was proposed due to the unavailability of standardized guidelines or works of literature. GEM allows for predicting energy requirements and assessing the economic viability of greenhouses in advance. This methodological framework was tested using an experimental Chinese solar greenhouse (CSG) in Elie, Manitoba, revealing that GEM could accurately predict hourly internal air temperatures with an average prediction error of about 1.6%. The proposed framework was applied to simulate the heating and cooling demand of an Advanced Growing Building (AGB), indicating that it consumes 88% less heating and cooling energy than a CG producing the same crop output. AGB was simulated for different Canadian locations such as Toronto, Vancouver, Edmonton, and Winnipeg along with crops such as lettuce, tomato, and strawberry. The study shows that Vancouver is the most preferred location for growing all three crops, followed by Toronto, Winnipeg, and Edmonton. An optimization study was conducted using the design of experiments (DOE) and modified binary optimization approach, varying parameters individually that influence either heating, cooling demand, or the life-cycle cost (LCC). The results illustrated that cases 6D3A-1, 6K3A-1, and 6L3A-1 are optimal designs that can grow lettuce crops with a heating and cooling demand of 1.6 kW/kg and LCC of 61 cents/kg, which was 27% and 37% less, respectively, than the AGB base case. This research provides valuable insights for researchers and growers to analyze the energy-efficient parameters that significantly impact energy performance, as well as the effects of location and crop type within the greenhouse.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».