[发明专利]密闭式完全利用人工光的环境控制型植物工厂

说明书

所属技术领域

本发明属于环境控制领域，具体涉及一种环境控制型植物工厂。

背景技术

近年来，我国工厂化农业领域如温室设施类型、栽培模式、农产品品质等方面取得了长足进步，但在环境控制技术和智能化生产管理等方面基本没有突破我国粗放式和经验式技术水准，离发达国家如日本、美国、以色列和荷兰的生产水平还有很大差距。由于农业生产的不确定性、复杂性以及对低成本的需求，微电子技术在农业领域的应用普及推广远远落后于工业、军事等其它领域，很多从国外引进的高成本、高能耗的环境控制技术也未能在中国得到实际应用。因此，我国需要尽快开发具有自主知识产权的适合我国国情的低成本、低能耗的工厂化生产的环境控制与智能化生产管理技术。利用合理的环境调控技术不仅能提高农产品的产量与品质，还能调节商品上市时间，实现规范化、标准化、精细化生产，彻底把传统的粗放式、经验式的农业生产改造成精细式、智能式的工厂化生产。

当前世界上植物工厂化生产系统根据光照来源的不同分为自然光利用型和人工光与自然光并用型的两大类。自然光利用型植物工厂利用自然光，厂房为大型玻璃温室或连栋塑料温室，室内设置各种环境因子的监测和调控设备。这类植物工厂多少受到自然条件的影响，种植植物种类也有一定程度限制，其最大难题是如何实现夏季降温与冬季加温的低成本和低能耗。自然光和人工光并用型植物工厂在白天直接利用太阳光，当日射不足或日长不够时启动补光装置进行光照调控，室内设置有各种环境因子的监测和调控设备。比自然光型植物工厂相比，自然光和人工光并用型植物工厂内设置了补光装置，不易受自然条件的影响，但其并没有解决夏季降温与冬季加温的高成本和高能耗问题。近年来，虽然有人不断提出完全采用人工光源如高压钠灯、金属卤化灯、荧光灯、发光二极管、激光等进行植物工厂化生产的提案，但是仍然由于高成本化和高能耗的特点限制了其技术发展。因此，如何能实现低成本和低能耗的环境控制技术是促进植物工厂实用化生产的技术瓶颈。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种成本低、能耗低的环境控制型植物工厂。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用完全隔热不透光材料建成一个密闭式的完全利用人工光的环境控制型植物工厂，使植物生产完全摆脱了自然环境的影响，自主开发了基于嵌入式网络技术的环境控制系统，对系统内的温度、湿度、CO₂浓度、光照、风向、风速等环境因子进行监测和控制，将空气洁净与环境控制相结合，为植物生产提供清洁的、最适的生长环境。

本发明公开的一种密闭式完全利用人工光的环境控制型植物工厂，包括围护结构、空气循环系统、温度调节系统、湿度调节系统、CO₂供给系统、光源供给系统，还包括基于嵌入式网络技术的控制系统；控制系统监测和控制空气循环系统、温度调节系统、湿度调节系统、CO₂供给系统、光源供给系统的状态和运行。

其中，围护结构是密闭、隔热、不透光的，它可以由隔热彩钢板做成，能够起到保温隔热和密闭环境的效果，将因换气而产生的系统内外的物质和能量的交换控制在最小限度，并能防止室内外温差较大时壁板内侧结露。因此，系统内空气的温度和湿度容易控制，为节能省电提供物理性建筑结构。

其中，空气循环系统采用正压自循环方式，包括回风机、送风机、初效过滤器及高效过滤器，采用两侧送风和顶端回风方式，空气由回风机吸入，经初效过滤器和高效过滤器两级过滤，由送风机送出；室内消耗的空气由室外补充，室外空气由风阀控制，经过初效过滤器和高效过滤器两级过滤，送入空气循环系统，保证空气的洁净和充足。

其中，温度调节系统包括空调机组、多组压缩机和压力控制器，所述空调机组可以是一套冷热管道式空调机组，空调的加热和制冷互锁(即当空调加热时，其制冷关闭，制冷时加热关闭)以避免两者同时开启状态发生。同时，该系统通过压力控制器根据系统内部的热负荷来决定启动压缩机的工作台数，以保证最小的能耗。

其中，湿度控制系统采用加湿器和纯水机，所述加湿器可以是管道式超声波加湿器，加湿器的供水采用纯水机过滤过的纯水，以保证超声波加湿器足够的使用寿命并减少日常维护次数。