一种节能减排的植物工厂化种植系统及运行方法技术方案

本发明专利技术涉及一种节能减排的植物工厂化种植系统及运行方法，属于植物种植技术领域，由多个独立的种植单元、连廊和设备组成；其中至少两个种植单元为一组，组内两种植单元之间有通风机连通；组内两单元之间昼夜互换，通过热泵机组实现昼夜温差；组与组之间设有连廊，组与组之间不相互连通；本发明专利技术方法能够大幅度降低能源消耗；改变并缩短物候期，实现多年生木本水果的周年、高效生产。高效生产。高效生产。

【技术实现步骤摘要】
一种节能减排的植物工厂化种植系统及运行方法


[0001]本专利技术属于植物种植
，具体地涉及一种节能减排的植物工厂化种植系统及运行方法。

技术介绍

[0002]植物工厂化种植可以打破地域限制、减少耕地占用、提高劳动效率，因此，长期以来倍受研究界关注。近年来，国内产业界也开始实践。
[0003]但是，目前的植物工厂多数是亏损的，因此，严重制约这项技术的发展。
[0004]导致植物工厂亏损的原因有以下几个方面：1，能耗高。植物工厂的能源需求有：光照、温度调节、湿度调节、二氧化碳补充等。据媒体报道，目前植物工厂生产一公斤蔬菜的用电量高达10度，成本达到20元。2，没有从根本上解决物候期问题，因此，目前的植物工厂多种植只需要营养生长的植物如蔬菜、中药，以及部分草本花卉、少数草本浆果(如草莓)，对于有物候期变化的品种，尤其是木本果树，则鲜有成功的案例。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于提供一种植物工厂化种植系统及运行方法，所述方法能够大幅度降低能源消耗；改变并缩短物候期，实现多年生木本水果的周年、高效生产。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种节能减排植物工厂化种植系统，所述的种植系统包括多个组，以两个种植单元为一组，组内两个种植单元通过光照、温度、湿度、二氧化碳浓度的调节而实现昼夜互补；组内两种植单元之间有通风机连通，能够进行空气交换，从而实现对温度、湿度、二氧化碳的平衡；热泵两端的末端交换器分别安装在两个种植单元，开启热泵，一个种植单元降温的同时另一个种植单元升温，从而以较低能耗实现昼夜温差；安装在种植单元外的燃气发电机组的尾气经过过滤器后通入到种植单元内，作为补充二氧化碳的来源；
[0008]安装在每个种植单元的设备还包括照明组件、温度探头、湿度探头、二氧化碳探头、光照探头、进气风机和排气孔；
[0009]安装在种植单元外的设备包括燃气发电机组、室外温度探头和二氧化碳探头；
[0010]每个组配有一个热泵主机系统；热泵主机系统与末端交换器通过管道相连，构成热交换系统，通过阀门切换，使安装在种植单元内的末端交换器分别成为冷凝器或蒸发器，从而实现不同种植单元之间的热交换；
[0011]一个种植系统由多个组、连廊和安装在连廊内的设备组成；组与组之间设有连廊，组与组之间空气不相互连通；
[0012]安装在连廊内的设备，包括连廊两端的空气过滤器、连廊内的配电箱、控制器、热泵主机系统，以及连廊温度探头、连廊二氧化碳探头；
[0013]连廊的两端设有空气过滤器，连廊内设有升降机、楼梯和其它设备。
[0014]本专利技术还提供上述系统的运行方法，所述方法具体如下：
[0015]1)使用人工光源，通过完全可控的光谱、光照时长和光照强度来满足植物不同生理阶段对光照的需求，并且形成可控的昼夜变化和种植周期变化；
[0016]2)使用保温密闭的建筑结构，每个组内的总热量保持相对稳定的情况下，通过空气交换和热泵的热交换，以较低能耗实现昼夜温差；并且通过可控的与外部空气的交换，在夏季带走多余热量或在冬季补充热量；；
[0017]3)组内相邻两种植单元的内部模拟时间为昼夜相反，与外界自然时间独立；把其中一种植单元的内部的模拟时间0时，组内另一个种植单元则为12时，设定为外界自然时间的上午6时，使所有的管理工作都在外部自然时间的白天完成，工人不需要上夜班；；
[0018]4)利用燃气发电机组发电，发电机尾气用于补充二氧化碳，以提高密闭条件下植物光合作用的速率，降低光照成本；发电机尾气还可成为冬季热量的补充；
[0019]5)控制器根据室内、外温度、湿度，以及二氧化碳浓度的变化自动控制室外进风，以排出夏季多余热量，或在冬季补充热量，并调节氧气和二氧化碳浓度；
[0020]6)利用热泵在同组的两个种植单元之间交换热量，即热泵的一个末端交换器为冷凝器，则另外一个末端交换器为蒸发器，从而形成昼夜温差；形成超低温区域，以满足休眠植物打破休眠的需冷量需求。
[0021]本专利技术还提供一种所述系统具体的日周期管理方法，所述方法以组内两个相邻种植单元的运行方法进行描述，其它组内两个昼夜相反的种植单元的运行方法相同：
[0022]所述组内两个相邻的种植单元分别为种植单元一和种植单元二；
[0023]1)种植单元一内部的20时
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次日4时是夜晚时段，光照为0，温度为种植作物的夜晚最适温度，与之对应的种植单元二的时间是8时
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16时，光照为种植作物的光饱合点，温度为种植作物的白天光合最适温度，为光合作用最强烈的时段；这个时段先将单元一的内部温度保持在最适温度，如果温度高于最适温度，则启动热泵机组将单元一多余的热量转移到单元二，如果单元二温度过高，则通过与外界的空气交换，带走多余的热量；发电机的尾气通往种植单元二以补充二氧化碳；此时段对应室外的自然时间段为14时
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22时，其中14时
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17时，工人在单元二进行管理工作；
[0024]2)种植单元一的4时
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6时为清晨时段，温度逐渐回升，为白天的代谢作准备，光照仍为0；与之对应的种植单元二为下午时段16时
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18时，光照递减，从光饱合点逐渐降至光补偿点再到0，温度逐渐下降，光合作用逐渐减弱；这个时段是通过两个种植单元间的通风机交换空气，从而使两个种植单元的温度、湿度、氧气、二氧化碳浓度逐渐达到平衡；因为光照下降，热泵也不启动，用电量下降，因此发电机组功率下降；发电机尾气仍然通往种植单元二；此时段对应室外的自然时间段为22时
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24时，不需要工人进行管理；
[0025]3)种植单元一的6时
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8时为上午时段，光照逐渐升高，达到光饱合点，温度从平衡点上升到种植作物白天的最适温度；与之对应的种植单元二进入夜晚时段18时
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20时，光照为0，温度由平衡点降到种植作物的夜晚最适温度；这个时段通过热泵机组将热量从种植单元二转移到种植单元一，从而实现种植单元二降温、种植单元一升温；发电机尾气通往种植单元一；此时段对应室外的自然时间段为0时
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2时，不需要工人进行管理；
[0026]4)种植单元一的8时
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16时为白天时段，光照处于光饱合点，温度保持种植作物的白天最适温度，与之对应的种植单元二为夜晚时段20时
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次日4时，光照为0，温度保持在种植作物的夜晚最适温度；这个时段需要优先将种植单元二的内部温度保持在最适温度，如
果温度高于最适温度，则启动热泵将种植单元二多余的热量转移到种植单元一，同时，如果种植单元一温度过高，则通过与外界的空气交换，带走过多的热量；发电机的尾气通往种植单元一以补充二氧化碳；此时段对应室外的自然时间段为2时
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10时，工人从8时
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10时在种植单元一进行管理；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种节能减排植物工厂化种植系统，其特征在于所述的种植系统包括多个组，以两个种植单元为一组，组内两个种植单元通过光照、温度、湿度、二氧化碳浓度的调节而实现昼夜互补；组内两种植单元之间有通风机连通，能够进行空气交换，从而实现对温度、湿度、二氧化碳的平衡；热泵两端的末端交换器分别安装在两个种植单元，开启热泵，一个种植单元降温的同时另一个种植单元升温，从而以较低能耗实现昼夜温差；安装在种植单元外的燃气发电机组的尾气经过过滤器后通入到种植单元内，作为补充二氧化碳的来源；安装在每个种植单元的设备还包括照明组件、温度探头、湿度探头、二氧化碳探头、光照探头、进气风机和排气孔；安装在种植单元外的设备包括燃气发电机组、室外温度探头和二氧化碳探头；每个组配有一个热泵主机系统；热泵主机系统与末端交换器通过管道相连，构成热交换系统，通过阀门切换，使安装在种植单元内的末端交换器分别成为冷凝器或蒸发器，从而实现不同种植单元之间的热交换；一个种植系统由多个组、连廊和安装在连廊内的设备组成；组与组之间设有连廊，组与组之间空气不相互连通；安装在连廊内的设备，包括连廊两端的空气过滤器、连廊内的配电箱、控制器、热泵主机系统，以及连廊温度探头、连廊二氧化碳探头；连廊的两端设有空气过滤器，连廊内设有升降机、楼梯和其它设备。2.权利要求1述系统的运行方法，其特征在于所述方法具体如下：1)使用人工光源，通过完全可控的光谱、光照时长和光照强度来满足植物不同生理阶段对光照的需求，并且形成可控的昼夜变化和种植周期变化；2)使用保温密闭的建筑结构，每个组内的总热量保持相对稳定的情况下，通过空气交换和热泵的热交换，以较低能耗实现昼夜温差；并且通过可控的与外部空气的交换，在夏季带走多余热量或在冬季补充热量；；3)组内相邻两种植单元的内部模拟时间为昼夜相反，与外界自然时间独立；把其中一种植单元的内部的模拟时间0时，组内另一个种植单元则为12时，设定为外界自然时间的上午6时，使所有的管理工作都在外部自然时间的白天完成，工人不需要上夜班；；4)利用燃气发电机组发电，发电机尾气用于补充二氧化碳，以提高密闭条件下植物光合作用的速率，降低光照成本；发电机尾气还可成为冬季热量的补充；5)控制器根据室内、外温度、湿度，以及二氧化碳浓度的变化自动控制室外进风，以排出夏季多余热量，或在冬季补充热量，并调节氧气和二氧化碳浓度；6)利用热泵在同组的两个种植单元之间交换热量，即热泵的一个末端交换器为冷凝器，则另外一个末端交换器为蒸发器，从而形成昼夜温差；形成超低温区域，以满足休眠植物打破休眠的需冷量需求。3.一种权利要求1所述系统具体的日周期管理方法，所述方法以组内两个相邻种植单元的运行方法进行描述，其它组内两个昼夜相反的种植单元的运行方法相同：所述组内两个相邻的种植单元分别为种植单元一和种植单元二；1)种植单元一内部的20时
‑
次日4时是夜晚时段，光照为0，温度为种植作物的夜晚最适温度，与之对应的种植单元二的时间是8时
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16时，光照为种植作物的光饱合点，温度为种植作物的白天光合最适温度，为光合作用最强烈的时段；这个时段需要优先将单元一的内部
温度保持在最适温度，如果温度高于最适温度，则启动热泵机组将单元一多余的热量转移到单元二，如果单元二温度过高，则通过与外界的空气交换，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕杰，彭福田，毕研伦，
申请(专利权)人：今蜂智慧农业科技泰安有限公司，
类型：发明
国别省市：