CN101627707A

CN101627707A - 一种环境控制型密闭式温室

Info

Publication number: CN101627707A
Application number: CN200910091426A
Authority: CN
Inventors: 贺冬仙; 杨珀
Original assignee: BEIJING SHENGYANGGU SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING SHENGYANGGU SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: CN101627707B

Abstract

本发明涉及一种环境控制型密闭式温室，它包括一密闭式温室，温室内设置有若干根支撑立柱，支撑立柱顶部支撑有一顶棚，依附于支撑立柱上设置布满通风孔的柱型风道，由支撑立柱和顶棚围成的温室外部设置有围护覆盖材料，地面上铺设有隔栅式送风孔板，送风孔板上面放置若干个培育床，送风孔板下部隔设有若干个送风道和回风道，温室外部设置一个功能性风道，各送风道并联在功能性通风道的送风端口，各回风道的一端并联在功能性通风道的回风端口，功能性风道的回风端口还连通各立柱的底部；温室内设置有一嵌入式网络环境控制系统和一传感器模块；顶棚内、外侧分别设置有一内遮阳装置和一外遮阳装置。本发明可广泛应用于各种环境控制、植物环境生理反馈、遗传育种、植物信息检测等的科学试验研究或实际生产领域，尤其适用于转基因植物栽培的安全试验。

Description

一种环境控制型密闭式温室

技术领域

本发明涉及一种设施农业，特别是关于一种基于嵌入式网络环境控制并与外界空气环境隔绝的环境控制型密闭式温室。

背景技术

目前，代表世界先进水平的是以玻璃温室或PVC(聚氯乙烯)温室为中心的具备补光功能的环境控制型温室，代表我国特色的是节能型日光温室。环境控制型温室由于受外界环境影响大，夏季降温和冬季加温的成本很高，乃至温室生产的成本的大部分来自于降温或加温的能源消耗，且环境控制精度较低、梯度较大，环境控制水平粗放难于满足实际生产要求；节能型日光温室虽然节省了能源，但是由于该种类型温室没有环境控制设备，导致其适用植物较少，品质较差。因此，开发一种兼顾节能省电和环境控制的新型温室不仅能够满足科研试验需求，也能解决实际生产中的上述问题。一种新型温室是太阳光兼用型植物工厂化生产系统，另一种新型温室是在利用隔绝太阳光的绝热材料建成的密闭空间内，全部采用人工光照明技术的密闭式完全环境控制型植物工厂化生产系统。前者使用太阳光作为植物生长的主要光照来源，辅助内外遮阳、补光装置等在一定程度上调控光照环境，且尽可能利用一切手段降低温室运行的能源成本，但由于受外界环境的影响，光照环境依旧受外界环境的影响很大，且由于没有采用隔热材料，光照以外的其他环境因素很难控制，如加温、换气、保温、遮光等执行机构运作很难得到优化，各装置之间的综合环境调控目前还没有很好的解决方案。后者采用密闭环境，解决了光照及环境控制的问题，但是电力运行成本比前者要大得多。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种节能省电、并解决利用自然光照时的环境控制问题的环境控制型密闭式温室。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种环境控制型密闭式温室，其特征在于：它包括一密闭式温室，所述温室内设置有若干根支撑立柱，所述支撑立柱顶部支撑有一顶棚，依附于所述支撑立柱上设置布满通风孔的柱型风道，由所述支撑立柱和顶棚围成的所述温室外部设置有围护覆盖材料，所述温室内地面上铺设有隔栅式送风孔板，所述送风孔板上面放置若干个底部带有通风孔的培育床，所述送风孔板下部通过隔板隔设有若干个送风道和回风道，所述温室外部设置一个功能性风道，各所述送风道的一端并联连接所述功能性通风道的送风端口，各所述回风道的一端并联连接所述功能性通风道的回风端口，所述功能性风道的回风端口还连通各所述立柱的底部；所述温室内还设置有一嵌入式网络环境控制系统，所述嵌入式网络环境控制系统连接一传感器模块；所述温室的顶棚内侧设置有一内遮阳装置，顶棚外侧设置有一外遮阳装置。

所述功能性风道包括一与外界大气连通的具有新风阀的新风进口和一回风道，所述回风道和新风进口通过管路依次连接一送风机、一蒸发器、一除湿机、一加热器、一回风机、一加湿器、一调风口和一送风道，所述送风道向所述温室内送风，所述蒸发器和除湿机还连接一台或一台以上压缩机。

所述温室内设置人工补光装置。

所述温室内设置有一个以上采用双层真空钢化玻璃制成的隔断和推拉门，形成两个以上的小型温室。

所述温室内设置若干个带有孔洞的塑料管作为回风道或送风道。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用热镀锌轻钢结构和双层真空钢化玻璃建成一种与外界空气环境隔绝的密闭式温室，有效地利用了双层真空钢化玻璃材料和密闭式温室结构，使得温室内部的自然采光不受任何影响，主要来自自然光照的温室内部热负荷可通过循环送、回风方式得到有效控制，由于温室采用基于嵌入式网络环境控制系统对温室内的环境因子和执行机构进行实时动态的监测和反馈调控，并利用预测型控制算法模块得到实时动态的优化环境控制，最终使得密闭式温室实现了在节能省电和适度控制之间的效益平衡。2、本发明由于采用了外遮阳装置和内遮阳装置有效地调控自然采光，还通过基于嵌入式网络环境控制系统和循环式送、回风方式有效调控温室内部的温度、湿度、CO₂浓度等环境因子，使得温室内部不同温室的各环境因子的梯度较小，为温室内植栽提供了均匀一致的环境条件。3、本发明由于采用的密闭式结构，减少了温室内部与温室外环境的空气交换，同时利用功能性风道的循环式送回风，因此使得空气流通到蒸发器和加温器的降温和升温的效率显著提高，最终使得温室内部的环境梯度尤其是温度和湿度的梯度明显降低。4、本发明由于采用的密闭式温室结构阻断了与外界环境的空气交换，即只有在白天光照条件下，照射到温室内部的光转换为热，实现了温室外的光热向温室内传递。但是温室内部的热量无论在白天还是晚上都无法向温室外部传递，也就是说，在夜间时温室内部的环境即使不依靠嵌入式网络环境控制系统也能维持白天的水平，如果对嵌入式网络环境控制系统的控制精度要求较低，密闭式温室在冬季夜间不需要加温，夏季夜间不需要降温，因此使得嵌入式网络环境控制系统的控制精度和控制成本很低。本发明可广泛应用于各种环境控制、植物环境生理反馈、遗传育种、植物信息检测等的科学试验研究或实际生产领域，尤其适用于转基因植物栽培的安全试验。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是本发明的功能性风道结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一密闭式温室1，温室1内设置有若干根热镀锌轻钢结构的支撑立柱2，支撑立柱2顶部支撑有一顶棚，依附于支撑立柱2上设置有布满了通风孔3的柱型风道，可用于回风，也可用于送风。在由支撑立柱2和顶棚围成的温室1外部设置有围护覆盖材料4，围护覆盖材料4采用双层真空钢化玻璃，使得温室1的采光面积达到最大，且温室1内外的空气交换限制到最小。温室1内地面上铺设有大面积的由热镀锌材料制成的隔栅式送风孔板5。在送风孔板5上面可放置若干个底部带有通风孔的培育床6，在送风孔板5下部通过隔板隔设有若干个送风道7和回风道8，各送风道7和回风道8的底部具有一定坡度的排水口(图中未标出)，当温室1内设置的喷灌装置使灌溉水残留到送风道7和回风道8中时，残留水由排水口排到预设的地点。在温室1外部设置一个功能性风道9，各送风道7的一端并联连接功能性通风道9的送风端口，各回风道8的一端并联连接功能性通风道9的回风端口。依附于各支撑立柱2围成的风道底部也都连通功能性风道9的回风端口。

温室1内还设置有一嵌入式网络环境控制系统10，嵌入式网络环境控制系统10连接一设置在温室1内的传感器模块11，嵌入式网络环境控制系统10还控制功能性风道9的运行。嵌入式网络环境控制系统10内预置有一预测型控制算法模块，将传感器模块11检测到的数据传输到预测型控制算法模块内进行预测分析。传感器模块11包括有用于环境调控的温度传感器、相对湿度传感器、CO₂浓度传感器、光照强度传感器和气流速度传感器等。

温室1的顶棚内侧设置有一内遮阳装置12，温室1的顶棚外侧还设置有一外遮阳装置13，通过内遮阳装置12和外遮阳装置13对温室1外界自然采光的光照强度进行调节，必要时还可以在温室1内设置人工补光装置。外界自然光进入温室1后基本上转换为热负荷，外遮阳装置13在夏季能使热负荷达到最小限；内遮阳装置12在夏季可用于调节光照强度，在冬季可用于夜间局部保温，以减少植栽部分的热辐射向顶棚传递。内遮阳装置12和外遮阳装置13都可以采用现有设施园艺中常用的各种遮阳装置。温室1内还设置有一个或一个以上采用双层真空钢化玻璃制成的隔断推拉门14，进而形成多个根据需要而设置的小型温室。推拉门14的数量和大小可根据温室1的面积大小不同或使用者需要来设计。

上述各实施例中，由于本发明采用了嵌入式网络环境控制系统10对温室1进行实时动态的测量和监控，任何得到授权的客户端或服务器端都可以基于TCP/IP协议对嵌入式网络环境控制系统10进行有线或无线通讯，并可以将多个温室1中的各嵌入式网络环境控制系统10连接组成一个局域网，并与上位服务器实现有线或无线连接，从而使得一个温室或多个温室的环境条件、运行状态、监测数据、植物图像等等都实现动态的网络化监控，并可进行实时网络发布。

如图2所示，本发明的功能性风道9包括一与外界大气连通的新风阀90的新风进口和一回风道91，回风道91和新风阀90的新风进口通过管路依次连接一送风机92，一蒸发器93、一除湿机94、一加热器95、一回风机96、一加湿器97、一调气口98和一送风道99，送风道99可以是一个，也可以是并联连通的两个或多个，其分别位于温室的预设的位置，向温室1内送风。其中，蒸发器93和除湿机94还可以连接一台或多台压缩机15，压缩机15设置在温室1外部。在嵌入式网络环境控制系统10控制下，温室1内的空气经支撑立柱2上的通风孔3和回风道8被回风道91收集后，通过回风道91进入送风机92，通过送风机92将空气依次吹入蒸发器93、除湿机94和加热器95，对空气进行降温/加热、除湿后由回风机96吹入加湿器97进行加湿，再经调气口98调气后经送风道99送入各送风道7，再经大面积分布的送风孔板5送到温室1各处，反复持续运行，实现了循环式送回风的运行方式，使得温室1内各处的温度、湿度、CO₂浓度得到有效调控，并且温室1内各处温度、湿度、CO₂浓度的梯度较小。

上述过程中，还可通过开启新风阀90，将外界空气与温室1内回收的空气混合后进入回风道91，进一步实现对环境因子的有效调控。新风阀90在南方和北方的用途是不同的，在南方由于相对湿度较高，新风阀90主要用于降低CO₂浓度、稀释空气；在北方由于相对湿度较低，新风阀90不仅可以用于降低CO₂浓度，还可以用于降低空气的相对湿度。其中，功能性风道9内还可以根据需要设置有管道用温度传感器和湿度传感器等器件。

上述各实施例中，还可以根据需要在温室1内设置若干个带有孔洞的塑料管作为回风道或送风道，从而为植栽输送环境条件均匀一致的空气。

本发明使用时，采用送风孔板5对温室1进行大面积均匀送风，并利用热空气在上和空气阻尼在下的原理进行回风，将回风经过功能性风道9后由送风孔板5再送温室1的循环式送、回风方式。其工作过程如下：

1)利用围护覆盖材料4使得温室1内、外没有空气交换，并且温室1内的环境因子由嵌入式网络环境控制系统10进行实时动态的监测和控制。经过一段时间的运行后，经过内遮阳装置12和外遮阳装置13对自然采光强度的调节，使得温室1内部热环境除受到温室1内采光的影响外，几乎不受外界温热环境的影响，而循环式送回风方式使得温室1内部的空气流得到有效的调控。

2)利用嵌入式网络环境控制系统10的控制服务器对温室1内部环境进行实时的监测，并根据传感器模块11内各传感器监测到的温度、湿度、光照强度、CO₂浓度和气流速度等环境因子的实时数据和历史数据进行预测分析，基于预测型控制算法模块预测下一分钟温室1内所要达到的环境，然后分析预测环境与目标环境之间的差别，从而决定降温或加温、除湿或加湿、调气等执行机构应该如何运转，并在节能省电和环境控制精度之间达到兼顾与效益平衡。

上述各实施例中，由于温室1内部白天的降温负荷或加温负荷的变化是根据照射到温室1内部的自然采光而定的，而且在夜间没有负荷，因此温室1的降温负荷或加温负荷可通过传感器模块11测量，并且嵌入式网络环境控制系统10的控制程度和温室1的运行成本也可以进行测算，所以温室1的环境控制能源成本是可控的，也是较低的。

综上所述，本发明的环境控制型密闭式温室能够有效地利用围护覆盖材料4的密闭式围护结构、循环式送回风方式、嵌入式网络环境控制系统10以及预测型控制算法模块将温室内部的温度、湿度、CO₂浓度、光照强度、气流速度等环境因子控制在适度的水平，同时也能将温室的环境控制成本降低到最小限度，从而在最小限的能源投入的前提下实现高精度、小梯度的温室环境控制。

上述各实施例仅是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1、一种环境控制型密闭式温室，其特征在于：它包括一密闭式温室，所述温室内设置有若干根支撑立柱，所述支撑立柱顶部支撑有一顶棚，依附于所述支撑立柱上设置布满通风孔的柱型风道，由所述支撑立柱和顶棚围成的所述温室外部设置有围护覆盖材料，所述温室内地面上铺设有隔栅式送风孔板，所述送风孔板上面放置若干个底部带有通风孔的培育床，所述送风孔板下部通过隔板隔设有若干个送风道和回风道，所述温室外部设置一个功能性风道，各所述送风道的一端并联连接所述功能性通风道的送风端口，各所述回风道的一端并联连接所述功能性通风道的回风端口，所述功能性风道的回风端口还连通各所述立柱的底部；

所述温室内还设置有一嵌入式网络环境控制系统，所述嵌入式网络环境控制系统连接一传感器模块；

所述温室的顶棚内侧设置有一内遮阳装置，顶棚外侧设置有一外遮阳装置。

2、如权利要求1所述的一种环境控制型密闭式温室，其特征在于：所述功能性风道包括一与外界大气连通的具有新风阀的新风进口和一回风道，所述回风道和新风进口通过管路依次连接一送风机、一蒸发器、一除湿机、一加热器、一回风机、一加湿器、一调风口和一送风道，所述送风道向所述温室内送风，所述蒸发器和除湿机还连接一台或一台以上压缩机。

3、如权利要求1所述的一种环境控制型密闭式温室，其特征在于：所述温室内设置人工补光装置。

4、如权利要求2所述的一种环境控制型密闭式温室，其特征在于：所述温室内设置人工补光装置。

5、如权利要求1或2或3或4所述的一种环境控制型密闭式温室，其特征在于：所述温室内设置有一个以上采用双层真空钢化玻璃制成的隔断和推拉门，形成两个以上的小型温室。

6、如权利要求1或2或3或4所述的一种环境控制型密闭式温室，其特征在于：所述温室内设置若干个带有孔洞的塑料管作为回风道或送风道。

7、如权利要求5所述的一种环境控制型密闭式温室，其特征在于：所述温室内设置若干个带有孔洞的塑料管作为回风道或送风道。