CN103039341B - 资源集约利用型植物工厂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种资源集约利用型植物工厂，包括围护结构，还包括设置在所述围护结构所围成的室内的若干植物栽培单元，所述植物栽培单元为封闭式结构，所述植物栽培单元内分别独立设有光源设备，且所述植物栽培单元分别连通气液共用管路系统；本发明提供的资源集约利用型植物工厂，通过对植物工厂结构上的革新式的改进，大幅提高了资源利用率、植物单位面积产量，且降低了产品的成本，推动了植物工厂的大范围推广应用。

Description

资源集约利用型植物工厂

技术领域

本发明涉及植物工厂，尤其涉及一种资源集约利用型植物工厂。

背景技术

植物工厂作为未来的一种重要的果蔬、粮食生产方式，已受到了广泛的关注，随着相关技术的不断进步，业内从多角度的创新不断推动着植物工厂的发展与完善，目前，植物工厂的创新主要包括几大发展趋势，如：CN101057550A公告了一种“密闭式完全利用人工光的环境控制型植物工厂”，主要解决的问题是，利用网络技术的控制系统，自动调节植物工厂的温度、湿度、CO₂浓度、光照、风向、风速等；CN1977586A公告了一种“移动式植物工厂”，可以被运输工具载运至不同地区进行收成，减省时间成本，方便交流；CN201015317Y公告了“一种植物工厂”，包括门庭、绿化间、苗化间、栽培间等不同功能配套区，该植物工厂的目的是为了实现农作物生长全过程的人工控制；CN202095336U公告了“一种密闭式微型植物工厂”，该方案是将现有的植物工厂从整体上进行压缩，减小体积，以减小植物工厂的占用空间；CN201967457U公告了“一种家庭植物工厂”，呈柜门箱式结构，结构紧凑，使用方便；CN202127687U公告了一种“透明式家庭植物工厂”，柜体四个侧面均由透明材料制成，机械化和自动化程度高，外观设计精美，改善生活环境。

综上，上述的植物工厂发展趋势，多注重自动化、全年连续生产和提供绿色蔬菜、占用空间、使用便利性等方面，并未针对降低成本、增加产量进行研发和改进，而长期以来，由于受到人工光的应用、空气调节系统的依赖及结构设备建造等因素制约，使得植物工厂建设及运行费用一直较高，产品成本一直居高难下，难以和传统栽培模式相竞争，不利于植物工厂的大范围推广应用。虽然某些技术在一定程度上起到了节能的作用，但远未达到未来大规模人工光蔬菜生产对成本的要求。

上述的制约因素例如包括：目前的植物工厂大都是设置若干栽培架，而栽培架上的植物暴露在围护结构所围成的整个培育室内，该技术的栽培空间、温度、CO₂利用率都很低，单位面积产量也很难大幅提高，而为了提高产量，只能加大CO₂等资源的输入，这样的方案更加增加了生产成本：

具体的，针对空间因素，为了满足空气流动、散热降温及人员操作的需要，在布置栽培架时不得不留出较大空隙，浪费了宝贵的栽培面积；针对温度因素，为控制植物工厂内适宜的温度，需要采用大功率空气调节装置，大幅增加成本，且室内温度变化较剧烈，不适宜植物生长；针对CO₂因素，为使最上层的植物冠层也能达到较适宜的CO₂浓度，往往需要施加大量的CO₂，直至充满整个植物工厂，而CO₂的密度大于空气，一段时间后CO₂会逐渐沉积于下方，出现CO₂浓度的不均匀，不适宜植物一致生长，同时，植物吸收的CO₂也仅限于植物体周边范围内，大量未被吸收的CO₂在降温通风时被排放到空气中，不仅浪费资源，大量的温室气体也会对植物工厂外部环境造成危害。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是旨在提高资源利用率的同时大幅度提高单位面积产量，在保持产品优秀品质的同时降低产品成本，接近和达到传统栽培模式下产品的成本，推动植物工厂大范围的推广利用。

（二）技术方案

为实现以上功能，本发明提供了一种资源集约利用型植物工厂，包括围护结构，还包括设置在所述围护结构所围成的室内的若干植物栽培单元，所述植物栽培单元为封闭式结构。

优选的，所述若干植物栽培单元排布成不少于一行、一列、一层。

优选的，所述植物栽培单元内分别具有光源设备，且所述植物栽培单元分别连通气液共用管路系统。

优选的，所述植物栽培单元的侧壁表面为反光面，其底壁上设有液槽，所述液槽上方铺设有栽培板。

优选的，所述栽培板上设有培育孔。

优选的，所述栽培板和其中一侧壁为一体结构。

优选的，所述栽培板和其中一侧壁构成的一体结构设置为多个，且多个所述一体结构并排设置。

优选的，所述气液共用管路系统包括主管道，所述主管道上连接有伸入植物栽培单元内的供气支管，和连通液槽的供液支管。

优选的，所述供液支管位于供气支管下方，所述供气支管上设有多个出气孔。

优选的，所述供气支管和所述供液支管上分别具有向下的折弯部。

（三）有益效果

本发明提供的资源集约利用型植物工厂，通过对植物工厂结构上的革新式改进，设置了封闭的植物栽培单元，能够实现对温度、光照、CO₂等因素的单独调控，大幅提高了资源利用率，并结合对栽培空间的高利用率，大幅提高了植物单位面积产量，且降低了产品的成本，推动了植物工厂的大范围推广应用；

进一步的，本发明的每层植物分别处于封闭独立的生长空间内，不需要考虑空气流动、散热降温及人员操作等因素对空间的要求，将植物工厂内更多的空间用于作物生产，达到植物栽培空间的最大化；

本发明将CO₂分别供给到单独的植物栽培单元内，有效改善了CO₂在工厂内浓度分配不均的问题，本发明针对植物栽培单元分别供给CO₂，能够实现对所需CO₂量的更精确控制，达到相对的供求平衡，有效避免了通风降温带走大量CO₂而造成资源浪费及影响环境的问题，减少CO₂的浪费，极大的提高了生产效率，降低了成本；

更进一步的，针对植物栽培单元的小区域分别供给适温气流，能够更精确的调控各单元内的温度，不必对整个植物工厂进行温度调节，节约大量电力。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明植物工厂的植物栽培单元主视图；

图3是本发明植物工厂的植物栽培单元侧视图；

其中：100、围护结构，200、植物栽培单元，210、侧壁，220、液槽，230、栽培板，231、培育孔，300、光源设备，400、气液共用管路系统，410、主管道，420、供气支管，421、出气孔，430、供液支管，440、折弯部。

具体实施方式

如图1、2、3所示，是本发明资源集约利用型植物工厂的一具体实施例，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1所示的是本发明植物工厂的立体结构图，为表达更清楚，拆除了三面围护墙体，同时仅表示了部分植物栽培单元等结构细节。该植物工厂包括围护结构100，优选的，将该围护结构100的内侧表面设为反光面，以提高光照利用率，同时，较之现有的惯常设计，该围护结构100所围成的腔室无密封性要求，也就是说，本发明的围护结构100主要起到围护作用，而不要求完全密封（能达到相对密封和保温、防止外部污染的效果即可），至于所栽培植物与外界的隔绝则主要依靠于设置在围护结构100所围成的室内的若干封闭式的植物栽培单元200，植物栽培单元200的封闭式结构是指密闭的腔体，但是该腔体并非绝对密封，即植物栽培单元200与围护结构100所围成的腔室之间并非绝对隔绝，一般的，将若干植物栽培单元200排布成不少于一行、一列、一层，以尽可能多的利用空间为原则，例如，可以排布成图1所示的是贴靠在植物工厂内一侧并排布成一行、五列、四层；各植物栽培单元200内分别独立设有光源设备300，还分别连通有气液共用管路系统400，其目的是实现每一个植物栽培单元200都配备相应的资源配置，以形成相对独立的培植空间，且各个培植空间设置成相对密封状态，防止CO₂等资源大量泄漏而引起资源浪费、环境污染等。

为更充分达到本发明的降低成本，提高资源、空间利用率，提高生产量等目的，可以将植物栽培单元设计为图2、3所示的结构。

具体的，植物栽培单元200的侧壁210表面为反光面，其底壁上设有液槽220，液槽220上方铺设有栽培板230，在栽培板230上设有用于定量栽培植物的培育孔231，植物栽培单元200内设置有光源设备300，用于提供植物所需光照，植物栽培单元200内还设置有气液共用管路系统400，用于提供CO₂、营养液以及适宜温度的气体，由于植物栽培单元200的空间远小于植物工厂的空间，因此，较之惯常的植物工厂，小空间的植物栽培单元200的光源和热量等资源更容易实现精确控制，尤其是，更精确的资源（光照、温度、营养液等）控制，可省去利用通风进行降温的环节，进而避免了该环节带出大量CO₂而浪费资源、影响外部环境的问题；而在本发明中，即使有少量的CO₂等漏出植物栽培单元200，也基本都存在于围护结构内，不会污染到外部环境。

在上述的植物栽培单元200结构中，可将栽培板230和其中一侧壁210设置为一体结构，该一体结构为九十度折板，其中的底板作为栽培板230，设置在液槽的上方，其中的竖直板作为两面都是反光面的侧壁210，用于作为植物栽培单元200的一侧壁或者用于将植物栽培单元200隔出两个栽培空间，可根据栽培的需要以及灯具型号等方面的因素，利用设置一个或者并排的多个一体结构将植物栽培单元200分隔出一个或者多个栽培空间，实现资源利用最优化，进一步提高实用性，提高生产效率；图2的植物栽培单元200内设置有两个并排的一体结构，将植物栽培单元200分隔成了两个栽培空间。

为了既满足同时为若干植物栽培单元供液供气，又尽量使管路简约化，本发明特殊设计了气液同用的气液共用管路系统400，如图3中示出了该管路系统的优选方案，它主要包括主管道410、供气支管420和供液支管430，主管道410的一端连通用于抽取营养液和CO₂等的相应设备以及用于调控温度的空调等，另一端位于植物工厂内，主管道410上设有若干供气支管420和供液支管430等分支，每一个植物栽培单元200上都连通有一供气支管420和一供液支管430，供气支管420伸入至植物栽培单元200内，供气支管420上设有多个出气孔421，用于释放CO₂等适宜温度的气体，供液支管430连通液槽220，用于输送营养液、水等液体资源，优选令供液支管430位于供气支管420下方，且供气支管420和供液支管430上分别具有类似过门槛的向下的折弯部440；当分别或同时通入营养液和CO₂气体时，营养液和CO₂气体同时由主管道410输送给各支管；以某一个植物栽培单元为例，因营养液和CO₂气体本身的密度等物理特性的差别，气体经由上方的供气支管420的出气孔421通入至植物栽培单元内，而供气支管420的折弯部440使液体不能自下而上流动，只能自行向下流入供液支管430输入至液槽220内；液体经由下方的供液支管430输入至液槽220内，而供液支管430的折弯部440滞留一部分液体形成液封，使得气体无法通过而只能通过供气支管420由出气孔421处释放。综上，本发明的管道系统，将气体、液体的供给管路简约为一根主管道和若干分支管道，极大的节约了空间，同时又能够实现气体、液体的分开单独供给，不影响实现分别供液、供气的效果，与若干植物栽培单元相配合，有效提高了生产效率。

另外，本发明能够针对各植物栽培单元的气、液、温度等资源进行精确化的供给，为达到该目的，显然，可以增添若干成熟的技术方案，例如，可以通过安装用于测试气体浓度、环境温度等的相应传感器，或者通过作业者由手持设备进行人工测试，以获取相应的参数，进而调整资源供给量，以进一步达到供求平衡，又如，可以在主管道及各支管道上分别设置自动或手动的阀门，通过主控系统或者通过人工操作，控制阀门的开启状态，即时调整资源的供给量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种资源集约利用型植物工厂，包括围护结构（100），其特征在于：还包括设置在所述围护结构（100）所围成的室内的若干植物栽培单元（200），所述植物栽培单元（200）为封闭式结构，所述若干植物栽培单元（200）排布成不少于一行、一列、一层，所述植物栽培单元（200）的侧壁（210）表面为反光面，其底壁上设有液槽（220），所述液槽（220）上方铺设有栽培板（230），所述植物栽培单元（200）内分别具有光源设备（300），且所述植物栽培单元（200）分别连通气液共用管路系统（400），所述气液共用管路系统（400）包括主管道（410），所述主管道（410）上连接有伸入植物栽培单元（200）内的供气支管（420），和连通液槽（220）的供液支管（430），所述供气支管（420）和所述供液支管（430）上分别具有向下的折弯部（440）。

2.根据权利要求1所述的资源集约利用型植物工厂，其特征在于：所述栽培板（230）上设有培育孔（231）。

3.根据权利要求1所述的资源集约利用型植物工厂，其特征在于：所述栽培板（230）和其中一侧壁（210）为一体结构。

4.根据权利要求1所述的资源集约利用型植物工厂，其特征在于：所述栽培板（230）和其中一侧壁（210）构成的一体结构设置为多个，且多个所述一体结构并排设置。

5.根据权利要求1所述的资源集约利用型植物工厂，其特征在于：所述供液支管（430）位于供气支管（420）下方，所述供气支管（420）上设有多个出气孔（421）。