CN108738935B - 一种装备化多功能光照种植工厂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装备化多功能光照种植工厂，包括带绝热结构的集装箱体(8)，集装箱体(8)内设有一个或多个多功能光照种植单元(1)，一个或多个通风过滤模块(3)、一个或多个湿度调整雾化模块(4)、空调系统(5)、光照种植控制模块(6)、用于供排营养液、净水和CO2的供排系统(8.16)，和连接外部电缆及管线的连接口(8.15)。本发明具有植物产量大、能耗低和种植设施装备化的特点，而且可适用更多植物品种和栽培类型，利于大规模产业化推广。

Description

一种装备化多功能光照种植工厂
技术领域
本发明涉及一种人工植物工厂，特别是一种装备化多功能光照种植工厂。
背景技术
植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的控制型生产。
植物工厂是现代设施农业发展的高级阶段，是一种高投入、高技术、精装备的生产体系，集生物技术、工程技术和系统管理于一体，使农业生产从自然生态束缚中脱离出来.按计划周年性进行植物产品生产的工厂化农业系统，是农业产业化进程中吸收应用高新技术成果最具活力和潜力的领域之一，代表着未来农业的发展方向。
而目前市面上，绝大多数的植物工厂种植品种单一，多以营养液种植手段为主，蔬菜产品一般为无公害蔬菜，难以生产有机蔬菜，这在很大程度上限制了植物工厂。蔬菜种植品种单一的原因归结于种植工厂设施的设计。常见的非露地蔬菜有菌类、芽苗菜类、叶菜类等多种类型，根据蔬菜品种的不同，可分别采用固态基质栽培、半固态基质栽培、雾态栽培或液态栽培等多种栽培手段提供支持，但事实上，现有的种植工厂种植品种单一，管理者无法做到根据市场对蔬菜产品的需求来调整栽培手段。另外，这些工厂多为建筑类结构，难以做到能源的精细化管理，能耗较大，蔬菜的单位成本高居不下，不具备大规模推广使用的条件。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种装备化多功能光照种植工厂，它具有植物产量大、能耗低的特点，而且可适用更多植物品种和栽培类型，利于大规模产业化推广。
本发明的技术方案：一种装备化多功能光照种植工厂，其特点是：包括带绝热结构的集装箱体，集装箱体内设有一个或多个多功能光照种植单元，一个或多个通风过滤模块、一个或多个湿度调整雾化模块、空调系统、光照种植控制模块、用于供排营养液、净水和CO2的供排系统，和连接外部电缆及管线的连接口。
上述的装备化多功能光照种植工厂中，所述绝热结构包括箱体外壳和箱体外壳内的内胆，箱体外壳内胆之间填充有绝热的发泡塑料，最大限度地减少箱体内外的热传递。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，通过设定不同的种植温度、绝热厚度和所在种植区域的户外气温，计算出能源管理关系曲线，再结合所在种植地区的户外温度走向，最后决定集装箱选用合适的绝热材料厚度；并通过能源管理关系曲线来作为工厂节能管理运作的依据。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述通风过滤模块包括固定在风扇支架上的通风扇，通风扇上盖设有集成过滤网和网盖的扇盖放置于集装箱体的内胆和外壳之间，在箱体外壳和内胆填充发泡塑料时同时固定风扇支架；所述过滤网采用HEPA和光触媒分层过滤结构，光触媒滤网设置靠箱外一侧，过滤网能够有效避免霉菌进入箱体内；同时也能有效避免栽培菌类时孢子溢出箱体外。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述光照种植控制模块，具有开启与关闭光照周期的控制、光照强度测量及控制、光谱调整、空气温度测量及控制、空气湿度测量及控制、土壤湿度测量、CO2浓度测量和控制、换气周期控制、网络数据上载、下载、视频监控与APP控制，还包括多种特定种植物的对上述参数预设定优化运行和用户自定义运行。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述多功能种植单元包括支架组，支架组的垂直支架上设有多层隔板孔，支架组上通过隔板孔内的支撑卡支撑有一个或多个单元层，单元层高度通过支撑卡来调整；还包括与单元层相连的总管系统，总管系统包括高压总管、进液总管和出液总管，总管系统上设置电磁阀或手动阀控制进出液，总管系统连通高压供水、供液和回液系统；所述单元层包括同水平高度上设有一个或多个活动托盘装配、一个连接高压总管的层间高压汇流管、一个通过浮子液位模块与进液总管连接的层间进液汇流管、以及与出液总管连接的层间出液汇流管，活动托盘装配与所述层间高压汇流管、层间进液汇流管和层间出液汇流管连接。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述支架组还设有带保护罩的电气接插件母头、光照传感器、CO2及温湿度传感器和土壤湿度传感器，电气接插件母头上连接有灯泡供电电缆。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述活动托盘装配包括活动托架，活动托架上设有一个带进液结构和出液结构的存液托盘；活动托架下方设有一个或多个出光朝下且方便更换的电光源；所述存液托盘内设有一个或多个用于栽培植物的定植盘或一次性种植托盘。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述浮子液位模块包括固定在分层托架上的液位槽，液位槽内设有可调液位浮子阀或液位计；液位槽上设有两个分别与层间进液汇流管和层间出液汇流管连接的快换软管接头。当多功能种植单元作为育苗使用时，单元层间高度不再重要，分层托架安装2个液位槽，可使多功能种植单元的单元层增加一倍。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，活动托盘装配的内部结构可以分为两种，第一种情况是：所述定植盘或一次性种植托盘固定在存液托盘内的定植盘支架上，定植盘支架通过定植盘高程调整杆连接定植盘底座，根据栽培方案，定植盘放置的高度由选用的定植盘高程调整杆决定。该方案可以用于根部雾化栽培方式。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述存液托盘内底部设有喷雾头朝上的喷雾装置，营养液通过喷雾头喷射到上方的植物根部；喷雾持续或间隔时间通过电磁阀或手动阀控制。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，活动托盘装配的第二种内部结构是:所述定植盘或一次性种植托盘固定在存液托盘内的种植托盘内；种植托盘设有通孔与存液托盘的液体连通,该方案可以用于免定植盘或一次性种植托盘直接在种植托盘中栽种。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述存液托盘内底部设有沥水层；所述活动托架下方还设有喷雾头朝下的喷雾装置，净水或营养液通过喷雾头喷射到下方的植物叶面；喷雾持续或间隔时间通过电磁阀或手动阀控制。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述沥水层由定植盘底座和固定横筋架空形成，所述定植盘底座上设有横筋连接卡，相邻的固定横筋通过螺钉与卡接在定植盘底座之间的横筋连接卡连接在一起。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，存液托盘内底部设置迷宫凸起，减少固体物质进入出液结构中；存液托盘盘底和盘侧还设置多个局部减薄盲孔用于进液或排液，方便各种布置型式，使用时钻通即可，增强存液托盘的通用性；如果需要限制下限液位时，在存液托盘排水孔上插入一定高度的限位管来实现，低于限位管口的液面无法排出；存液托盘内充液持续或间隔时间可通过电磁阀或手动阀控制。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，还包含一根或多根带电缆规范套的电缆、所述电缆一端连接有电气接插件，另一端与电光源相连；所述电缆规范套上设置规范套止口，电缆规范套通过规范套止口固定在活动托架上；所述的活动托架上设置有一个或多个用于安装电光源的带定位凸起的安装定位孔。
前述的装备化多功能光照种植工厂中，所述能源管理关系曲线的获得方法具体包括以下步骤：
A、计算出多功能光照种植工厂集装箱体内有影响的总热源量：包含光照设备发热量、雾化设备发热量、所有机电设备发热量、工作人员人体发热量和各类用电器发热量；
B、计算集装箱体对室外的热辐射总量：箱体绝热厚度均布设计，展开整个箱体面积，根据箱体内外温差，按有绝热厚度的热传导方式计算出热辐射总量；设定箱体内的种植温度，根据箱外温度，计算出不同绝热层厚度的热辐射总量；箱外气温高于设定种植温度时，体现为对箱外对箱内热辐射，热量输入，为正值；箱外气温低于设定种植温度时，体现为对箱内对箱外热辐射，热量输出，为负值；
C、计算集装箱体的空调功率：设定箱体外不同温度，绝热层厚度，计算出总热源量、热辐射总量，以及查出不同工作温度下空调的能效比；空调功率＝(总热源量+热辐射总量)/空调能效比；计算值为负值，空调为制热工作状态；计算值为正值，空调为制冷工作状态；
D、计算出集装箱体内所有用电设备的用电量：包含光照设备功率、雾化设备功率、所有机电设备功率、各类用电器功率和空调功率，根据不同温度下的功率，计算出年总用电量；
E、计算出多功能光照种植工厂的每公斤蔬菜的单位能耗：根据多功能光照种植工厂的种植托盘总量，托盘每周期产量，种植周期，计算出多功能光照种植工厂的蔬菜年总产量，则每公斤蔬菜的单位能耗＝年总用电量/蔬菜年总产量；
F、根据A～E的计算结果，拟合出户外温度与单位能耗和空调功率的关系曲线。
与现有技术相比，本发明利用集装箱体作为载体，在内部搭载能够为植物生长提供必要环境因素的功能控制模块，并以内部的多功能光照种植单元作为基本栽种单元，可以使整个种植工厂集约化程度更高，降低装备难度，不仅可以提高植物产能，而且整体装备能源利用率也更高，可降低单位能耗，便于大规模的产业化推广。
另外，本发明所使用的多功能种植单元有助于实现固态基质、半固态基质、雾态或液态等多种栽培手段，能实现菌类、芽苗菜类、叶菜类等多种蔬菜品种的栽培、饲草栽培、甚至包括用作露地蔬菜的农残降解栽培等。而且，该多功能光照种植单元可采用一次性种植托盘或定植盘培植蔬菜，一次性托盘或定制盘，在生产过程中又是生产辅件，可在运输或销售过程中承担外包装品作用，消费者购买后放入自有的、基于类似专利申请号201711079902.9的光照种植箱中可继续承担蔬菜培植、保存的辅件作用，可实现活体蔬菜的生产、采摘、运输和消费一体化。进而改变了蔬菜生产和消费现状，为人们提供了蔬菜生产和消费方式的全新选择。
本发明最大限度地提高了种植物的品种和产量、最大限度地减少集装箱体内外的热传递，极大地降低了光照种植工厂的单位能耗，和传统种植工厂的每公斤蔬菜耗电7～15度电相比，本发明的光照种植工厂每公斤蔬菜的耗电直降到最低2度电左右，为光照种植工厂产品进入正常蔬菜消费市场带来了希望。有利于种植业者根据市场需求实时选择种植方案和种植品种，为种植业者种植蔬菜提供了高产高质的装备化设备保障。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的多功能光照种植单元的结构示意图；
图3是图2去除供排系统后的结构示意图；
图4是图2去除部分活动托盘装配后的结构示意图；
图5是实施例中第一种活动托盘装配(带定植盘)的结构示意图；
图6是图5的另一个视角结构示意图；
图7是图5所示结构的组装后示意图；
图8是实施例中第一种活动托盘装配(带一次性种植托盘)的结构示意图；
图9是图8所示结构的组装后示意图；
图10是实施例中第二种活动托盘装配(带定植盘)的结构示意图；
图11是图10所示结构的组装后示意图；
图12是实施例中第二种活动托盘装配(带一次性种植托盘)的结构示意图；
图13是图12所示结构的组装后示意图；
图14是实施例中第二种活动托盘装配(仅种植托盘)的结构示意图；
图15是图14所示结构的组装后示意图；
图16是活动托盘装配去除存液托盘内部零件的结构示意图；
图17是活动托架下方结构示意图；
图18是浮子液位模块结构示意图；
图19是集装箱体绝热材料填充示意图；
图20是通风过滤模块结构示意图；
图21是图20所示结构的组装后示意图；
图22是单位能耗和空调功率的关系曲线图。
附图中的标记：1-多功能光照种植单元，2-活动托盘装配，2.1-活动托架，2.1.1-灯泡固定支架，2.1.2-电缆勾，2.2-存液托盘，2.2.1-局部减薄盲孔，2.2.2-迷宫凸起，2.2.3-沥水层，2.2.4-固定横筋，2.2.5-横筋连接卡，2.2.6-限位管，2.2.7-螺钉，2.3-电光源，2.4-带电气接插件的电缆，2.5-电缆规范套，2.5.1-规范套止口，2.6-灯泡固定环，2.7-灯泡保护罩，2.8-安装定位孔，2.9-种植托盘，2.9.1-通孔，2.9.2-一次性种植托盘，2.9.3-一次性托盘盖，2.10-定植盘，2.10.1-定植盘支架，2.10.2-定植盘底座，2.10.3-定制盘高程调整杆，2.11-喷雾装置，2.11.1-喷雾头，2.11.2-固定弹簧，2.12-层间高压汇流管，2.13-层间进液汇流管，2.14-层间出液汇流管，2.15-管夹，3-通风过滤模块，3.1-风扇支架，3.2-通风扇，3.2.1-扇盖，3.2.2-通风扇固定螺钉，3.3-过滤网，3.3.1-过滤网盖，4-湿度调整雾化模块，5.2-空调室外机，5.3-空调盘管，空调室内机，6-光照种植控制模块，6.1-光照传感器，6.2-CO2及温湿度传感器，6.3-土壤湿度传感器，7-支架组，7.1-浮子液位模块，7.1.1-液位槽，7.1.2-可调液位浮子阀，7.1.3-分层托架，7.1.4-快换软管接头，7.2-进液总管，7.3-出液总管，7.4-高压总管，7.5-电磁阀，7.6-手动阀，7.7-垂直支架，7.7.1-多层隔板孔，7.7.2-支撑卡，7.8-横向加强筋，7.9-纵向加强筋，7.10-带保护罩的电气接插件母头，7.10.1-灯泡供电电缆，8-集装箱体，，8.01-内胆，8.02-外壳，8.03-绝热材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种装备化多功能光照种植工厂，如图1所示：包括带绝热结构的集装箱体8，集装箱体8内设有一个或多个多功能光照种植单元1，一个或多个通风过滤模块3、一个或多个湿度调整雾化模块4、空调系统5、光照种植控制模块6、用于供排营养液、净水和CO2的供排系统8.16，和连接外部电缆及管线的连接口8.15。所述绝热结构包括箱体外壳8.01和箱体外壳8.01内的内胆8.02，箱体外壳8.01内胆8.2之间填充有绝热的发泡塑料8.03，最大限度地减少箱体内外的热传递，如图19所示。通过设定不同的种植温度、绝热厚度和所在种植区域的户外气温，计算出能源管理关系曲线，再结合所在种植地区的户外温度走向，最后决定集装箱选用合适的绝热材料厚度；并通过能源管理关系曲线来作为工厂节能管理运作的依据。
所述通风过滤模块3包括固定在风扇支架3.1上的通风扇3.2，通风扇3.2上盖设有集成过滤网3.3和网盖3.3.1的扇盖3.2.1；风扇支架3.1放置于集装箱体8的内胆8.01和外壳8.02之间，在箱体外壳8.02和内胆8.01填充发泡塑料8.03时同时固定风扇支架3.1；所述过滤网3.3采用HEPA和光触媒分层过滤结构，光触媒滤网设置靠箱外一侧，过滤网3.3能够有效避免霉菌进入箱体内；同时也能有效避免栽培菌类时孢子溢出箱体外，如图20和图21所示。
所述光照种植控制模块6，具有开启与关闭光照周期的控制、光照强度测量及控制、光谱调整、空气温度测量及控制、空气湿度测量及控制、土壤湿度测量、CO2浓度测量和控制、换气周期控制、网络数据上载、下载、视频监控与APP控制，还包括多种特定种植物的对上述参数预设定优化运行和用户自定义运行。
所述多功能种植单元如图2、图3和图4所示，包括支架组7，支架组7的垂直支架7.7上设有多层隔板孔7.7.1，支架组7上通过隔板孔7.7.1内的支撑卡7.7.2支撑有一个或多个单元层，单元层高度通过支撑卡7.7.2来调整；还包括与单元层相连的总管系统，总管系统包括高压总管7.4、进液总管7.2和出液总管7.3，总管系统上设置电磁阀7.5或手动阀7.6控制进出液，总管系统连通高压供水、供液和回液系统；所述单元层包括同水平高度上设有一个或多个活动托盘装配2、一个连接高压总管7.4的层间高压汇流管2.12、一个通过浮子液位模块7.1与进液总管7.2连接的层间进液汇流管2.13、以及与出液总管7.3总管连接的层间出液汇流管2.14，活动托盘装配2与所述层间高压汇流管2.12、层间进液汇流管2.13和层间出液汇流管2.14连接。所述支架组7还设有带保护罩的电气接插件母头7.10、光照传感器6.1、CO2及温湿度传感器6.2和土壤湿度传感器6.3，电气接插件母头7.10上连接有灯泡供电电缆7.10.1。其中设置在光照种植单元顶部的活动托盘装配2不包含托盘2.2；设置在光照种植单元底部的活动托盘装配2不包含电光源2.3。
所述浮子液位模块7.1的结构如图18所示，包括固定在分层托架7.1.3上的液位槽7.1.1，液位槽7.1.1内设有可调液位浮子阀7.1.2或液位计；液位槽7.1.1上设有两个分别与层间进液汇流管2.13和层间出液汇流管2.14连接的快换软管接头7.1.4。当多功能种植单元作为育苗使用时，单元层间高度不再重要，分层托架7.1.3安装2个液位槽7.1.1，可使多功能种植单元的单元层增加一倍。
其中活动托盘装配2可以为两种基本结构类型。
第一种如图5至图9所示，包括活动托架2.1，活动托架2.1上设有一个带进液结构和出液结构的存液托盘2.2；活动托架2.1下方设有一个或多个出光朝下且方便更换的电光源2.3；所述存液托盘2.2内设有一个或多个用于栽培植物的定植盘2.10或一次性种植托盘2.9.2。所述定植盘2.10或一次性种植托盘2.9.2固定在存液托盘2.2内的定植盘支架2.10.1上，定植盘支架2.10.1通过定植盘高程调整杆2.10.3连接定植盘底座2.10.2，根据栽培方案，定植盘2.10放置的高度由选用的定植盘高程调整杆2.10.3决定。所述存液托盘2.2内底部设有喷雾头2.11.1朝上的喷雾装置2.11，营养液通过喷雾头2.11.1喷射到上方的植物根部；喷雾持续或间隔时间通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。
第二种如图10至图15所示，包括活动托架2.1，活动托架2.1上设有一个带进液结构和出液结构的存液托盘2.2；活动托架2.1下方设有一个或多个出光朝下且方便更换的电光源2.3；所述存液托盘2.2内设有一个或多个用于栽培植物的定植盘2.10或一次性种植托盘2.9.2。所述定植盘2.10或一次性种植托盘2.9.2固定在存液托盘2.2内的种植托盘2.9内；种植托盘2.9设有通孔2.9.1与存液托盘2.2的液体连通。
两种结构的存液托盘2.2以下部位的结构基本相同，如图16和图17所示，存液托盘2.2内底部设有沥水层2.2.3；所述活动托架2.1下方还设有喷雾头2.11.1朝下的喷雾装置2.11，净水或营养液通过喷雾头2.11.1喷射到下方的植物叶面；喷雾持续或间隔时间通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。所述沥水层2.2.3由定植盘底座2.10.2和固定横筋2.2.3.1架空形成，所述定植盘底座2.10.2上设有横筋连接卡2.2.3.2，相邻的固定横筋2.2.4通过螺钉2.2.3.3与卡接在定植盘底座2.10.2之间的横筋连接卡2.2.5连接在一起。
存液托盘2.2内底部设置迷宫凸起2.2.2，减少固体物质进入出液结构中；存液托盘2.2盘底和盘侧还设置多个局部减薄盲孔2.2.1用于进液或排液，方便各种布置型式，使用时钻通即可，增强存液托盘2.2的通用性；如果需要限制下限液位时，在存液托盘2.2排水孔上插入一定高度的限位管2.2.6来实现，低于限位管2.2.6口的液面无法排出；存液托盘2.2内充液持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。还包含一根或多根带电缆规范套2.5的电缆2.4、所述电缆2.4一端连接有电气接插件，另一端与电光源2.3相连；所述电缆规范套2.5上设置规范套止口，电缆规范套2.5通过规范套止口固定在活动托架2.1上；所述的活动托架2.1上设置有一个或多个用于安装电光源2.3的带定位凸起的安装定位孔2.8。
所述能源管理关系曲线的获得方法具体包括以下步骤：
A、计算出多功能光照种植工厂集装箱体内有影响的总热源量：包含光照设备发热量、雾化设备发热量、所有机电设备发热量、工作人员人体发热量和各类用电器发热量；
B、计算集装箱体对室外的热辐射总量：箱体绝热厚度均布设计，展开整个箱体面积，根据箱体内外温差，按有绝热厚度的热传导方式计算出热辐射总量；设定箱体内的种植温度，根据箱外温度，计算出不同绝热层厚度的热辐射总量；箱外气温高于设定种植温度时，体现为对箱外对箱内热辐射，热量输入，为正值；箱外气温低于设定种植温度时，体现为对箱内对箱外热辐射，热量输出，为负值；
C、计算集装箱体的空调功率：设定箱体外不同温度，绝热层厚度，计算出总热源量、热辐射总量，以及查出不同工作温度下空调的能效比；空调功率＝(总热源量+热辐射总量)/空调能效比；计算值为负值，空调为制热工作状态；计算值为正值，空调为制冷工作状态；
D、计算出集装箱体内所有用电设备的用电量：包含光照设备功率、雾化设备功率、所有机电设备功率、各类用电器功率和空调功率，根据不同温度下的功率，计算出年总用电量；
E、计算出多功能光照种植工厂的每公斤蔬菜的单位能耗：根据多功能光照种植工厂的种植托盘总量，托盘每周期产量，种植周期，计算出多功能光照种植工厂的蔬菜年总产量，则每公斤蔬菜的单位能耗＝年总用电量/蔬菜年总产量；
F、根据A～E的计算结果，拟合出户外温度与单位能耗和空调功率的关系曲线。单位能耗和空调功率的关系曲线图如图22所示。
通过调整活动托盘装配2配件搭配可实现多功能光照种植应用方案。
1、当用于雾态喷雾栽培时，活动托盘装配2的结构为：存液托盘2.2内设有一个或多个用于栽培植物的定植盘2.10，定植盘2.10固定在定植盘支架2.10.1上，定植盘支架2.10.1通过定植盘高程调整杆2.10.3连接定植盘底座2.10.2，根据栽培方案，定植盘2.10放置的高度由选用的定植盘高程调整杆2.10.3决定。定植盘2.10根据栽培品种或方案，有适合各类栽培物的多种结构。在存液托盘2.2内底部设置喷雾装置2.11，营养液通过喷雾头2.11.1喷射到植物根部；或在活动托架2.1下方设有喷雾装置2.11，营养液或净水通过喷雾头2.11.1喷射到植物顶部，喷雾装置2.11通过固定弹簧2.11.2固定到活动托架2.1上。不使用浮子液位模块7.1控制液位，浮子液位模块7.1的进液与出液端用快换软管短接，高压水直接进入层间进液汇流管2.13与存液托盘2.2内的喷雾装置2.11连接；在活动托架2.1下方的喷雾装置2.11与层间高压汇流管2.12连接。喷雾持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。
2、当用于固态基质或半固态基质栽培时，活动托盘装配2的结构为：存液托盘2.2内设有一个或多个用于栽培植物的种植托盘2.9；或将雾态喷雾栽培时活动托盘装配2结构中的定植盘2.10更换为一次性种植托盘2.9.2，恢复浮子液位模块7.1的正常连接，必要时可取消存液托盘2.2内的喷雾装置2.11，可根据栽种方案来确定存液托盘2.2中是否放入沥水层2.2.3,沥水层2.2.3用来调节种植托盘2.9在存液托盘2.2中放置的高度，沥水层2.2.3可由定植盘底座2.10.2加固定横筋2.2.4和横筋连接卡2.2.5用螺钉固定构成；种植托盘2.9设有通孔2.9.1与存液托盘2.2的液体连通。活动托架2.1下方设有喷雾装置2.11，营养液或净水通过喷雾头2.11.1喷射到植物顶部，喷雾装置2.11通过固定弹簧2.11.2固定到活动托架2.1上；一次性种植托盘2.9.2的底部和周围可设置通气孔，便于外部的液体渗入其内和成为商品活体蔬菜时通气。栽种时种子层搭配植物适合的固态营养基质，在一次性种植托盘2.9.2或种植托盘2.9中从下至上设置营养基质和种子层，浇上水或营养液，待种子发芽时将一次性种植托盘2.9.2放入种植托盘2.9并置于存液托盘2.2中；或直接将一次性种植托盘2.9.2置于存液托盘2.2中；或将一次性种植托盘2.9.2置于的定植盘支架2.10.1上。
固态基质栽培方案时，调整浮子液位模块7.1控制净水或营养液液位在沥水层高度附近，水分靠基质毛细间隙向固态基质渗透。
半固态基质栽培方案时，调整浮子液位模块7.1控制水或营养液液位定时部分淹没或全淹没固态基质；根据液位高度，基质淹没持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。
3、当用于液态营养液栽培时，活动托盘装配2的结构为：采用雾态栽培时的结构；或采用固态基质或半固态基质栽培时的结构，
液态栽培采用雾态栽培结构时，以定植盘2.10作栽培衬托，定植盘2.10固定在定植盘支架2.10.1上，定植盘2.10放置的高度由选用的定植盘高程调整杆2.10.3决定。或采用一次性种植托盘2.9.2作栽培衬托，一次性种植托盘2.9.2固定在定植盘支架2.10.1上，一次性种植托盘2.9.2放置的高度由选用的定植盘高程调整杆2.10.3决定。
液态栽培采用固态基质或半固态基质栽培结构时，采用定植盘2.10作栽培衬托，定植盘2.10固定在种植托盘2.9上。或采用一次性种植托盘2.9.2作栽培衬托，一次性种植托盘2.9.2固定在种植托盘2.9上。
其中上限液位可调整浮子液位模块7.1控制水或营养液液位来定时部分淹没或全淹没植物根部；如果需要控制下限液位，在存液托盘2.2排水孔上插入一定高度的限位管2.2.6来实现，低于限位管2.2.6口的液面无法排出。栽培物根部淹没持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。
4、当用于育苗栽培时及芽苗菜类，活动托盘装配2的结构为：与液态营养液栽培结构相同，区别在于采用一次性种植托盘2.9.2作栽培衬托，用于育苗栽培时需要较低的高度，可设置更多的单元层。
在一次性种植托盘2.9.2中从下至上设置固态营养基质和种子层；或将种子均布在纤维铺底的一次性种植托盘2.9.2底部。
一次性种植托盘2.9.2固定在定植盘支架2.10.1上，一次性种植托盘2.9.2放置的高度由选用的定植盘高程调整杆2.10.3决定；或一次性种植托盘2.9.2固定在种植托盘2.9上。
可在活动托架2.1下方设有喷雾装置2.11，营养液或净水通过营养液或净水通过喷雾头2.11.1喷射到种子层上，喷雾装置2.11通过固定弹簧2.11.2固定到活动托架2.1上；喷雾持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。
可调整浮子液位模块7.1控制净水或营养液液位定时在沥水层高度附近，水分靠基质毛细间隙向营养基质渗透，保持营养基湿度。
可调整浮子液位模块7.1控制水或营养液液位部分淹没或全淹没营养基质；根据液位高度，基质淹没持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。
5、当用于菌类栽培时，活动托盘装配2的结构为：与育苗栽培时结构相同，区别在于一次性种植托盘2.9.2仅作为菌包衬托，一个或多个按一次性种植托盘2.9.2装包成型接种成菌包，将接种好的菌包放入种植托盘2.9中或忽略种植托盘2.9，直接放入存液托盘2.2中，或定植盘支架2.10.1上，进行菌体培养；
或采用传统的菌包型式，直接放置于存液托盘2.2中。
可在活动托架2.1下方设有喷雾装置2.11，营养液或净水通过喷雾头2.11.1喷射到菌包表面，喷雾装置2.11通过固定弹簧2.11.2固定到活动托架2.1上。
喷雾持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制；不使用浮子液位模块7.1控制液位，设置层间高压汇流管2.12，浮子液位模块7.1进液端可用快换软管与层间高压汇流管2.12连接。
6、当用于饲草栽培时，活动托盘装配2的结构为：与液态营养液栽培结构相同，区别在于可采用更大规格种植托盘2.9作栽培衬托，如图14和图15所示，在大规格种植托盘2.9中设置固态营养基质和种子层；或将种子均布在大规格种植托盘2.9底部。
可在活动托架2.1下方设有喷雾装置2.11，营养液或净水通过营养液或净水通过喷雾头2.11.1喷射到种子层上，喷雾装置2.11通过固定弹簧2.11.2固定到活动托架2.1上；喷雾持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制；
可调整浮子液位模块7.1控制净水或营养液液位在沥水层高度附近，水分靠基质毛细间隙向营养基质渗透，保持营养基湿度；
可调整浮子液位模块7.1控制水或营养液液位定时部分淹没或全淹没营养基质；根据液位高度，基质淹没持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制；
7、当用于露地植物和蔬菜移入光照种植单元继续培育或去除农药残留时，活动托盘装配2的结构为：与育苗栽培时结构相同，区别在于一次性种植托盘2.9.2作为露地植物和蔬菜移栽的衬托。
将一个或多个移入露地植物和蔬菜的一次性种植托盘2.9.2放入种植托盘2.9中或忽略种植托盘2.9，直接放入存液托盘2.2中，或定植盘支架2.10.1上，进行继续培育；
可采用其他的传统种植容器型式，直接放置于存液托盘2.2中。
可在活动托架2.1下方设有喷雾装置2.11，营养液或净水通过喷雾头2.11.1喷射到植物或蔬菜叶面上，喷雾装置2.11通过固定弹簧2.11.2固定到活动托架2.1上；喷雾持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制；
可调整浮子液位模块7.1控制净水或营养液液位定时在沥水层高度附近，水分靠基质毛细间隙向营养基质渗透，保持营养基湿度。
可调整浮子液位模块7.1控制水或营养液液位定时部分淹没或全淹没营养基质；根据液位高度，基质淹没持续或间隔时间可通过电磁阀7.5或手动阀7.6控制。

Claims (14)

1.一种装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：包括带绝热结构的集装箱体（8），集装箱体（8）内设有一个或多个多功能光照种植单元（1），一个或多个通风过滤模块（3）、一个或多个湿度调整雾化模块（4）、空调系统（5）、光照种植控制模块（6）、用于供排营养液、净水和CO2的供排系统，和连接外部电缆及管线的连接口（8.15）；所述多功能光照种植单元包括支架组（7），支架组（7）的垂直支架（7.7）上设有多层隔板孔（7.7.1），支架组（7）上通过隔板孔（7.7.1）内的支撑卡（7.7.2）支撑有一个或多个单元层，单元层高度通过支撑卡（7.7.2）来调整；还包括与单元层相连的总管系统，总管系统包括高压总管（7.4）、进液总管（7.2）和出液总管（7.3），总管系统上设置电磁阀（7.5）或手动阀（7.6）控制进出液，总管系统连通高压供水、供液和回液系统；所述单元层包括同水平高度上设有一个或多个活动托盘装配（2）、一个连接高压总管（7.4）的层间高压汇流管（2.12）、一个通过浮子液位模块（7.1）与进液总管（7.2）连接的层间进液汇流管（2.13）、以及与出液总管（7.3）连接的层间出液汇流管（2.14），活动托盘装配（2）与所述层间高压汇流管（2.12）、层间进液汇流管（2.13）和层间出液汇流管（2.14）连接；所述通风过滤模块（3）包括固定在风扇支架（3.1）上的通风扇（3.2），通风扇（3.2）上盖设有集成过滤网（3.3）和网盖（3.3.1）的扇盖（3.2.1）；风扇支架（3.1）放置于集装箱体（8）的内胆（8.01）和外壳（8.02）之间，在箱体外壳（8.02）和内胆（8.01）填充发泡塑料（8.03）时同时固定风扇支架（3.1）；所述过滤网（3.3）采用HEPA和光触媒分层过滤结构，光触媒滤网设置靠箱外一侧，过滤网（3.3）能够有效避免霉菌进入箱体内；同时也能有效避免栽培菌类时孢子溢出箱体外；所述浮子液位模块（7.1）包括固定在分层托架（7.1.3）上的液位槽（7.1.1），液位槽（7.1.1）内设有可调液位浮子阀（7.1.2）或液位计；液位槽（7.1.1）上设有两个分别与层间进液汇流管（2.13）和层间出液汇流管（2.14）连接的快换软管接头（7.1.4），当多功能种植单元作为育苗使用时，单元层间高度不再重要，分层托架（7.1.3）安装2个液位槽（7.1.1），可使多功能种植单元的单元层增加一倍。
2.根据权利要求1所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述绝热结构包括箱体外壳（8.01）和箱体外壳（8.01）内的内胆（8.02），箱体外壳（8.01）内胆（8.2）之间填充有绝热的发泡塑料（8.03），最大限度地减少箱体内外的热传递。
3.根据权利要求2所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：通过设定不同的种植温度、绝热厚度和所在种植区域的户外气温，计算出能源管理关系曲线，再结合所在种植地区的户外温度走向，最后决定集装箱选用合适的绝热材料厚度；并通过能源管理关系曲线来作为工厂节能管理运作的依据。
4.根据权利要求1所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述光照种植控制模块（6），具有开启与关闭光照周期的控制、光照强度测量及控制、光谱调整、空气温度测量及控制、空气湿度测量及控制、土壤湿度测量、CO2 浓度测量和控制、换气周期控制、网络数据上载、下载、视频监控与APP 控制，还包括多种特定种植物的对上述参数预设定优化运行和用户自定义运行。
5.根据权利要求1所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述支架组（7）还设有带保护罩的电气接插件母头（7.10）、光照传感器（6.1）、CO2及温湿度传感器（6.2）和土壤湿度传感器（6.3），电气接插件母头（7.10）上连接有灯泡供电电缆（7.10.1）。
6.根据权利要求1所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述活动托盘装配（2）包括活动托架（2.1），活动托架（2.1）上设有一个带进液结构和出液结构的存液托盘（2.2）；活动托架（2.1）下方设有一个或多个出光朝下且方便更换的电光源（2.3）；所述存液托盘（2.2）内设有一个或多个用于栽培植物的定植盘（2.10）或一次性种植托盘（2.9.2）。
7.根据权利要求6所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述定植盘（2.10）或一次性种植托盘（2.9.2）固定在存液托盘（2.2）内的定植盘支架（2.10.1）上，定植盘支架（2.10.1）通过定植盘高程调整杆（2.10.3）连接定植盘底座（2.10.2），根据栽培方案，定植盘（2.10）放置的高度由选用的定植盘高程调整杆（2.10.3）决定。
8.根据权利要求7所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述存液托盘（2.2）内底部设有喷雾头（2.11.1）朝上的喷雾装置（2.11），营养液通过喷雾头（2.11.1）喷射到上方的植物根部；喷雾持续或间隔时间通过电磁阀（7.5）或手动阀（7.6）控制。
9.根据权利要求6所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述定植盘（2.10）或一次性种植托盘（2.9.2）固定在存液托盘（2.2）内的种植托盘（2.9）内；种植托盘（2.9）设有通孔（2.9.1）与存液托盘（2.2）的液体连通。
10.根据权利要求7或9所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述存液托盘（2.2）内底部设有沥水层（2.2.3）；所述活动托架（2.1）下方还设有喷雾头（2.11.1）朝下的喷雾装置（2.11），净水或营养液通过喷雾头（2.11.1）喷射到下方的植物叶面；喷雾持续或间隔时间通过电磁阀（7.5）或手动阀（7.6）控制。
11.根据权利要求10所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：所述沥水层（2.2.3）由定植盘底座（2.10.2）和固定横筋（2.2.3.1）架空形成，所述定植盘底座（2.10.2）上设有横筋连接卡（2.2.3.2），相邻的固定横筋（2.2.4）通过螺钉（2.2.3.3）与卡接在定植盘底座（2.10.2）之间的横筋连接卡（2.2.5）连接在一起。
12.根据权利要求6所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：存液托盘（2.2）内底部设置迷宫凸起（2.2.2），减少固体物质进入出液结构中；存液托盘（2.2）盘底和盘侧还设置多个局部减薄盲孔（2.2.1）用于进液或排液，方便各种布置型式，使用时钻通即可，增强存液托盘（2.2）的通用性；如果需要限制下限液位时，在存液托盘（2.2）排水孔上插入一定高度的限位管（2.2.6）来实现，低于限位管（2.2.6）口的液面无法排出；存液托盘（2.2）内充液持续或间隔时间可通过电磁阀（7.5）或手动阀（7.6）控制。
13.根据权利要求6所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于：还包含一根或多根带电缆规范套（2.5）的电缆（2.4）、所述电缆（2.4）一端连接有电气接插件，另一端与电光源（2.3）相连；所述电缆规范套（2.5）上设置规范套止口，电缆规范套（2.5）通过规范套止口固定在活动托架（2.1）上；所述的活动托架（2.1）上设置有一个或多个用于安装电光源（2.3）的带定位凸起的安装定位孔（2.8）。
14.根据权利要求3所述的装备化多功能光照种植工厂，其特征在于，所述能源管理关系曲线的获得方法具体包括以下步骤：
A、计算出多功能光照种植工厂集装箱体内有影响的总热源量：包含光照设备发热量、雾化设备发热量、所有机电设备发热量、工作人员人体发热量和各类用电器发热量；
B、计算集装箱体对室外的热辐射总量：箱体绝热厚度均布设计，展开整个箱体面积，根据箱体内外温差，按有绝热厚度的热传导方式计算出热辐射总量；设定箱体内的种植温度，根据箱外温度，计算出不同绝热层厚度的热辐射总量；箱外气温高于设定种植温度时，体现为对箱外对箱内热辐射，热量输入，为正值；箱外气温低于设定种植温度时，体现为对箱内对箱外热辐射，热量输出，为负值；
C、计算集装箱体的空调功率：设定箱体外不同温度，绝热层厚度，计算出总热源量、热辐射总量，以及查出不同工作温度下空调的能效比；空调功率=（总热源量+热辐射总量）/空调能效比；计算值为负值，空调为制热工作状态；计算值为正值，空调为制冷工作状态；
D、计算出集装箱体内所有用电设备的用电量：包含光照设备功率、雾化设备功率、所有机电设备功率、各类用电器功率和空调功率，根据不同温度下的功率，计算出年总用电量；
E、计算出多功能光照种植工厂的每公斤蔬菜的单位能耗：根据多功能光照种植工厂的种植托盘总量，托盘每周期产量，种植周期，计算出多功能光照种植工厂的蔬菜年总产量，则每公斤蔬菜的单位能耗=年总用电量/蔬菜年总产量；
F、根据A～E的计算结果，拟合出户外温度与单位能耗和空调功率的关系曲线。
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