CN109156225A - 一种综合利用太阳光和人工光的混合光源密闭式植物工厂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农业工程技术领域，尤其涉及一种综合利用太阳光和人工光的混合光源密闭式植物工厂，包括：活动屋面、红外线反射薄膜、遮阳网、散射光玻璃，其中，活动屋面可通过活动屋面的背阴侧与墙体之间固定的转轴旋转开启，活动屋面的向阳侧与红外线反射薄膜一侧连接，活动屋面开启时可将卷到一起的红外线反射薄膜拉出展开；所述活动屋面下方依次设有遮阳网和散射光玻璃，遮阳网可卷拢和展开。所述植物工厂内还包括：立体栽培系统、补光灯、循环风机、热泵、CO2施肥系统、加湿系统。本发明充分利用日间太阳光栽培作物，降低传统植物工厂的生产能耗，破解限制传统密闭式植物工厂发展的技术瓶颈，促进密闭式植物工厂的可持续发展。

Description

一种综合利用太阳光和人工光的混合光源密闭式植物工厂
技术领域
本发明属于农业工程技术领域，尤其涉及一种综合利用太阳光和人工光的混合光源密闭式植物工厂。
背景技术
密闭式植物工厂是在封闭环境中，使用荧光灯、LED灯等人工光源进行植物生产的新型园艺设施，具有地域适用性广、室内环境调控自动化程度高、可周年稳定生产、作业环境舒适、土地利用率高、产品洁净、质量高、生产周期短等特点，近年来发展迅速，受到广泛关注。
植物工厂在生产过程中要消耗的大量的电力来为植物提供照明，由此造成植物工厂生产的电耗过高，即使使用LED光照，每生产100g生菜也需要消耗05kWh的电力。过高的电耗一方面造成植物工厂经营成本一直居高不下，产品价格过高，经常陷入亏损的局面；另一发面，我国电力生产以火电为主，电网的CO2排放系数为08～11t CO2/MWh，植物工厂过高的电耗还会进一步加剧温室气体排放，不利于环境保护，可持续发展程度较低。根据测算，植物工厂超过80％的电力用于照明，16％左右的电力用于驱动空调将灯具产生的热量移出。因此，减少人工光光源的电耗是密闭式植物工厂降低植物工厂生产成本，减少温室气体排放，提高可持续发展的必然。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种综合利用太阳光和人工光的混合光源密闭式植物工厂，包括：活动屋面、红外线反射薄膜、遮阳网、散射光玻璃，其中，活动屋面可通过活动屋面的背阴侧与墙体之间固定的转轴旋转开启，活动屋面的向阳侧与红外线反射薄膜一侧连接，活动屋面开启时可将卷到一起的红外线反射薄膜拉出展开；所述活动屋面下方依次设有遮阳网和散射光玻璃，遮阳网可卷拢和展开。
所述活动屋面与屋面开启机构连接，所述屋面开启机构通过金属框架固定在活动屋面下方，可推动活动屋面绕转轴进行转动，实现屋面的开启和闭合。
所述红外线反射薄膜在活动屋面关闭时依靠固定在向阳侧墙体上的红外线反射薄膜收放装置自动收卷红外线反射薄膜。
所述散射光玻璃为高雾度，将射入的太阳直射光雾化为散射光。
所述墙体和活动屋面使用保温材料建成，通过金属框架和铝合金型材固定，可有效隔绝室内外热量的交换。
所述遮光网收放装置固定在活动屋面下方，当室内光照强度较大时，则展开以降低室内光照强度，反之则收回到遮光网收放装置内。
所述植物工厂内还包括：立体栽培系统、补光灯、循环风机、热泵、CO2施肥系统、加湿系统。
所述补光灯安装在散射光玻璃下方，用于在室内光强较弱或夜间向作物提供光照；所述热泵安装在室内顶部，可用于调节温度，防止室内温度过高而影响作物生长。
所述循环风机安装在室内中部，可用于促进室内空气流动；所述CO2系统安放在室外，通过输气管将CO2输入室内，以促进作物生长。
所述加湿系统安放在室外，通过输气管将水蒸气输入室内，以促进作物生长。
本发明的有益效果：
本发明所提供的混合光型密闭式植物工厂能在保持传统植物工厂室内空间密封、洁净度较高、加温成本较低的前提下，充分利用日间太阳光栽培作物，降低传统植物工厂的生产能耗，破解限制传统密闭式植物工厂发展的技术瓶颈，促进密闭式植物工厂的可持续发展。
附图说明
图1本发明实施例混合光源密闭式植物工厂结构示意图
图中：1：硬化地面；2：保温围护墙体；3：活动屋面；3a：转轴；4：屋面开启机构；5：红外线反射薄膜收放装置；5a：红外线反射薄膜；6：遮阳网收放装置；6a：遮阳网；7：散射光玻璃；8：补光灯；9：热泵；10：V字形栽培架；11：循环风机；12：CO2施肥系统；13：加湿系统。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种可以综合使用太阳光和人工光的混合光源密闭式植物工厂，包括硬化地面1、保温围护墙体2、活动屋面3、屋面开启机构4、红外线反射薄膜收放装置5、遮阳网收放装置6、散射光玻璃7、立体栽培装置8、补光灯9、热泵10、风机11、CO2施肥系统12、加湿系统13。
所述太阳光和人工光的混合光源密闭式植物工厂坐北朝南。所述可活动屋面3在屋面开启机构4作用下朝南开启，使太阳光进入室内，同时还能带动收放在红外线反射薄膜收放装置5内的红外线反射薄膜5a展开，减小进入室内的红外线，降低室内热负荷；所述遮阳网收放装置6可完成遮阳网6a的展开和收放，调节植物工厂室内的光强；所述散射光玻璃7可将太阳直射光转化为散射光，减小围护墙体和室内立体栽培系统结构对植物造成的遮挡；所述补光灯8可在光照不足的时候向作物提供光照，减小日间太阳辐射变化对作物生产周期造成的影响；所述热泵9可调节室内气温，同时将室内空气的水蒸气冷凝，达到除湿的目的；所述风机10可促进室内空气流动，确保空气温湿度和CO2浓度分布均匀；所述CO2施肥系统11可向室内输入CO2，促进作物光合作用；所述加湿系统12可向室内输入水蒸气，用于调节室内空气湿度，进一步促进作物光合作用；
所述硬化地面1具有防水、防磨、结净等功能，作为优选可采用自流坪环氧树脂地面；
所述保温围护墙体2由保温材料建造，通过金属框架固定在硬化地面上。作为优选可用聚氨酯板。
所述活动屋面3由保温材料和金属框架制成，通过转轴3a与混合光源密闭式植物工厂北侧围护墙体顶端。作为优选，金属框架为铝合金型材、保温材料为聚氨酯板。
所述屋面开启机构4通过钢结构固定在活动屋面3下方。作为优选，可采用推杆式开启机构，即通过电机驱动轴横向运动，从而带动驱动轴上的推杆运动，实现屋面的开启和闭合。
所述红外线反射薄膜收放装置5内卷放有能反射太阳辐射红外线的红外线反射薄膜5a，薄膜一端固定在可开启活动屋面南段，另一端固定在红外线反射薄膜收放装置5内。
所述遮阳网收放系统6固定在屋面开启机构下方。作为优选，可使用拉幕系统，包括拉幕线，减速电机，卷轴、滑轮等。遮阳网一段固定在围护墙体处，一端固定在拉幕线上。系统开启时，可通过减速电机驱动卷轴正转和反转，通过拉幕线实现遮阳网的展开和收放
所述散射光玻璃7至少有两层，具有较高的雾度，安装在遮阳网收放系统6的下方。
所述补光灯8安装在散射光玻璃7下方；作为优选，可采用LED灯。
所述热泵9安装在散射光玻璃下方，作为优选，可采用空气源热泵。
所述立体栽培系统10安装在硬化地面1上。作为优选，可采用V型栽培架。
所述风机11安装在散射光玻璃下方，作为优选，可采用循环风机。
所述CO2施肥系统12安装在室外，作为优选，可包括CO2储存罐、电磁阀和输气管。
所述加湿系统13安装在室外，作为优选，包括加湿器、电磁阀和输气管。
当日间太阳光强度超过设定值时，打开活动屋面，通过红外线反射膜滤去红外线，通过散射光玻璃将直射光转化为散射光进入室内；当室内光照超过设定值上限时，打开遮阳网；若室内光照超过设定值上限时，则梯度减小开启屋面倾角，直至完全关闭；
在夜间，可根据日间的光照量对作物进行补光，尽可能消除不同日期太阳光照差异对作物生长带来的影响。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种综合利用太阳光和人工光的混合光源密闭式植物工厂，其特征在于，包括：活动屋面、红外线反射薄膜、遮阳网、散射光玻璃，其中，活动屋面可通过活动屋面的背阴侧与墙体之间固定的转轴旋转开启，活动屋面的向阳侧与红外线反射薄膜一侧连接，活动屋面开启时可将卷到一起的红外线反射薄膜拉出展开；所述活动屋面下方依次设有遮阳网和散射光玻璃，遮阳网可卷拢和展开。
2.根据权利要求1所述植物工厂，其特征在于，所述活动屋面与屋面开启机构连接，所述屋面开启机构通过金属框架固定在活动屋面下方，可推动活动屋面绕转轴进行转动，实现屋面的开启和闭合。
3.根据权利要求1所述植物工厂，其特征在于，所述红外线反射薄膜在活动屋面关闭时依靠固定在向阳侧墙体上的红外线反射薄膜收放装置自动收卷红外线反射薄膜。
4.根据权利要求1所述植物工厂，其特征在于，所述散射光玻璃为高雾度，将射入的太阳直射光雾化为散射光。
5.根据权利要求1所述植物工厂，其特征在于，所述墙体和活动屋面使用保温材料建成，通过金属框架和铝合金型材固定，可有效隔绝室内外热量的交换。
6.根据权利要求1所述植物工厂，其特征在于，所述遮光网收放装置固定在活动屋面下方，当室内光照强度较大时，则展开以降低室内光照强度，反之则收回到遮光网收放装置内。
7.根据权利要求1～6任一所述植物工厂，其特征在于，所述植物工厂内还包括：立体栽培系统、补光灯、循环风机、热泵、CO2施肥系统、加湿系统。
8.根据权利要求7所述植物工厂，其特征在于，所述补光灯安装在散射光玻璃下方，用于在室内光强较弱或夜间向作物提供光照；所述热泵安装在室内顶部，可用于调节温度，防止室内温度过高而影响作物生长。
9.根据权利要求7所述植物工厂，其特征在于，所述循环风机安装在室内中部，可用于促进室内空气流动；所述CO2系统安放在室外，通过输气管将CO2输入室内，以促进作物生长。
10.根据权利要求7所述植物工厂，其特征在于，所述加湿系统安放在室外，通过输气管将水蒸气输入室内，以促进作物生长。
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