CN109521824B - 一种精确控制温度、湿度、光照强度的otc开顶式气室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，包括气室主体、气候监测柜、冷却机组、轴流风机组、内外部温湿度传感器、处理器、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统，智能控制系统分别与处理器、冷却机组、轴流风机组、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统连接，本发明覆盖全部OTC室内功能智能控制界面，可精确控制OTC内的冷却系统、温/湿度、光强、CO2含量、风速等，顶部设置通风百叶窗系统，与底部轴流风机组与冷却机组形成立体结构室内风循环系统，可更真实有效模拟自然风环境。
Description
技术领域：
本发明属于OTC气室技术领域，具体为一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室。
背景技术：
开顶式气室(OTC)是户外人工植物培育的关键设备，人工植物培育是当前经济农业产业链中的重要环节，也是当前植物保护、品种培育、抗病研究等植物学科研的重要环节，温度、湿度、光照、气体成分是影响人工植物培育最重要的气候条件。为便于充分利用自然光照，OTC基本建设于户外自然环境中，目前OTC所应用的温度、湿度、光照强度、气体成分等环境模拟控制技术自动化程度较低，室内温湿度与室外差异较大，单体建设体积较小，使用寿命短，因此将OTC用于植物研究针对性差、效率低、能耗高、模拟研究结果失真。
发明内容：
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室。
本发明的一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，包括气室主体、气候监测柜、冷却机组、轴流风机组、内外部温湿度传感器、处理器、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统；
所述气室主体顶部为盖顶，盖顶上方中央设置室顶，室顶中心上方设置通风百叶窗系统，通风百叶窗系统连接智能控制系统，所述气室主体四周为墙体，墙体下方设置混凝土浇筑外墙，混凝土浇筑外墙外层为混凝土结构，夹层内布置有环形管道，内侧及底部均为全网孔风墙，所述气室主体分为上下两个隔层空间，气室主体下层内部设置有冷却机组、轴流风机组、CO2含量控制系统、加湿机组和电加热器，所述气室主体上层设有补光系统、智能控制系统及出风墙，所述排水系统设于气室主体底部，所述气候监测柜置于气室主体外侧，所述内外部温湿度传感器包括内部温湿度传感器和外部温湿度传感器，内部温湿度传感器及外部温湿度传感器均与处理器连接，所述内部温度传感器湿度传感器及处理器设于气室主体内，所述外部温湿度传感器设于气候监测柜内，所述智能控制系统分别与处理器、冷却机组、轴流风机组、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统连接。
优选的，所述环形管道包括二氧化碳管道、加湿管和通风管道。
优选的，所述盖顶为11面扇形倾斜玻璃盖顶，室顶为一片r≧30cm的玻璃室顶，墙体采用双层中空钢化玻璃，厚度≧12mm，所述墙体通过玻璃钢构角座支撑连接。
优选的，所述通风百叶窗系统采用圆柱型塑料叶片结构，叶片厚度≧0.5mm。
优选的，所述气候监测柜距离气室主体≦1米，由离地≧20cm的不锈钢架体、三面镂空不锈钢柜体、玻璃顶板及外部温湿度传感器、光照传感器及蒸发水箱构成，所述外部温湿度传感器及光照传感器均与处理器连接。
优选的，所述冷却机组采用冷媒式冷却机组。
优选的，所述CO2含量控制系统主要由气体储藏罐、气体输送导管及电子开关阀门组成，所述电子开关阀门与智能控制系统连接。
优选的，所述智能控制系统为单片机/PLC双控制系统，所述智能控制系统连接有10英寸操作触控屏幕。
优选的，所述加湿机组采用超声波加湿机。
优选的，所述补光系统采用可便捷拆卸三色光源LED灯板。
本发明的有益效果：(1)多边型双层钢化玻璃主体结构，结构创新设计，100％光照利用率；(2)通过内外部温湿度传感器、处理器和智能控制系统，精确控制OTC内的温度，能将温度控制范围为10℃-45℃，控制精度：0.1℃，精确控制OTC的湿度，湿度控制范围：40％-65％RH，相对湿度误差在±3％RH以内。(3)补光系统采用可便捷拆卸三色光源LED灯板，光谱比例接近自然光照，灯板光强度0-100％无级可调，可用于研究不同光谱比例对植物生理发育特性的影响，还可以针对不同植物对光谱的差异需求进行科学研究应用；(4)智能控制系统特配独立研发触控液晶控制屏幕(内核为单片机控制系统)，中文简体操作模式，覆盖全部OTC室内功能智能控制界面，通过直观的界面理解，就可精确控制OTC内的冷却系统开闭、温/湿度、光强、CO2含量、风速等功能，还具有主要故障警报、状态查看、数据导出功能；(5)轴流风机组的风机入风口增加散流罩结构，起过滤作用，使具污染的空气粒子截留于散流罩内，不再进入室内立体风循环系统，提高空气洁净度，保证植物生长质量，风机出风口立体分部于底部风墙，立体循环出风，使室内形成更大压力，出风更强劲，降低风机负载，可使室内每个栽培架均匀受风，减少风力损失；(6)顶部设置通风百叶窗系统，与底部轴流风机组与冷却机组形成立体结构室内风循环系统，可更真实有效模拟自然风环境。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明拆解结构示意图；
图2为本发明冷却机组和轴流风机组结构示意图；
图3为本发明环形管道结构示意图；
图4为本发明底部结构示意组图；
图5为本发明主体结构示意图；
图6为本发明主体结构透视图；
图7为本发明主体结构剖面图；
图8为本发明的外置气候监测柜设计图；
图9为8边型OTC结构图。
图中：1-混凝土浇筑外墙；2-墙体；3-通风百叶窗系统；4-全网孔风墙；5-轴流风机组；6-冷却机组；7-二氧化碳管道；8-加湿管；9-通风管道；10-全网孔风墙底部；11-门；12-玻璃钢构角座短；13-玻璃钢构角座长；14-台阶；15-人行过道；16-气候监测柜。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。1、如图1-9所示，本发明的一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，包括气室主体、气候监测柜16、冷却机组6、轴流风机组7、内外部温湿度传感器、处理器、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统；
所述气室主体顶部为盖顶，盖顶上方中央设置室顶，室顶中心上方设置通风百叶窗系统3，通风百叶窗系统3连接智能控制系统，所述气室主体四周为墙体2，墙体2下方设置混凝土浇筑外墙1，混凝土浇筑外墙1外层为混凝土结构，夹层内布置有环形管道，内侧为全网孔风墙4，底部也设置为全网孔风墙底部10，所述气室主体分为上下两个隔层空间，气室主体下层内部设置有冷却机组6、轴流风机组5、CO2含量控制系统、加湿机组和电加热器，所述气室主体上层设有补光系统、智能控制系统及出风墙，所述排水系统设于气室主体底部，所述气候监测柜16置于气室主体外侧，所述内外部温湿度传感器包括内部温湿度传感器和外部温湿度传感器，内部温湿度传感器及外部温湿度传感器均与处理器连接，所述内部温度传感器湿度传感器及处理器设于气室主体内，所述外部温湿度传感器设于气候监测柜16内，所述智能控制系统分别与处理器、冷却机组6、轴流风机组5、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统连接。
具体地，气室主体包括：
A.下部混凝土浇筑外墙1：外层为混凝土结构，夹层布置二氧化碳管道7、加湿管8和通风管道9，内侧及底部皆为全网孔风墙4，保证室内空气循环均匀快速；采用全网孔风墙4，与中间通风管道9连接，360度均匀设置于底部砖墙，整体为304不锈钢制成，厚度≧1.0mm。风墙为整面5mm网孔，出风更均匀，冷气经10cm风道-不锈钢导风墙出风，经培养架，由中间往上回风，维持室内温湿度分布恒定。
B.玻璃墙体2与室顶：
四周及室顶均为双层中空钢化玻璃，厚度≧12mm(双层6+6mm)，墙体通过玻璃钢构角座短12及玻璃钢构角座长13支撑连接，厚度提升50％，提高OTC保温、隔音、寿命等性能；钢化玻璃板间采用镀锌钢管连接方式，立板拐角及顶板与立板连接处均采用45°角拼接方式，连接更紧密，减少热量损失。室顶中心设置圆盖型通风窗，通风窗连接电动开关，通风窗电动开关与智能控制系统连接，可直接触摸开闭，墙体上还设有门11。
C.顶部通风百叶窗系统3：
所述百叶窗采用塑料叶片结构，圆柱型结构，叶片厚度≧0.5mm,回风更均匀，冷气经底部风墙进入室体，途经组培室体内部，由中间往上挤压回风，维持室内温湿度分布恒定。通风百页由电动控制。
具体地，气室主体内还设置有人行过道15和台阶14。
具体地，本发明外置气候监测柜16，气候监测柜16距离OTC主体≦1米，由离地≧20cm的不锈钢架体、三面镂空不锈钢柜体、玻璃顶板及温湿度传感器、光照传感器、蒸发水箱构成。其中不锈钢架体主要作用为防潮、防虫，物理杜绝地面气候对监测数据的影响。镂空柜体主要为通风作用。玻璃顶板防雨、防潮且采光性能好，可保证柜体内光照监测数据的有效性。温湿度传感器：采用瑞士进口rotronic温湿度传感器，精确度高，箱体内配置两个温湿度传感器，提高温湿度感应的准确度。
具体地，冷却机组6采用冷媒式冷却机组，两个谷轮压缩机，降低压缩机工作负载，延长压缩机使用寿命。
具体地，轴流风机组为5本发明风循环的主要动力源，置于中空混凝土浇筑外墙1夹层。轴流风机组5输送的气体无显著灰尘，无粘性和纤维物质；电动机直连型温度不超过40℃，皮带传动型温度不超过60℃。输送气体的粉尘量不得超过150mg/m3，轴流风机组5主要由叶轮、机壳、电动机等零部件组成，支架采用型钢与机壳风筒连接。其中防腐型轴流风机叶轮、机壳均为玻璃钢制成，其它型式轴流风机一般采用钢板制成。轴流风机送风，柱型大功率风扇，具自动/手动变频功能，根据箱体内温湿度进行调节，更加节能，嵌入式的风机结构，减少噪音。风机入风口增加散流罩结构，起过滤作用，使不洁的空气粒子截留于散流罩内，不再进入风道循环，提高空气洁净度。四面出风形成更大压力，出风更强劲，降低风机负载；在腔体内对每个栽培架送风口设导流墙，使风力集中于栽培架出风口，减少风力损失。
具体地，气体含量是影响植物生长的重要因素之一，OTC开顶式气室内对气体含量的控制非常重要。本发明所述CO2含量控制系统由CO2储气瓶、自动气阀开关及环形输气管道构成，室内CO2含量由CO2含量控制系统反馈数据至智能控制系统，可人工设定CO2参数要求，系统自动控制气阀开关。
具体地，补光系统照明采用植物专用LED防爆板型灯具。灯板内每颗灯珠由波长为λ1＝450nm(蓝光)、λ3＝660nm(红光)、λ2＝525nm(绿光)三种光谱组成，这三种光谱的强弱均可通过PWM变频模组进行0-100％无级调节输出，实现了调节光照强弱，并能够确保灯板下方光照强度的均一性。
具体地，智能控制控制系统(单片机/PLC双控制系统可选)：外箱采用镀锌钢板材质，表面烤漆，内有短路、漏电等过保设备；配10英寸操作触控屏幕，中文简体操作模式，直观的操作界面。用于执行现况指示、控制参数设定、电源排程设定、温湿度参数设定、光照执行设定、警报记录、温湿度历史记；1G记忆存储空间，8000笔以上温湿度记录，可使用USB存储介质下载。
具体地，加湿机组采用超声波加湿机，采用多元雾化技术，将水雾化为1-5微米的超微粒子，与空气充分混合达到加湿效果。加湿系统与湿度传感器相联系，人工设定湿度要求后，加湿系统自动开闭。
具体地，OTC室内因雨雪天气关窗不及时、室内外温差结霜结露等情况不可避免，室内会有各量的水出现，单靠蒸发排水效率不足容易引起相关电机损毁，本发明特配置室底排水系统，将排水通道设置于室体底部，排水口略低于其它通道。
本发明工作原理:本发明的一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室的核心为控制箱内的智能控制系统，智能控制系统一边连接内外温湿度、光照等传感器，另一边连接加湿机组、冷却机组、补光系统等。传感器将实时环境数据传至智能控制系统，OTC温度高于所设置温度时，智能控制系统自动启动冷却机组进行工作，将冷气传至送冷却机组的风机蒸发器，将冷风送至底部出风的通道，通过底部全网孔风墙均匀输送至室内，风作用于植物后通过顶部出风墙排出。OTC温度低于所设置温度时，智能控制系统自动启动电加热器进行工作，将热气传至送冷却机组的风机蒸发器，将热风送至冷却机组出风独立腔体，后吹入冷却机组导风墙，最后吹至OTC室内设置的不锈钢栽培架。OTC湿度低于所设置湿度时，智能控制系统自动启动加湿机组进行工作，启动并调节超声波加湿系统，湿度在调节箱内混合均匀后再通过出风口进入导风墙，最后进入OTC系统。OTC湿度高于所设置湿度时，智能控制系统自动启动电加热器，提高OTC温度，蒸发水分，达到湿度降低的效果。智能控制系统与CO2含量控制系统相连接，当室内CO2含量低于设定值时，自动开启CO2气阀，CO2含量达标时自动关闭气阀。智能控制系统直接连接补光系统的LED补光光源驱动盘，通过LED驱动盘调节光强的强弱。
具体实施例一：
本实施方案为本发明标准配置实施方案，如图1-9，本实施方式OTC由气室主体、气候监测柜16、冷却机组6、轴流风机组5、内外部温湿度传感器、处理器、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统构成。
所述气室主体顶部为11面扇形倾斜玻璃盖顶，顶部中央设置一片r≧30cm玻璃室顶。气室主体四周为11面规格统一的双层钢化玻璃，可以保证充足光照的同时，结构保持长久稳定。玻璃墙体2下方建设≦30cm高度混凝土浇筑外墙1结构，混凝土浇筑外墙1内置轴流风机组5，轴流风机组5通过冷却机组6，经循环风道吹出冷风。混凝土浇筑外墙1结构首先是为了保证室体整体的牢固性，第二是为了将室内通风、制冷系统、智能控制系统、排水系统等系统布线置于混凝土浇筑外墙内部或室体底部，保持外观整洁美观。气室主体底部表面设置全网孔风墙4，用于室内气体蒸发、气体调节、新风循环、温湿度控制、制冷以及排水等功能。室体结构稳定，可抗十二级以内台风，其中智能控制系统与温湿度控制系统为重要组成部分。
所述补光系统设置于玻璃温室顶部，补光系统为可拆卸灯板，灯板为卡扣状态，如在夏季光照良好情况下不需要时可及时取下灯板以免遮挡自然光，拆卸安装方法简单。灯板加入智能控制系统触摸调节光强，光强0-100％无级可调。
所述智能控制系统可调节控制室内各环境模拟组件温度、湿度、CO2浓度、风速、光照强度等，最终通过7-10寸液晶显示屏进行触摸式操作。
所述的内外部温湿度传感器及处理器为一整套传感系统，主要部件分为内部温度传感器、外部温度传感器、内部湿度传感器和外部湿度传感器，传感器的输出端分别连接处理器的信号输入端，处理器的控制信号输出端与智能控制终端的控制信号输入端连接，可实时在智控系统界面查看温湿度状态信息并进行相应操作。
所述CO2含量控制系统主要由气体储藏罐与气体输送导管以及电子开关阀门构成，其中电子开关阀门与智能控制系统连接，通过触摸屏方式控制期开关及输出含量。人类活动对气体影响最大的就是大气CO2含量的增加，当前大气CO2含量已达400ppm以上，为300年前的1倍左右。通过长期的定位实验发现一定程度的CO2含量升高能使植物开花结果率升高，但OTC内对CO2含量的控制会受到室体内温湿度的影响分布不均衡，造成模拟效果失真。因此，OTC模拟大气CO2浓度变化时，应同时调整室内温湿度等条件，以使室内整体条件与自然环境最为接近，达到最理想实验状态。
具体实施例二：
本实施例与具体实施实施例一不同的是：所述气室主体结构为8边型，包括混凝土浇筑外墙1、玻璃墙体2、玻璃室顶皆为8边型。也可设置为6边型、9边型、10边型等多边型。其它步骤和参数与具体实施例一相同。
具体实施例三：
本实施例与具体实施例一、二不同的是：所述顶置通风墙为不锈钢全网孔圆柱形风墙，风墙不可调节开闭。顶部圆形玻璃盖板半径大于风墙圆柱体半径，可起到遮雨效果。其他步骤和参数与具体实施例一相同。
具体实施例四：
本实施例与具体实施例一、二、三不同的是：所述智能控制系统采用PLC控制系统，PLC控制系统为当前工业批量控制系统所常用的方式，具有操作简单、结构清晰等优点。直接采用PLC控制系统有利于产品的规模生产，但不利于特殊定制，因此，建议选用标准型(不需定制功能)OTC用户可使用PLC控制系统，建议需定制功能的用户选用单片机控制系统。其它步骤和参数与具体实施例一相同。
具体实施例五：
本实施例与具体实施例一、二、三、四不同的是：所述室内配置栽培架，栽培架采用304镜面不锈钢结构，结构稳定且使用寿命长。栽培架根据室体结构设置为长方体型或梯形结构，可充分利用自然光。也可每层栽培架配置补光系统，便于研究不同光强情况下对植物生长的影响。其它步骤和参数与具体实施例一、二、三、四相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，其特征在于：包括气室主体、气候监测柜、冷却机组、轴流风机组、内外部温湿度传感器、处理器、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统；
所述气室主体顶部为盖顶，盖顶上方中央设置室顶，室顶中心上方设置通风百叶窗系统，通风百叶窗系统连接智能控制系统，所述气室主体四周为墙体，墙体下方设置混凝土浇筑外墙，混凝土浇筑外墙夹层内布置有环形管道，内侧及底部均为全网孔风墙，所述气室主体分为上下两个隔层空间，气室主体下层内部设置有冷却机组、轴流风机组、CO2含量控制系统、加湿机组和电加热器，所述气室主体上层设有补光系统、智能控制系统及出风墙，所述排水系统设于气室主体底部，所述气候监测柜置于气室主体外侧，所述内外部温湿度传感器包括内部温湿度传感器和外部温湿度传感器，内部温湿度传感器及外部温湿度传感器均与处理器连接，所述内部温度传感器湿度传感器及处理器设于气室主体内，所述外部温湿度传感器设于气候监测柜内，所述智能控制系统分别与处理器、冷却机组、轴流风机组、CO2含量控制系统、补光系统、智能控制系统、加湿机组、电加热器及排水系统连接；
所述环形管道包括二氧化碳管道、加湿管和通风管道；
所述盖顶为11面扇形倾斜玻璃盖顶，室顶为一片r≧30cm的玻璃室顶，墙体采用双层中空钢化玻璃，厚度≧12mm，所述墙体通过玻璃钢构角座支撑连接；
所述气候监测柜距离气室主体≦1米，由离地≧20cm的不锈钢架体、三面镂空不锈钢柜体、玻璃顶板及外部温湿度传感器、光照传感器及蒸发水箱构成，所述外部温湿度传感器及光照传感器均与处理器连接；
所述补光系统采用可便捷拆卸三色光源LED灯板。
2.根据权利要求1所述的一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，其特征在于：所述通风百叶窗系统采用圆柱型塑料叶片结构，叶片厚度≧0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，其特征在于：所述冷却机组采用冷媒式冷却机组。
4.根据权利要求1所述的一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，其特征在于：所述CO2含量控制系统主要由气体储藏罐、气体输送导管及电子开关阀门组成，所述电子开关阀门与智能控制系统连接。
5.根据权利要求1所述的一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，其特征在于：所述智能控制系统为单片机/PLC双控制系统，所述智能控制系统连接有10英寸操作触控屏幕。
6.根据权利要求1所述的一种精确控制温度、湿度、光照强度的OTC开顶式气室，其特征在于：所述加湿机组采用超声波加湿机。
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