CN109548529A - 一种植物栽培系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种植物栽培系统，包括设备集装箱和多个栽培集装箱，设备集装箱内设置有供电设备、空调外机和控制设备，每个栽培集装箱内均设置有照明设备、空调内机和用于放置植物的栽培架，控制设备能够分别单独控制每个栽培集装箱内的照明设备的工作，且控制设备能够分别单独控制每个栽培集装箱内的空调内机的工作。实现了空间的合理利用，通过对多个栽培集装箱的集中控制，有利于热能的重复有效利用，降低了系统的能量损耗，减小了总的配电功率，有利于二氧化碳的充分利用，有利于营养液的共享，降低了系统的成本，减少设备的前期投资。

Description

一种植物栽培系统

技术领域

本发明涉及植物种植领域，特别是涉及一种植物栽培系统。

背景技术

植物工厂作为一种植物栽培系统，是一种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，利用智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约。

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。

现有的植物栽培系统包括集装箱，集装箱内设置有供电设备、空调外机、控制设备、照明设备、空调内机和栽培架等设备，通过控制设备控制其他设备的工作，实现高精度环境控制。但是产量需求提高时，增加集装箱的数量，每个集装箱内均设置有上述全部设备，占用空间大，增加了系统的能量损耗和配电功率，造成能量浪费，增加了设备成本。

因此，如何提供一种有效节约能源的植物栽培系统是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种植物栽培系统，多个栽培集装箱共用一个设备集装箱，降低了系统的能量损耗和配电功率，节省空间和能源，降低成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种植物栽培系统，包括设备集装箱和多个栽培集装箱，所述设备集装箱内设置有供电设备、空调外机和控制设备，每个所述栽培集装箱内均设置有照明设备、空调内机和用于放置植物的栽培架，所述控制设备能够分别单独控制每个所述栽培集装箱内的所述照明设备的工作，且所述控制设备能够分别单独控制每个所述栽培集装箱内的所述空调内机的工作。

优选地，多个所述栽培集装箱沿宽度延伸方向依次并排设置，各个所述栽培集装箱的长度延伸方向相互平行且两端对齐，所述设备集装箱的长度延伸方向垂直于所述栽培集装箱的长度延伸方向，所述设备集装箱的侧面连接各个所述栽培集装箱同一侧的端部。

优选地，每个所述栽培集装箱和所述设备集装箱连接处均设置有侧门，相邻的所述栽培集装箱的侧面相互贴合，所述设备集装箱的长度等于全部所述栽培集装箱的宽度之和。

优选地，所述设备集装箱内设置有营养液储存设备和泵送设备，每个所述栽培集装箱内的所述栽培架上均铺设有供液管路，所述供液管路连接所述营养液存储设备和所述泵送系统。

优选地，相邻的所述栽培集装箱之间安装有连通两者的换气设备，所述控制设备能够分别单独控制每个所述换气设备的工作。

优选地，每个所述栽培集装箱内设置有用于检测温度、湿度和二氧化碳浓度的检测器，所述检测器通信连接所述控制设备，所述控制设备根据所述检测器的检测结果控制所述换气设备和所述空调内机工作。

优选地，包括多个集装箱组，每个所述集装箱组包括至少一个所述栽培集装箱，且属于不同所述集装箱组的所述栽培集装箱交替设置，所述控制设备控制属于同一所述集装箱组内所述栽培集装箱的所述照明设备同步工作。

优选地，所述控制设备控制不同所述集装箱组的所述栽培集装箱内的所述照明设备交替开关或依次延时开关。

优选地，所述照明设备包括灯板、安装于所述灯板正面的灯珠和安装于所述灯板背面的水冷管路，各个所述栽培集装箱内的所述水冷管路相互连通。

优选地，所述换气设备具体为风扇或鼓风机。

本发明提供一种植物栽培系统，包括设备集装箱和多个栽培集装箱，设备集装箱内设置有供电设备、空调外机和控制设备，每个栽培集装箱内均设置有照明设备、空调内机和用于放置植物的栽培架，控制设备能够分别单独控制每个栽培集装箱内的照明设备的工作，且控制设备能够分别单独控制每个栽培集装箱内的空调内机的工作。

多个栽培集装箱共用一个设备集装箱，将与栽培植物无关的设备放置在设备集装箱，而其余的栽培集装箱用于栽培植物，只在设备集装箱内设置一套供电设备、空调外机和控制设备即可，实现了空间的合理利用，通过对多个栽培集装箱的集中控制，有利于热能的重复有效利用，降低了系统的能量损耗，减小了总的配电功率，有利于二氧化碳的充分利用，有利于营养液的共享，降低了系统的成本，减少设备的前期投资。

附图说明

图1为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式的俯视示意图；

图3为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式中换气设备的安装示意图；

图4为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式中照明设备的结构示意图；

图5为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式中实施例一的照明控制时序图；

图6为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式种实施例二的照明控制时序图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种植物栽培系统，多个栽培集装箱共用一个设备集装箱，降低了系统的能量损耗和配电功率，节省空间和能源，降低成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，图1为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式的俯视示意图；图3为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式中换气设备的安装示意图；图4为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式中照明设备的结构示意图。

本发明具体实施方式提供一种植物栽培系统，包括设备集装箱10和多个栽培集装箱20，设备集装箱10内设置有供电设备、空调外机和控制设备，供电设备为系统内各设备提供电能，可以为内置电源，也可为连接外部电源的配电器。每个栽培集装箱20内均设置有照明设备21、空调内机22和用于放置植物的栽培架23，空调外机连接全部空调内机22，即一个空调外机与多个空调内机22连接以进行空调工作，同样地，多个照明设备21均连接到一个供电设备上。控制设备与上述各设备通信连接进行控制，控制设备能够分别单独控制每个栽培集装箱20内的照明设备21的工作，且控制设备能够分别单独控制每个栽培集装箱20内的空调内机22的工作。

多个栽培集装箱20共用一个设备集装箱10，将与栽培植物无关的设备放置在设备集装箱10，而其余的栽培集装箱20用于栽培植物，只在设备集装箱10内设置一套供电设备、空调外机和控制设备即可，实现了空间的合理利用，通过对多个栽培集装箱20的集中控制，有利于热能的重复有效利用，降低了系统的能量损耗，减小了总的配电功率，有利于二氧化碳的充分利用，有利于营养液的共享，降低了系统的成本，减少设备的前期投资。同时还可以根据每个栽培集装箱20内的不同环境与需求分别控制照明设备21和空调内机22，提高适用性，提高自动化程度。

在本发明具体实施方式提供的植物栽培系统中，各个集装箱的外形呈长方体，竖直方向为高度延伸方向，水平方向较长的为长度延伸方向，水平方向较短的为宽度延伸方向，长度延伸方向的两端为端部，宽度延伸方向的两侧为侧面。

多个栽培集装箱20可以采用多种排布方式，如多个栽培集装箱20沿宽度延伸方向依次并排设置，各个栽培集装箱20的长度延伸方向相互平行且两端对齐，设备集装箱10的长度延伸方向垂直于栽培集装箱20的长度延伸方向，设备集装箱10的侧面连接各个栽培集装箱20同一侧的端部。即多个栽培集装箱20横向设置，一个设备集装箱10纵向设置，且多个栽培集装箱20同一方向的端部连接设备集装箱10的一个侧面。

进一步地，可以使相邻的栽培集装箱20的侧面相互贴合，设备集装箱10的长度等于全部栽培集装箱20的宽度之和，使系统占地呈规整的矩形，有效节省空间，根据情况调整栽培集装箱20的数量，如设置五个或两个等，或调整尺寸，使系统占地呈不规则形状。也可在设备集装箱10两侧均设置多个栽培集装箱20，提高一个设备集装箱10对应的栽培集装箱20的数量，或栽培集装箱20在高度延伸方向上堆叠设置，均在本发明的保护范围之内。

具体地，每个栽培集装箱20和设备集装箱10连接处均设置有侧门11，方便工作人员进出，并保证单个栽培集装箱20内部环境一致性。进一步地，可以将栽培集装箱20内部分隔出多个空间，并设置侧门11，使一个栽培集装箱20内具有多种环境。还可在给个侧门11的位置设置触控显示屏，显示栽培集装箱20内的环境参数及控制设备开启关闭等。

还可以在设备集装箱10内设置有营养液储存设备和泵送设备，每个栽培集装箱20内的栽培架23上均铺设有供液管路，供液管路连接营养液存储设备和泵送系统。在一个系统中，可以仅设置一个营养液储存设备和一个泵送系统，与现有技术相比减少了营养液设备的数量，降低了系统的成本。同时，营养液储存设备和泵送设备放置在设备集装箱10中，使栽培集装箱20的空间得到有效利用。

在本发明具体实施方式提供的植物栽培系统中，照明设备21包括灯板211、安装于灯板211正面的灯珠212和安装于灯板211背面的水冷管路213，使灯珠212朝向栽培架23，各个栽培集装箱20内的水冷管路213相互连通。在系统中使用上述面板灯为植物提供光照条件，而该面板灯通常具有较大功率，产生较多的热量，需要及时为灯具进行散热。因此设置水冷管路213，水冷管路213从灯板211上吸收热量，并通过内部循环的水将热量带走。当控制不同栽培集装箱20内的照明设备21工作时间不同时，可以通过将不同时间段工作的照明设备21的水冷管路213连接，使水冷液体在照明的栽培集装箱20和不照明的栽培集装箱20内循环流动，从而实现将工作中的照明设备21的热量通过水冷循环的方式散热传递至不工作的照明设备21，保证温度的稳定性，也可采用其他类型的照明设备21，均设置能够相互热交换的散热设备即可。

在上述各具体实施方式提供的植物栽培系统的基础上，相邻的栽培集装箱20之间安装有连通两者的换气设备24，控制设备能够分别单独控制每个换气设备24的工作。进一步地，每个栽培集装箱20内设置有用于检测温度、湿度和二氧化碳浓度的检测器，检测器通信连接控制设备，控制设备根据检测器的检测结果控制换气设备24和空调内机22工作。当一个栽培集装箱20内的温度、湿度或二氧化碳浓度较高时，而与其相邻的装配集装箱20内的温度、湿度或二氧化碳浓度较低，则控制换气设备24启动，并根据数据差值控制换气设备24的风向，使气体由数据值较高的装配集装箱20向数据值较低的装配集装箱20流动，使各数据处于合适的范围内。当相邻的两个装配集装箱20内的数据均处于较高状态或较低状态时，则控制空调内机22启动，对内部环境进行调整。通过上述方式，有效提高能源利用率，通过相邻装配集装箱20的气体交换即可实现内部环境调整，还可通过空调内机22进一步保证内部环境的稳定。

具体地，换气设备24可以为风扇、鼓风机或其他类型的换气设备。气体流动方向的控制可以通过设置双向风扇实现，也可在相邻的装配集装箱20之间设置两个风向相反的单向风扇。

由于植物的生长过程中，对光照的需求不是一直持续的，在光线照射下植物会进行光合作用和呼吸作用，黑暗环境中，植物只进行呼吸作用不进行光合作用。而研究表明，使植物快速生长需要光照环境和黑暗环境交替进行。所以照明系统需要开启工作一段时间后，关闭一段时间，二者交替进行。例如，一些植物的生长过程中，12小时持续光照，而后12小时处于黑暗环境，如此交替进行；另一些植物如生菜的种植过程中，或者16小时持续光照，而后8小时处于黑暗环境。

根据上述植物的生长光照需要，对系统进行集中控制照明系统，控制系统连接多个栽培集装箱20的照明设备21，将栽培集装箱20分组控制，每组可以包括一个或多个栽培集装箱20。

请参考图5，图5为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式中实施例一的照明控制时序图。将所有的栽培集装箱20分为A、B两组，附图显示A组和B组栽培集装箱20的照明设备21开启和关闭分别交替进行，每次12小时。每组栽培集装箱20内的植物按照12小时开启照明，紧接着12小时关闭照明的培养方式，A、B两组栽培集装箱20的照明设备21是交替工作的。

请参考图6，图6为本发明所提供的植物栽培系统的一种具体实施方式种实施例二的照明控制时序图。将所有的栽培集装箱20分为A、B、C三组，三组栽培集装箱20的照明设备21的开启和关闭分别错时进行，每组栽培集装箱20内的植物按照16小时开启照明，紧接着8小时关闭照明的培养方式，A、B、C三组栽培集装箱20的照明设备是错时工作的，依次延时开关。

对栽培集装箱20的分组交替控制或者错时控制，使多个栽培集装箱20的照明驱动设备可以共用，减少了驱动设备的数量，降低了设备的成本。例如包括四个栽培集装箱20，1号和3号为A组，2号和4号为B组，现有技术中则需要为每个栽培集装箱20配置一个驱动设备来驱动照明设备21，但本申请的技术方案在分组后每组栽培集装箱20只需要一个驱动设备，即两个驱动设备交替工作即可，或者两组共用一个驱动设备，该驱动设备同一时间内驱动一组工作，另一时间内驱动另一组工作。

同时，上述方式也有利于集中配置能源的供给，降低总的照明电量，例如每个栽培集装箱20所需的照明功率为6KW，则当包含4个栽培集装箱20时，现有技术中由于每个栽培集装箱20独立控制照明，则总计需要24KW的总照明电量配给；而采用本申请的控制方法时，由于两组照明交替工作，则总照明电量的配给只需要12KW，降低了系统的总照明电量配给。

在植物工厂中，环境温度保持在一定范围内，适宜植物快速生长。由于植物的生长中照明系统是间歇工作的，当某一栽培集装箱20的照明开启时，大功率的灯具产生的热量能使内部的温度升高，而不开启照明的栽培集装箱20的温度会低于开启照明的栽培集装箱20的温度。

本发明具体实施方式提供的系统中，分组时将相邻的栽培集装箱20分配在不同的分组，以照明设备21交替工作为例，即A组照明开启时B组照明关闭，此时各栽培集装箱20内照明设备21的工作状态为开启和关闭依次交替，导致各栽培集装箱20内的温度为高温和低温依次交替，均不是植物生长的适宜温度，开启相邻栽培集装箱20之间的换气设备24，在不同组别之间的相邻栽培集装箱20之间实现空气循环，使高温环境温度降低，低温环境温度升高，同时达到适宜温度。若通过空气循环，仍未达到适宜温度，则控制空调内机22工作。因此，由于不同组别之间的栽培集装箱20空气循环流动，避免现有技术中需要空调设备全部开启且部分需制冷部分需要制热的问题，有利于热能的再次利用，实现了照明设备21产生的热量为未照明空间升高环境温度，大大降低了温度控制设备的功耗及其总配电功率，实现了植物栽培系统的功率优化。

湿度控制方式与温度控制类似，照明开启的栽培集装箱20内由于植物的蒸腾作用使空间内的湿度较大，通过与未开启照明的栽培集装箱20的空气循环流动，有效降低照明开启的栽培集装箱20的湿度，而升高未开启照明的栽培集装箱20的湿度，降低了除湿机的功耗或总功率。

二氧化碳浓度控制系统与上述控制方式类似，由于植物的光合作用需要二氧化碳，因此照明开启的栽培集装箱20的二氧化碳浓度要低于未开启照明的栽培集装箱20的二氧化碳浓度，通过空气循环流动，实现了交替照明的栽培集装箱20的二氧化碳的共享。

也可改变换气设备24的设置方式，如通过管路连接各个栽培集装箱20，在管路上设置换气设备24，或设置总的换气设备24分别连接各个栽培集装箱20，均可实现空气循环流动，根据情况调整上述各参数等，均在本发明的保护范围之内。

以上对本发明所提供的植物栽培系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种植物栽培系统，其特征在于，包括设备集装箱(10)和多个栽培集装箱(20)，所述设备集装箱(10)内设置有供电设备、空调外机和控制设备，每个所述栽培集装箱(20)内均设置有照明设备(21)、空调内机(22)和用于放置植物的栽培架(23)，所述控制设备能够分别单独控制每个所述栽培集装箱(20)内的所述照明设备(21)的工作，且所述控制设备能够分别单独控制每个所述栽培集装箱(20)内的所述空调内机(22)的工作。

2.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，多个所述栽培集装箱(20)沿宽度延伸方向依次并排设置，各个所述栽培集装箱(20)的长度延伸方向相互平行且两端对齐，所述设备集装箱(10)的长度延伸方向垂直于所述栽培集装箱(20)的长度延伸方向，所述设备集装箱(10)的侧面连接各个所述栽培集装箱(20)同一侧的端部。

3.根据权利要求2所述的植物栽培系统，其特征在于，每个所述栽培集装箱(20)和所述设备集装箱(10)连接处均设置有侧门(11)，相邻的所述栽培集装箱(20)的侧面相互贴合，所述设备集装箱(10)的长度等于全部所述栽培集装箱(20)的宽度之和。

4.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，所述设备集装箱(10)内设置有营养液储存设备和泵送设备，每个所述栽培集装箱(20)内的所述栽培架(23)上均铺设有供液管路，所述供液管路连接所述营养液存储设备和所述泵送系统。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的植物栽培系统，其特征在于，相邻的所述栽培集装箱(20)之间安装有连通两者的换气设备(24)，所述控制设备能够分别单独控制每个所述换气设备(24)的工作。

6.根据权利要求5所述的植物栽培系统，其特征在于，每个所述栽培集装箱(20)内设置有用于检测温度、湿度和二氧化碳浓度的检测器，所述检测器通信连接所述控制设备，所述控制设备根据所述检测器的检测结果控制所述换气设备(24)和所述空调内机(22)工作。

7.根据权利要求1所述的植物栽培系统，其特征在于，包括多个集装箱组，每个所述集装箱组包括至少一个所述栽培集装箱(20)，且属于不同所述集装箱组的所述栽培集装箱(20)交替设置，所述控制设备控制属于同一所述集装箱组内所述栽培集装箱(20)的所述照明设备(21)同步工作。

8.根据权利要求7所述的植物栽培系统，其特征在于，所述控制设备控制不同所述集装箱组的所述栽培集装箱(20)内的所述照明设备(21)交替开关或依次延时开关。

9.根据权利要求8所述的植物栽培系统，其特征在于，所述照明设备(21)包括灯板(211)、安装于所述灯板(211)正面的灯珠(212)和安装于所述灯板(211)背面的水冷管路(213)，各个所述栽培集装箱(20)内的所述水冷管路(213)相互连通。

10.根据权利要求9所述的植物栽培系统，其特征在于，所述换气设备(24)具体为风扇或鼓风机。