CN110679361B - 垂直式作物栽培系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为垂直式作物栽培系统，包括有：一建筑设施、一养液供应单元、一光照单元、一空气调节单元、一声频调节单元，以及一控制单元；可有效利用地坪空间，降低储液槽中的养液受外部气温干扰，避免养液冻结或过热，能够以相对较低的成本提供适合作物生长的水温条件；以及在养液供应单元、光照单元、空气调节单元、声频调节单元及控制单元的整合运作下，针对种植的作物及作物实际生长状态适时调整养分、光照、温度、湿度、空气含氧量甚至声波震动频率等环境条件，有助于提升作物产量，进而达到节能的功效。

Description

垂直式作物栽培系统
技术领域
本发明有关一种作物栽培系统，特别是指一种能够以相对较低的成本提供适合作物生长的环境条件，并可针对不同作物及实际生长状态适时调整环境条件的垂直式作物栽培系统。
背景技术
传统的大型作物培植场一般皆使用开放式平面农地(采露天栽培)，因此需要广大面积，且易受天候影响；因此许多国家的研究单位更致力于设施栽培系统的发展，以期能够在相对较为有利的环境下，有助于提升作物(尤其是食用作物)的产量，进而达到节能的功效。
一般设施栽培为了让所种植的作物不受自然环境条件限制，破坏适时适地的原则，通常在一建筑设施的屏蔽下，利用相关设备控制光照、水、气及养分等作物所赖以生长的能量来源，以期在几乎完全不受外在恶劣环境影响的状态下，达到全年无休量产作物的目的，并且可提升产能，进而达到节能的功效。
然而，目前既有习用作物设施栽培系统通常以改善当地光照、水源以及温、湿度等自然环境条件为主，并且以解决光照及水源供应课题为优先，对于水源的温度条件及空气质量并未严格掌控，当水温及空气品质条件超出作物生长的适合范围时，仍有可能导致作物生长的困难，使作物产量不稳定。
再者，不同作物生长所需的环境条件并未完全相同，相同作物于不同生长阶段所适合的环境条件亦不完全相同；因此，如何能够有效且适时透过改变设施环境，对建筑设施内作物进行种植管理，使作物的生产超越自然环境的限制，长久以来一直是产业界及学术界所亟欲解决的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明即在提供一种能够以相对较低的成本提供适合作物生长的环境条件，并可针对不同作物及实际生长状态适时调整环境条件的垂直式作物栽培系统，为其主要目的。
为了达到上述目的，本发明垂直式作物栽培系统，包括有：一建筑设施、一养液供应单元、一光照单元、一空气调节单元、一声频调节单元，以及一控制单元；其中：该建筑设施，供包围构成一栽培空间，于该栽培空间处设有至少一层架，于该层架上设有复数分层配置的栽培槽；该养液供应单元，设有至少一相对埋设于地表下的储液槽，该储液槽且透过养液泵及养液输配管路与各该栽培槽连接；该光照单元，该光照单元分别于各该栽培槽处设有一供于通电后产生预先设定光源的光电模组；该空气调节单元，设有至少一与该建筑设施的栽培空间相通的水帘、一与各该水帘连接的供水设备，以及一设于该供水设备处的气泡模组；该声频调节单元，设有至少一与该建筑设施的栽培空间相通的扬声器、一与各该扬声器电气连接的声频播放器；该控制单元，至少与该养液泵、各该光电模组、该气泡模组、该声频播放器电气连接，供至少控制该养液泵、各该光电模组、该气泡模组、该声频播放器动作与否。
本发明垂直式作物栽培系统，将所欲种植的作物，以垂直分层配置的方式进行种植管理，有效利用地坪空间，在土壤的阻隔下，降低储液槽中的养液受外部气温干扰，避免养液冻结之外，以相对较低的成本提供适合作物生长的水温条件，以及在养液供应单元、光照单元、空气调节单元、声频调节单元及控制单元的整合运作下，针对种植的作物及作物实际生长状态适时调整养分、光照、温度、湿度、空气含氧量甚至声波震动频率等环境条件，有助于提升作物产量，进而达到节能的功效。
依据上述技术特征，该气泡模组设有至少一氧气气泡产生器。
依据上述技术特征，该气泡模组设有至少一二氧化碳气泡产生器。
依据上述技术特征，该气泡模组设有至少一臭氧气泡产生器。
依据上述技术特征，该气泡模组设有至少一氧气气泡产生器、至少一二氧化碳气泡产生器。
依据上述技术特征，该气泡模组设有至少一二氧化碳气泡产生器、至少一臭氧气泡产生器。
依据上述技术特征，该气泡模组设有至少一氧气气泡产生器、至少一臭氧气泡产生器。
依据上述技术特征，该气泡模组设有至少一氧气气泡产生器、至少一二氧化碳气泡产生器、至少一臭氧气泡产生器。
依据上述技术特征，该空气调节单元，设有至少一氧气气泡产生器与该供水设备连接。
依据上述技术特征，该空气调节单元，设有至少一二氧化碳气泡产生器与该供水设备连接。
依据上述技术特征，该空气调节单元，设有至少一臭氧气泡产生器与该供水设备连接。
依据上述技术特征，该光照单元的各该光电模组，设有复数供于通电后产生一般照明光源的该第一光电元件、复数供于通电后产生长波紫外光(UVA)光源的第二光电元件、复数供于通电后产生中波紫外光(UVB)光源的第三光电元件。
依据上述技术特征，该空气调节单元，设有至少一氧气气泡产生器与该供水设备连接；该光照单元的各该光电模组，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件、复数供于通电后产生长波紫外光(UVA)光源的第二光电元件、复数供于通电后产生中波紫外光(UVB)光源的第三光电元件。
依据上述技术特征，该空气调节单元，设有至少一二氧化碳气泡产生器与该供水设备连接；该光照单元的各该光电模组，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件、复数供于通电后产生长波紫外光(UVA)光源的第二光电元件、复数供于通电后产生中波紫外光(UVB)光源的第三光电元件。
依据上述技术特征，该空气调节单元，设有至少一臭氧气泡产生器与该供水设备连接；该光照单元的各该光电模组，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件、复数供于通电后产生长波紫外光(UVA)光源的第二光电元件、复数供于通电后产生中波紫外光(UVB)光源的第三光电元件。
依据上述技术特征，该空气调节单元，设有该气泡模组与该供水设备连接，且该气泡模组设有至少一氧气气泡产生器、至少一二氧化碳气泡产生器、至少一臭氧气泡产生器；该光照单元的各该光电模组，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件、复数供于通电后产生长波紫外光(UVA)光源的第二光电元件、复数供于通电后产生中波紫外光(UVB)光源的第三光电元件。
依据上述技术特征，该空气调节单元，设有至少一氧气气泡产生器、至少一二氧化碳气泡产生器、至少一臭氧气泡产生器；该光照单元的各该光电模组，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件、复数供于通电后产生长波紫外光(UVA)光源的第二光电元件、复数供于通电后产生中波紫外光(UVB)光源的第三光电元件。
该建筑设施，设有至少一与该栽培空间相通的人员出入口，于各该人员出入口处设有可将该人员出入口遮蔽的通道闸门。
该声频调节单元的该声频播放器，以软体型态整合于该控制单元的硬体中。
该建筑设施，设有至少一与该栽培空间相通的人员出入口，于各该人员出入口处设有可将该人员出入口遮蔽的通道闸门；该声频调节单元的该声频播放器，以软体型态整合于该控制单元的硬体中。
本发明所揭露的垂直式作物栽培系统，可有效利用地坪空间，以及针对种植的作物及作物实际生长状态适时调整养分、光照、温度、湿度、空气含氧量甚至声波震动频率等环境条件，有助于维持作物品质及产能；尤其，可避免养液冻结，相对能够以较低的成本提供适合作物生长的水温条件；甚至，可由声频调节单元对作物施加特定频率的声波处理，促进细胞中线粒体产生更多的接受太阳能的载体，提高光合作用效率刺激促使细胞周期同步化，刺激促使细胞周期同步化，加快细胞分裂，促进作物生长发育，达到增产、优质、抗病的目的。
附图说明
图1为本发明垂直式作物栽培系统基本组成架构示意图。
图2为本发明当中的储液槽配置示意图。
图3为本发明当中的光电模组结构示意图。
图4为本发明当中的光照单元动作示意图。
图5为本发明当中的声频调节单元动作示意图。
符号说明
10建筑设施
11层架
12栽培槽
13人员出入口
14通道闸门
20养液供应单元
21储液槽
22养液泵
23养液输配管路
30光照单元
31光电模组
311第一光电元件
312第二光电元件
313第三光电元件
40空气调节单元
41水帘
42供水设备
43气泡模组
431氧气气泡产生器
432二氧化碳气泡产生器
433臭氧气泡产生器
50声频调节单元
51扬声器
52声频播放器
60控制单元
70作物。
具体实施方式
本发明主要提供一种能够以相对较低的成本提供适合作物生长的环境条件，并可针对不同作物及 实际生长状态适时调整环境条件的垂直式作物栽培系统，如图1至图3所示，本发明的垂直式作物栽培系统，基本上包括有：一建筑设施10、一养液供应单元20、一光照单元30、一空气调节单元40、一声频调节单元50，以及一控制单元60；其中：该建筑设施10，供包围构成一栽培空间，于该栽培空间处设有至少一层架11，于该层架11上设有复数分层配置的栽培槽12；于实施时，各该栽培槽12可以采用可供盛装水液的水盘结构型态呈现；该建筑设施10且设有至少一与该栽培空间相通的人员出入口13，于各该人员出入口13处设有可将该人员出入口13遮蔽的通道闸门14。
该养液供应单元20，设有至少一相对埋设于地表下的储液槽21，该至少一储液槽21且透过养液泵22及养液输配管路23与各该栽培槽12连接；可在土壤的阻隔下，降低该储液槽21中的养液受外部气温干扰，可避免养液冻结或过热维持在一定的温度，于实施时，当地表面上温度过冷时因该储液槽21于地表下受土壤的阻隔，故使用养液时不需要额外提供加热的设备将该储液槽21的养液做升温动作，或是当地表面上温度过热时因为该储液槽21的养液于地表下受土壤的阻隔，不需要额外提供加热的设备将该储液槽21的养液降温动作，使得达到节能更能够以相对较低的成本提供适合作物生长的条件。一般而言植物要进行光合作用才会先将氮磷钾基素肥转换成氨基酸，然后再由氨基酸转换成蛋白质、脂质及碳水化合物等；然而，值得一提的是本案的实施方式中，可于该储液槽21加入一生物肥料(又称微生物肥料)。由于该生物肥料是已经经过二次发酵，所以该生物肥料已经是达到了胜肽状态，换言之该生物肥料是已经经过二次发酵后而被转换为氨基酸。因此当植物在含有该生物肥料的该储液槽21时，即可直接吸收氨基酸减少光罩需求并转化为蛋白质、脂质及碳水化合物等。再者，当该储液槽21加入该生物肥料后也可以刺激植物产生有用的二次代谢产物，且当该储液槽21加入该生物肥料也能够产生生物杀菌的功能。
该光照单元30，分别于各该栽培槽12处设有一供于通电后产生预先设定光源的光电模组31，该光照单元30的各该光电模组31，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件311、复数供于通电后产生长波紫外光(UVA)光源的第二光电元件312、复数供于通电后产生中波紫外光(UVB)光源的第三光电元件313，其中该光照单元30可以由用户或系统预先设定调整各该光电模组31的该第一光电元件311、该第二光电元件312或该第三光电元件313光源开关；实施时于作物至采收期时开启该第二光电元件312及该第三光电元件313光源，可以刺激作物加速成熟增加产量。另外，值得一提有关植物二次代谢的产物，可以使用UVA、UVB、远红光及红外光来调制，其中红外光的使用时机为当生质重量(Biomass)达标后使用。
该空气调节单元40，设有至少一与该建筑设施10的栽培空间相通的水帘41、一与各该水帘41连接的供水设备42，以及一设于该供水设备42内的气泡模组43；于实施时，该气泡模组43可管接设有至少一氧气气泡产生器431，或管接设有至少一二氧化碳气泡产生器432，或管接设有至少一臭氧气泡产生器433；或管接设有上述该气泡产生器一种或多种混合组合，该气泡模组43又以管接设有至少一氧气气泡产生器431、至少一二氧化碳气泡产生器432、至少一臭氧气泡产生器433为佳，主要透过该气泡模组43的一部分浸泡于供水设备42的水中，使该气泡模组43可以将氧气、二氧化碳、臭氧等气体输入至水中，透过各该气泡产生器产生微气泡或纳米气泡，其中微气泡或纳米气泡的直径范围为介于1x10-6m至250x10-9m之间，因为微气泡或纳米气泡的直径小，浮力也较一般的气泡小三个级(1000倍)以上，可以使水中氧气滞留稳定度较高，并且水中溶氧量在定温定压及定水中电解质的状况下为一定值，此时微气泡或纳米气泡为水中互混(Miscible)的气泡，因此增加水中可用的含氧量，可以达到杀菌及散热效果。
该声频调节单元50，设有至少一与该建筑设施10的栽培空间相通的扬声器51、一与各该扬声器51电气连接的声频播放器52；于实施时，该声频调节单元50的该声频播放器52，以软体型态整合于该控制单元60的硬体中，其中该声频调节单元50可以单一个、复数个或以阵列的方式设置于建筑设施10的栽培空间中，所述该声频调节单元50发出声波动能与植物养份输送的离子管道产生共振频率，则可传送其声波动能给予植物，增加植物养份吸收的效率，可以达到作物加速成长的效果。
该控制单元60，至少与该养液泵22、各该光电模组31、该气泡模组43、该声频播放器52电气连接，供至少控制该养液泵22、各该光电模组31、该气泡模组43、该声频播放器52动作与否。
本发明垂直式作物栽培系统，可将所欲种植的作物，以垂直分层配置的方式进行种植管理，除了可以有效利用地坪空间之外，更可在土壤的阻隔下，降低该储液槽21中的养液受外部气温干扰，除避免养液冻结或过热，能够以相对较低的成本提供适合作物生长的水温条件。
以及，可在该养液供应单元20、该光照单元30、该空气调节单元40、该声频调节单元50及该控制单元60的整合运作下，针对种植的作物及作物实际生长状态适时调整养分、光照、温度、湿度、空气含氧量甚至声波震动频率等环境条件，有助于维持作物品质及产量。
请同时参照图4所示，本发明垂直式作物栽培系统，除可预先依照所种植的作物70特性，调整作物70的光照时间、时段及光照强度之外，更可依照各该栽培槽12的作物70实际生长状况，各自调节该栽培槽12所属该光电模组31当中的该第一光电元件311、该第二光电元件312及该第三光电元件313动作时间及时序，使各该栽培槽12所种植的该作物70得以获致最佳的光照效果。
请同时参照图5所示，本发明垂直式作物栽培系统，可由该声频调节单元50的该扬声器51及该声频播放器52运作下，对该作物70施加特定频率的声波处理，促进该作物70细胞中线粒体产生更多的接受太阳能的载体，提高该作物70的光合作用效率刺激促使细胞周期同步化加快细胞分裂，促进该作物70生长发育，达到增产、优质、抗病的目的。
请同时参照图1所示，本发明当中的控制单元60，进一步于该建筑设施10的栽培空间处设有至少一温度传感器及至少一湿度传感器(图略)，以供实时监测栽培空间的温、湿度，进而控制该空气调节单元40当中的该水帘41运作，可透过该水帘41的运作达到加湿及降温的效果，以及可在该气泡模组43的该氧气气泡产生器431、该二氧化碳气泡产生器432及该臭氧气泡产生器433的运作下改善空气中的氧气、二氧化碳及臭氧含量。
值得一提的是，该该气泡模组43可以选择以该氧气气泡产生器431、该二氧化碳气泡产生器432、该臭氧气泡产生器433其中之一或其组合的方式同时运作，且各该氧气气泡产生器431、各该二氧化碳气泡产生器432及各该臭氧气泡产生器433所产生的气泡达到微气泡等级甚至纳米气泡等级为佳。
具体而言，本发明所揭露的垂直式作物栽培系统，可有效利用地坪空间，以及针对种植的作物及作物实际生长状态适时调整养分、光照、温度、湿度、空气含氧量甚至声波震动频率等环境条件，有助于维持作物品质及产能；尤其，可避免养液冻结，相对能够以较低的成本提供适合作物生长的水温条件；甚至，可由声频调节单元对作物施加特定频率的声波处理，促进细胞中线粒体产生更多的接受太阳能的载体，提高光合作用效率刺激促使细胞周期同步化，刺激促使细胞周期同步化，加快细胞分裂，促进作物生长发育，达到增产、优质、抗病的目的。

Claims (22)

1.一种垂直式作物栽培系统，其特征在于，包括：一建筑设施(10)、一养液供应单元(20)、一光照单元(30)、一空气调节单元(40)、一声频调节单元(50)，以及一控制单元(60)；其中：
该建筑设施(10)，供包围构成一栽培空间，于该栽培空间处设有至少一层架(11)，于该层架(11)上设有复数分层配置的栽培槽(12)；
该养液供应单元(20)，设有至少一相对埋设于地表下的储液槽(21)，该至少一储液槽(21)且透过养液泵(22)及养液输配管路(23)与各该栽培槽(12)连接；
该光照单元(30)，该光照单元(30)分别于各该栽培槽(12)处设有一供于通电后产生预先设定光源的光电模组(31)；
该空气调节单元(40)，设有至少一与该建筑设施(10)的栽培空间相通的水帘(41)、一与各该水帘(41)连接的供水设备(42)，以及至少一与该供水设备(42)连接的气泡模组(43)；
该声频调节单元(50)，设有至少一与该建筑设施(10)的栽培空间相通的扬声器(51)、一与各该扬声器(51)电气连接的声频播放器(52)；
该控制单元(60)，至少与该养液泵(22)、各该光电模组(31)、各该气泡模组(43)、该声频播放器(52)电气连接，供至少控制该养液泵(22)、各该光电模组(31)、各该气泡产生器(43)、该声频播放器(52)动作与否。
2.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该气泡模组(43)设有至少一氧气气泡产生器(431)。
3.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该气泡模组(43)设有至少一二氧化碳气泡产生器(432)。
4.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该气泡模组(43)设有至少一臭氧气泡产生器(433)。
5.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该气泡模组(43)设有至少一氧气气泡产生器(431)、至少一二氧化碳气泡产生器(432)。
6.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该气泡模组(43)设有至少一二氧化碳气泡产生器(432)、至少一臭氧气泡产生器(433)。
7.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该气泡模组(43)设有至少一氧气气泡产生器(431)、至少一臭氧气泡产生器(433)。
8.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该气泡模组(43)设有至少一氧气气泡产生器(431)、至少一二氧化碳气泡产生器(432)、至少一臭氧气泡产生器(433)。
9.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该空气调节单元(40)，设有至少一氧气气泡产生器(431)与该供水设备(42)连接。
10.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该空气调节单元(40)，设有至少一二氧化碳气泡产生器(432)与该供水设备(42)连接。
11.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该空气调节单元(40)，设有至少一臭氧气泡产生器(433)与该供水设备(42)连接。
12.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该空气调节单元(40)，设有该气泡模组(43)与该供水设备(42)连接，且该气泡模组(43)设有至少一氧气气泡产生器(431)、至少一二氧化碳气泡产生器(432)、至少一臭氧气泡产生器(433)。
13.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该空气调节单元(40)，设有至少一氧气气泡产生器(431)与该供水设备(42)连接；该光照单元(30)的各该光电模组(31)，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件(311)、复数供于通电后产生长波紫外光光源的第二光电元件(312)、复数供于通电后产生中波紫外光光源的第三光电元件(313)。
14.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该空气调节单元(40)，设有至少一二氧化碳气泡产生器(432)与该供水设备(42)连接；该光照单元(30)的各该光电模组(31)，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件(311)、复数供于通电后产生长波紫外光光源的第二光电元件(312)、复数供于通电后产生中波紫外光光源的第三光电元件(313)。
15.如权利要求求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该空气调节单元(40)，设有至少一臭氧气泡产生器(433)与该供水设备(42)连接；该光照单元的各该光电模组(31)，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件(311)、复数供于通电后产生长波紫外光光源的第二光电元件(312)、复数供于通电后产生中波紫外光光源的第三光电元件(313)。
16.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该空气调节单元(40)，设有该气泡模组(43)与该供水设备(42)连接，且该气泡模组(43)设有至少一氧气气泡产生器(431)、至少一二氧化碳气泡产生器(432)、至少一臭氧气泡产生器(433)；该光照单元(30)的各该光电模组(31)，设有复数供于通电后产生一般照明光源的第一光电元件(311)、复数供于通电后产生长波紫外光光源的第二光电元件(312)、复数供于通电后产生中波紫外光光源的第三光电元件(313)。
17.如权利要求1至7其中任一所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该建筑设施(10)，设有至少一与该栽培空间相通的人员出入口(13)，于各该人员出入口(13)处设有可将该人员出入口(13)遮蔽的通道闸门(14)。
18.如权利要求1至7其中任一所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该声频调节单元(50)的该声频播放器(52)，以软体型态整合于该控制单元(60)的硬体中。
19.如权利要求1至7其中任一所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该建筑设施(10)，设有至少一与该栽培空间相通的人员出入口(13)，于各该人员出入口(13)处设有可将该人员出入口(13)遮蔽的通道闸门(14)；该声频调节单元(50)的该声频播放器(52)，以软体型态整合于该控制单元(60)的硬体中。
20.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该气泡模组(43)产生微气泡或纳米气泡。
21.如权利要求20所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该微气泡或该纳米气泡直径范围为介于1x10-6m至250x10-9m之间。
22.如权利要求1所述的垂直式作物栽培系统，其特征在于，该储液槽(21)加入一生物肥料。
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