CN113615645A - 低碳高效生态种养工厂及种养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业种植与养殖技术领域，具体涉及一种低碳高效生态种养工厂及种养方法。所述的低碳高效生态种养方法，包括：建造低碳高效生态种养工厂，设计为地上种养工厂和地下超低碳能源系统；将地上种养工厂划分为最底层、中间层、顶层，最底层进行水产养殖和养虫，中间层进行菌类培育和养虫，顶层进行果蔬种植；自然能源利用措施、废气循环利用措施、废水、排泄物的循环利用措施、种养工厂产生的废弃物循环利用措施。本发明提供一种低碳高效生态种养工厂，低碳高效综合生态种养一体的工厂，充分利用自然能源及低碳节能措施，科学利用不同生物种养特性，实现循环产业链的低碳高效、环保有机种养。本发明还提供其种养方法。

Description

低碳高效生态种养工厂及种养方法
技术领域
本发明涉及农业种植与养殖技术领域，具体涉及一种低碳高效生态种养工厂及种养方法。
背景技术
我国设施农业自20年前开始从国外引进连栋塑料大棚，15年前开始引进玻璃幕墙温室 (文洛式)，到近几年每年以500万亩的体量递增，但由于这两种大棚不能在体外实施保温覆盖，造成“半年闲”或“全年闲”搁置荒芜现象，造成极大的浪费与成本的增加，以致无法将此进行推广下去。
近年来从发达国家引进植物工厂，主要代表为日本和荷兰两种，虽然各方面很先进，但几乎不会出现赢利，存在的核心问题就是超高能耗，约10度电产1kg菜，还是绿叶蔬菜，更有甚者将“补光”概念误导成“代光”概念，加剧了植物工厂的能耗，同时由于受LED灯辐射量 (5500LX)的局限，只能产出弱光作物绿叶菜，一些家常菜如黄瓜、西红柿、茄子等光需求在25000LX以上，而无法种植，因而直接造成了高能耗、低产出的问题，同时四大农高区引进的荷兰文洛式植物工厂也几乎全部水土不服，因高能耗而关停。
植物工厂的能耗决定了是否赢利，成为设施农业考虑的第一因素。
同时在菌类培育中也存在着能耗高、效率低，菌棒回收利用率低，造成环境污染，难以产生循环综合利用的效果。
同时水产养殖工厂空间利用率低，除水资源浪费外，能源消耗量大也是主要问题。
养殖种植存在是否赢利的核心因素，均为能耗问题，而能耗与赢利成反比，能耗与低碳节能效率成正比。在双碳目标的紧迫形势面前，设施农业不仅要考虑双碳带来的社会效益问题，同时也要考虑经济效益；在设施农业上社会效益和经济效益的核心就是处理好低碳问题。
普通有大棚种植养殖属于低投入低产出，造成了高能耗、土地浪费、水资源浪费、建筑空间浪费，抗环保气候稳定性差，食品安全没有保证。
连栋大棚、文洛式大棚一直处于半年闲情况，冬冷保不住温，夏热降不了温，产的菜卖不出暖通费来，造成大量投入设施闲置浪费，因而急需寻找适中投入低耗运行立体种植、高效生产、高产出的种养技术模式。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低碳高效生态种养工厂，将高能耗的单一性机械植物工厂提升为低碳高效综合生态种养一体的工厂，充分利用自然能源及低碳节能措施，科学利用不同生物种养特性，实现循环产业链的低碳高效、环保有机种养，迎合大健康产业，为设施农业走出适合国情的未来之路。本发明还提供其种养方法。
本发明所述的低碳高效生态种养方法，包括：
(1)建造低碳高效生态种养工厂，设计为地上种养工厂和地下超低碳能源系统，构成自然能源暖通系统、生物生长代谢内循环水系统、代谢内外风系统、内保温系统为一体的综合结构；
(2)将地上种养工厂划分为最底层、中间层、顶层，最底层进行水产养殖和养虫，中间层进行菌类培育和养虫，顶层进行果蔬种植；
(3)自然能源利用措施：利用地下超低碳能源系统，进行反季节储能，冬季储冰供给三层种植物夏季高温环境使用；夏季储存热能供给三层植物冬季寒冷环境使用；利用低温能储存水资源供给三层种植物使用；
(4)废气循环利用：通过内循环风系统，中间层的菌类产生代谢废气二氧化碳，供给顶层的果蔬进行光合作用；同时顶层的果蔬光合作用产生的氧气供给中间层的菌类；当系统中的二氧化碳含量1‰，通过储存的自然能源进行能量换热和灭活新风实现代谢平衡；
(5)废水、排泄物的循环利用：最底层的水产养殖的代谢废物和废水供给顶层的果蔬种植作为有机肥；最底层和中间层的养虫产生的代谢废物和废水同样供给顶层的果蔬种植作为有机肥；
(6)种养工厂产生的废弃物循环利用：顶层的废弃物植物秸秆粉碎后作为最底层和中间层养虫的粮食供给；中间层的废气物菌类培养基作为最底层和中间层的养虫的基料土供给，经过一段时间的养虫，代谢物与基料土混合作为有机肥供给顶层的果蔬植物。
地上种养工厂的最底层、中间层、顶层种养区可以根据种养植物进行多层直立体高密度养殖。
水产养殖为鱼、虾、两栖生物的养殖。
养虫为蛋白虫、大麦虫、黑水虻，面包虫、蚯蚓、土元虫的养殖。
菌类培育为虫草花、灰树花、槡黄、灵芝、姖松茸、木耳、羊肚菌、赤松茸的培育。
所述的低碳高效生态种养工厂：包括地上种养工厂和地下超低碳能源系统；地上种养工厂划分为三层，最底层为水产养殖区和养虫区，中间层为菌类培育区和养虫区、最顶层为果蔬种植区；从上到下每层均设置有散热装置a和新风换热灭活装置a、散热装置b和新风换热灭活装置b、无机超导热装置和新风换热灭活装置c，其中地上种养工厂每一层的散热装置a、散热装置b、无机超导热装置连接与自然能源暖通管上，新风换热灭活装置a包括空气灭活净化装置和能量回收装置；每两层之间设置有内外代谢输送管；地上种养工厂的维护结构内侧设置有保温层；
地下超低碳能源系统包括谷电蓄能设备、地温能储能池、反季节冷水储能池、反季节热水储能池；地温能储能池、反季节冷水储能池和反季节热水储能池通过循环系统管道并连连接在一起；谷电蓄能设备与地温能储能池连接在一起；
地上种养工厂通过自然能源暖通管与循环系统管道连接后，连接于地下超低碳能源系统，上端分别设置有两个传动装置。
地上种养工厂每一层的散热装置a、散热装置b、无机超导热装置连接与自然能源暖通管上。
地上种养工厂最底层中设置有储水池，储水池通过内循环水管道与新风换热灭活装置c 连接，新风换热灭活装置c与新风换热灭活装置b连接，新风换热灭活装置b与最上面层连接，新风换热灭活装置a直接于最上面层连接。
地温能储能池、反季节冷水储能池和反季节热水储能池外层均设置有绝热层，内部设置有储能池换热器。
谷电蓄能设备与地温能储能池之间设置有谷电蓄能设备换热器。
本发明所述的低碳高效生态种养工厂，利用同一建筑不同位置的能耗，温度，湿度，光照资源小环境特点，结合生物生长环境条件及生产便捷性等划分生物养植区域，最底层水产养殖区，中间层菌类培育区，最顶层果蔬种植区，最底层和中间层养虫区；从而达到不同区域生物生长产生的代谢物的气体、水、基体废弃物、粪便为另一生物区环境实现生长所需物质的上下游，或相互交换利用而达到节材、节水、节能、环保、增效的目的。
本发明所述的低碳高效生态种养方法，科学的根据不同生物适宜生长的环境条件，如光、温度、湿度，以及省工省力的管理原则划分不同生物最佳生长区；
首先水产养殖、养虫设置在最底层，水产生物和虫为上下游关系的生物，食物链操作方便，并且水产养殖的水重量荷载较大，对光和温度的需求不高，而多数经济价值高的水产鱼都属冷水鱼，最底层光照资源受限，地面荷载承重大，能量损失主要在四周竖面墙，能量损耗小，因此将水产养殖和养虫设置在最底层；
其次中间层太阳光照较差，但温度和湿度受顶层和底层的维护保温，环境较为稳定，而多数菌类属弱光或微光需求，适宜低温生长，中间层适合菌类培育；
顶层光照资源好，夏秋容易高温，冬季容易低温温度波动性大，对外换热除竖面墙外还有顶面，能耗换热面积大，特别是太阳能的辐射热能使棚内温升较快，波动性大，而果蔬类植物的适宜温度要求高，白天叶面光合作用强，夜间抑制呼吸频率，果蔬储存营养需要有较大的温差才能产出口感好的上乘果蔬，顶层适合于喜光的果蔬类植物的生长；
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的低碳高效生态种养工厂，为模块标准化拼装建筑，根据需要快速实现增减规模，维护结构同现有透光的塑膜玻璃的日光利用材料，实现节材、节水、节能、环保、增效，废弃物循环再生利用的环保和经济效益；投入低，能耗低，立体种植、高效生产、高效产出；
(2)本发明的低碳高效生态种养工厂协同科学的种养方法，对生物生长有利产生高质高产，同时利于低碳运行，减少能耗；
(3)本发明的低碳高效生态种养方法，科学利用自然能源，反季节储能包括冬季储冰、夏秋太阳能储热、地温能(水源水系)，利用率高；
(4)本发明的低碳高效生态种养方法，自然能源利用、谷电蓄能、内保温体系、生物代谢内循环、能量回收协同作用，达到低投入、高回报的经济效益与社会效益共存的可持续发展效果。
附图说明
图1为本发明的低碳高效生态种养工厂的结构示意图；
图1中：1、地上种养工厂；2、水产养殖区；3、养虫区；4、菌类培育区；5、果蔬种植区；6、保温层；7、传动装置；8、自然能源暖通管；9、散热装置a；10、散热装置b；11、无机超导热装置；12、内外代谢输送管；13、新风换热灭活装置a；14、空气灭活净化装置； 15、能量回收装置；16、新风换热灭活装置b；17、新风换热灭活装置c；18、内循环水管道； 19、储水池；20、地下超低碳能源系统；21、谷电蓄能设备换热器；22、谷电蓄能设备；23、地温能储能池；24、反季节冷水储能池；25、反季节热水储能池；26、循环系统管道；27、储能池换热器；28、绝热层。
具体实施方式
下面借助实施例进一步说明本发明。
所述的低碳高效生态种养方法，包括：
(1)建造低碳高效生态种养工厂，设计为地上种养工厂和地下超低碳能源系统，构成自然能源暖通系统、生物生长代谢内循环水系统、代谢内外风系统、内保温系统为一体的综合结构；
(2)将地上种养工厂划分为最底层、中间层、顶层，最底层进行水产养殖和养虫，中间层进行菌类培育和养虫，顶层进行果蔬种植；
(3)自然能源利用措施：利用地下超低碳能源系统，进行反季节储能，冬季储冰供给三层种植物夏季高温环境使用；夏季储存热能供给三层植物冬季寒冷环境使用；利用低温能储存水资源供给三层种植物使用；
(4)废气循环利用：通过内循环风系统，中间层的菌类产生代谢废气二氧化碳，供给顶层的果蔬进行光合作用；同时顶层的果蔬光合作用产生的氧气供给中间层的菌类；当系统中的二氧化碳含量1‰，通过储存的自然能源进行能量换热和灭活新风实现代谢平衡；
(5)废水、排泄物的循环利用：最底层的水产养殖的代谢废物和废水供给顶层的果蔬种植作为有机肥；最底层和中间层的养虫产生的代谢废物和废水同样供给顶层的果蔬种植作为有机肥；
(6)种养工厂产生的废弃物循环利用：顶层的废弃物植物秸秆粉碎后作为最底层和中间层养虫的粮食供给；中间层的废气物菌类培养基作为最底层和中间层的养虫的基料土供给，经过一段时间的养虫，代谢物与基料土混合作为有机肥供给顶层的果蔬植物。
所述的低碳高效生态种养工厂，包括地上种养工厂1和地下超低碳能源系统20；地上种养工厂1划分为三层，最底层为水产养殖区2和养虫区3，中间层为菌类培育区4和养虫区3、最顶层为果蔬种植区5；从上到下每层均设置有散热装置a9和新风换热灭活装置a13、散热装置b10和新风换热灭活装置b16、无机超导热装置11和新风换热灭活装置c17，其中地上种养工厂1每一层的散热装置a9、散热装置b10、无机超导热装置11连接与自然能源暖通管 8上，新风换热灭活装置a13包括空气灭活净化装置14和能量回收装置15；每两层之间设置有内外代谢输送管12；地上种养工厂1的维护结构内侧设置有保温层6；
地下超低碳能源系统20包括谷电蓄能设备22、地温能储能池23、反季节冷水储能池24、反季节热水储能池25；地温能储能池23、反季节冷水储能池24和反季节热水储能池25通过循环系统管道26并连连接在一起；谷电蓄能设备22与地温能储能池23连接在一起；
地上种养工厂1通过自然能源暖通管8与循环系统管道26连接后，连接于地下超低碳能源系统20，上端分别设置有两个传动装置7。
地上种养工厂1每一层的散热装置a9、散热装置b10、无机超导热装置11连接与自然能源暖通管8上。
地上种养工厂1最底层中设置有储水池19，储水池19通过内循环水管道18与新风换热灭活装置c17连接，新风换热灭活装置c17与新风换热灭活装置b16连接，新风换热灭活装置b16与最上面层连接，新风换热灭活装置a13直接于最上面层连接。
地温能储能池23、反季节冷水储能池24和反季节热水储能池25外层均设置有绝热层28，内部设置有储能池换热器27。
谷电蓄能设备22与地温能储能池23之间设置有谷电蓄能设备换热器21。
实施例1
所述的低碳高效生态种养工厂，为主动式太阳能建筑，为2层以上6层以下工厂高度≤18 米的钢结构装配维护结构，养殖与种植生态综合立体结构形式，包括地上种养工厂1和地下超低碳能源系统20；其中自然能源暖通系统、生物生长代谢内循环水系统、代谢内外风系统、在工厂维护结够内设计有内保温系统互相配合使用；
地下超低碳能源系统20包括谷电蓄能设备22、地温能储能池23、反季节冷水储能池24、反季节热水储能池25；保证工厂的超低耗运行；
地下超低碳能源系统20在工厂地下或工厂附近设计的地面5米以下，地温能储能池23、反季节冷水储能池24和反季节热水储能池25的外维护六面体外围有绝热层28；
地温能储能池23、反季节冷水储能池24、反季节热水储能池25与电蓄能设备22连通，内部均设置有储能池换热器27；并且地温能储能池23、反季节冷水储能池24、反季节热水储能池25与地上种养工厂1的三个层面的散热装置a9、散热装置b10形成暖通循环；或者与无机超导热装置11在储能池与地上种养区换热传导；
反季节冷水储能池24和反季节热水储能池25即冬季自然蓄冰储存夏季用于制冷，夏、秋太阳能蓄热储能冬季用于供暖；当出现极端天气或反季节储能及地温能储能池23、反季节冷水储能池24和反季节热水储能池25供应不足时启动谷电蓄能设备22；冬季制冰采用水膜法或喷淋法天然制冰，不仅无污染，还减少初投资费和运行费；
夏秋季节太阳能光照时长辐射強，环境气温高，比冬季太阳能热利用起到事半功倍的效果，除使用传统太阳能集热器集热外还可以使用简易的投资少晒袋式集热。不管是储冰还是热水在地下恒温区储存绝热效果稳定持久能损小的特点。
在地上种养工厂1的竖面墙及顶面共五个面安装有有自动展开收紧的保温层6及传动装置7，可根据环境温度变化自动开关，实现冬季保温，夏季遮阳保冷；
内外代谢输送管12的新风换热灭活装置a13包括空气灭活净化装置14和能量回收装置 15，保证无菌有机种植条件和减少新风能耗。
实施例2
所述的种养工厂维护结构：
种养工厂的维护结构为主动式太阳能房型，为多层轻钢装配式，维护结构为一层或多层透光型材料，如阳光板PC材料，玻璃、塑料膜，也可以两种复合体，本实施例中钢结构外侧是中空玻璃幕墙，内侧是PC板，中间留有较厚的空气隔热层；
种养工厂为轻钢结构，矩型钢或H型、C型钢，带有防腐涂层的型钢，结构形式为模块式快装结构；
维护结构的东、西、南、上四个面为透光材料，北墙是透光或非透光复合板，根据保温需要设计为一层或多层；
透光材料为2层或多层时，固定于钢结构的内外两侧形成夹芯式，有更好的保温性能，钢结构为80mm×80mm的矩形钢，外侧安装(5mm+15mm+5mm)三层钢化高透光中空玻璃，内侧为9mm厚PC阳光板，组成的墙体厚度114mm，透光率83％，传热系数比单一玻璃幕墙提高3倍以上；
在风系统中安装有加湿、除湿装置，以满足生物适宜的湿度要求；
所述的种养工厂为了满足不同生物生长空间的温度、湿度、光照、空间含氧、含二氧化碳量相应最佳生长条件，将相应数据建模，通过空间感受器连通于各暖通水系统、风系统、代谢风系统，实现人工智能AI控制。
实施例3
种养工厂为三层轻钢主动式太阳能建筑，底层为水产养殖和蚯蚓养殖，中间层为菌类培育，顶层为果蔬种植；
种养工厂建筑总高度10m，每层空间为100m×200m×3m，60000m2，总共设置3层，轻钢结构横拉杆50cm×100cm×2.0cm，竖柱80cm×160cm×2.0cm，斜拉杆40cm×60cm×1.5cm，热镀锌矩型管+喷塑防腐层，设计用钢量45kg/m2；
维护结构为6m+15m+6m，中空玻璃内侧为10mmPC板，顶面为10mm+10mmPC中空阳光板；
内保温体系的保温被耐光老化锦纶敷面的5mm×3mmEVA泡沫材料，总厚度17mm(导热系数≤0.31w/m.k)竖面墙和顶五面维护；
暖通水系统为6眼120m水井及地下6米500m2×2贮水循环池，另配600kw冷热水机组，以备极限天气使用，在工厂空间内安装相应换热器；
设计地下6米反季节蓄冰储能池45000m3，反季节蓄热储能池45000m3，其位置为工厂的基础下方；
暖通风系统：连接于水系统的风机盘管，与环境的进排风口安装有能量回收和灭活新风装置；
营养液系统安装于与工厂相连的地上或地下的带有保温的车间内；
菌类培育区和果蔬种植区之间安装有代谢循环多个换风机；
本实施例所述的种养工厂，在不启动储能系统的情况下，在华北河北地区的冬季元月份，睛天时，环境气温(-5)-(-20)℃，下午16:30棚内温度25℃，启动内保温系统后，第二天上午9:00测温，底层21℃，中间层22℃，顶层20℃；
继续监测在夏季8月份中旬，晴天气温24-35℃；
在不启动降温设备，只启动内保温系统的情况下，下午14:00测量棚内温度，底层27℃，中间层27℃，顶层30℃；
当在配合地温能太阳能的使用时，效果更好，尤其是在夏季启动地温能后，下午14:00，底层20℃、中间层22℃、顶层26℃；
按本实施例设计的自然能源的反季节储冰和储热完全能够应付一般正常年竟的气候条件下冬夏的正常生产运行；
我国地大物博幅源辽阔，气候北冷南热，光照西高中南弱，南方，冬不结冰如海南可以因地治宜不采用反季节储冰方式，以地下或水系结合谷电蓄能为主；适合我国大部分地区如东北，西北，华北，华中，华东等地区，因地制宜灵活运用会收到低碳效，高效，生态的预期效果。
实施例4
进一步地，自然能源利用措施说明：
所述的本低碳高效生态养植工厂建筑面积80000m2，四层结构；配套地下5米建造反季节储冰池50000m3，储热水池50000m3，储能池周边6个面分别用厚度700mm的EPS泡沫进行保温层维护，传热系数≤0.05w/m2/k；
在冬季夜间-5～-35℃采用喷淋法自然制冰50000m3节电450万kwh，减排CO2为4486.5 吨，按农业用电0.53元/kwh计算折合238.5万元，同时不在夏季用电高峰增加电网负荷；
在夏季或秋季气温高的晴天采用黑涂晒水罐自然哂与太阳能集热器与相结合的办法生产 60℃热水50000m3节电275万kwh，折合145.8万元，减排CO2为2742吨；
全年仅反季节储能蓄节电为725万kwh，减排CO2为7229吨；
在有海，湖，河，江，潭等水系利用方便的地域可以直接在水面6米以下设开放性换热池，无需使用地下换热池；
所述的低温能的利用：用井水或者在6米地下建造水池进行换热，华东华北地区地下6 米恒温14.5～15.5℃，一般春秋两季可以满足养植工厂内降温需要；在滨邻江系，河，湖，海水系，可在水面6米以下根据水底深度挖砌相应2.5×3.0米泵池，也可使用不锈钢钢网箱体沉固在水底将安装潜水泵或离心泵循环于工厂维护空间；这样有效减少压缩机用电能耗；
在地温能和反季节储能不足于供给的极端天气时，可启动谷电蓄能冷热一体机组，一个建筑面积50000m2的养植工厂配800kw的冷热水机组，螺杆式或溴化锂，谷电的电价低相对生产能源成本低，此外还为削峰填谷电网消解优化电力资源。
实施例5
所述的低碳高效生态种养工厂，通过菌菇产生的代谢气体CO2，供给菜植物光合作用气肥，而菜植物光合作用产生的大量氧气供给菌菇充氧，通过内循环风系统以实现减少新风能耗，低碳节能、生态高产的双重目的，在菌类培育区和果蔬种植区安装循环对流风机，在菌类培育区和果蔬种植区之间的地板上预留风机或风管洞口，安装离心式空调风机或管道式风机，安装风流量8000m3/h，在菌类培育区和果蔬种植区之间的输风机均可相对安装多台，为菌菇和植物代谢吸收均匀，可在一定时间后换向循环；设置内循环排放时间冬季在9:30-16:30，夏春秋在8:30-17:30之间，5月-8月在8:00-18:00。
实施例6
当种养工厂的内代谢循环不能满足代谢需要时，菌类培育区的CO2含量达1‰时，正值在无光照或夜间无法代谢互利交换必须向外排风充氧时，或者植物需要新风时，通过灭活新风和能量回收换热来实现，利用新风灭活能量回收一体机实现，灭活采用核孔膜物理过滤或静电除尘，达到对PM2.5去除率≥99.6％的效果，对微生物病毒病菌灭活净化率≥99％，能量回收采用板式换热或转轮换热机，冷热能量回收效达到≥80％，单机流量在1000～20000m3/h，风速1～3.0m/s，灭活保证无菌种植，能量回收减少新风能耗。
实施例7
所述的内保温体系是在工厂维护结构内侧保温层安装竖面和顶面的能够展开与收紧的保温被，保温被是织物与塑料泡沫复合柔性卷材，或是有机无机纤维与织物的缝纫多层复合被，厚度为5mm～30mm，保温被体导热系数≤0.04W/m·K，绝热材料为PU，EVA，PP泡沫，橡塑泡沫，硅酸铝棉，超细玻璃棉，晴纶棉；通过传动装置7实现展开与收紧；传动装置7安装在竖面墙与顶面之间，保温被冬季保温，夏季遮阳保温，根据工厂内温度需求实现自动编程控制。
实施例8
进一步地，所述的低碳高效生态种养方法，废气、废水、排泄物、废弃物循环利用说明：
所述的CO2是果蔬植物的粮食，果蔬植物生长光合作用形成碳水化合物必须物质，正常大气的二氧化的含量为0.0031％，若使用CO2“气肥”增加CO2浓度3倍(0.09％)，作物产量提高30％-35％，果蔬植物的代谢物是O2，而菇菌类的粮食是O2，菇菌类的代谢物是CO2；适当的CO2浓度可以刺激子实体分化，CO2浓度过大会抑制菌丝生长，在子实体阶段菇菌类对CO2浓度敏感性更高，当子实体形成后，呼吸旺感，对氧气的要求也急剧增加，当CO2浓度达到0.1％时会抑制菌盖的分化，甚至影响子实体形成，氧气在大气中的含量21％，而在果蔬植物光合作用条件下代谢产生大量的富氧空气可给菇菌类作补充；
通过人为控制将果蔬种植区的空气与菌类培育区的空气进行互换，达到菇菌类与果蔬植物的生长互利，同时减少新风能耗和人造二氧化碳的供给；
水产养殖区的废水中含有大量水产鱼类的代谢物粪便与食物残渣，对于果蔬植物来说是很好的有机肥料，不仅减少水资源浪费和对环境的污染，同时提高植物的肥力，比传统节水 80％、节肥15％；
养虫区优选养蚯蚓，蚯蚓的粪便代谢物是优质的有机肥，用于果蔬植物有机质栽培，减少植物对商品肥料的依赖，本实施例可产生有机肥8000吨，不仅减少外购肥料的费用，同时提高了作物有机生长因素；
种养工厂正常情况下产生的废弃物，有植物桔杆、菌棒等，得到综合利用：
植物桔杆为蔬菜西红柿、黄瓜、茄子、豆角等产生的大量桔杆，经粉碎后是虫的很好的粮食，不仅没有造成环境污染，而且变成了生产资料；
菌棒是菌类培育的的培养基，废弃后会对环境造成污染，而在本实施例中，废弃的菌棒是养殖蚯蚓的基料土，通过一段养殖蚯蚓后，蚯蚓的代谢物粪便与菌棒粉变成优质的有机肥，为顶层的果蔬植物生长供给；
生物间食物链的内循环：虫、蚯蚓是水产鱼类动物的优质高蛋白粮食，这种内循环降低养殖成本，提高赢利，显著提高产量和品质，增产35％以上。
实施例9
所述的低碳高效生态种养方法，养植工厂的生物分区为：
三层养植工厂实现鱼、菇、菜、虫共生互利循环生态模式：底层养鱼养虫，中间层养菌菇，顶层种果蔬；
分区种养根据生物适宜生长条件和建筑特点，底层养鱼养虫，这两种生物对光的需求小，养殖设施荷载大，温度要求相对低和稳定，因此适合于底层，养三倍体鳟鱼(冷水鱼)，立体养殖蚯蚓，层高三米可养8层；
中间层进行菌菇培育，灰树花、姬松茸，三米层高可种7层，其中每层40cm，该菌菇适宜20-25℃，光线需求2000-3000LX；
顶层种菜，顶层光照条件好，相对温度高，种喜光作物西红柿。
实施例10
所述的水产养殖，为鱼、虾，或两栖生物牛蛙、甲鱼，或海水鱼、淡水鱼，或其他如海参等水产；
所述的淡水鱼为黑鱼、青鱼、鲈鱼、草鱼、鲢鱼、黄骨鱼、黄鳝、鳟鱼、鲟鱼、食用鱼，或者观赏鱼如锦鲤、龙鱼；本实施例为三倍体鳟鱼，此鱼养殖对环境水温要求高，在15-19℃，在夏季能耗高，得到高效节能性优势；
所述的养虫为蛋白虫、大麦虫、黑水虻，面包虫、蚯蚓、土元虫，本实施例为蚯蚓；
所述的菌菇为虫草花、灰树花、槡黄、灵芝、姖松茸、木耳、羊肚菌、赤松茸，本实施例为灰树花、药食菇；
黄瓜光需求在30000LX以上，温度在18-30℃；
本实施例中种养工厂，每年实现亩产三倍体鳟鱼20000kg、灰树花菌210000kg、蔬菜(黄瓜、西红柿)24000kg、蚯蚓16吨，60000m2的种养植工厂可收获如下：
(1)三倍体鳟鱼：1220吨(61亩)；
(2)灰树花(药菇)：19110吨；
(3)西红柿、黄瓜：2184吨；
(4)蚯蚓：720吨(30亩)；
(5)蚯蚓类(有机肥)：8000吨。
对比例1
与上述实施例3相比，同样在不启动储能系统的情况下，在华北河北地区的冬季元月份 (睛天)，环境气温-5—-20℃，普通文洛式和连栋大棚在下午16:30测温，棚内温度同样是 25℃，第二天上午9:00测温，不启动任何热能设备情况下棚内温度-18℃、-18.5℃。
与上述实施例3相比，在夏季8月份中旬，晴天气温24-35℃，普通文洛式和连栋大棚，在下午14:00测量棚内温度，不启动降温设备，只启动遮阳时温度41℃、43℃；在启动降温湿帘情况下，棚内温度35℃、36.5℃。
对比例2
按照上述实施例10的种养种类，按照传统普通连栋和文洛式大棚种植，产量低于实施例 5的产量的20-30倍；而实施例10的能耗却比本对比例低1/8-1/10，实施例10的效益是本对比例的50倍，由以上可以看出本发明的低碳高效生态种养工厂节约了土地资源人力管理资源、水力资源、取得安全获取有机食品的意义。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种低碳高效生态种养方法，其特征在于：包括：
(1)建造低碳高效生态种养工厂，设计为地上种养工厂和地下超低碳能源系统，构成自然能源暖通系统、生物生长代谢内循环水系统、代谢内外风系统、内保温系统为一体的综合结构；
(2)将地上种养工厂划分为最底层、中间层、顶层，最底层进行水产养殖和养虫，中间层进行菌类培育和养虫，顶层进行果蔬种植；
(3)自然能源利用措施：利用地下超低碳能源系统，进行反季节储能，冬季储冰供给三层种植物夏季高温环境使用；夏季储存热能供给三层植物冬季寒冷环境使用；利用低温能储存水资源供给三层种植物使用；
(4)废气循环利用措施：通过内循环风系统，中间层的菌类产生代谢废气二氧化碳，供给顶层的果蔬进行光合作用；同时顶层的果蔬光合作用产生的氧气供给中间层的菌类；当系统中的二氧化碳含量1‰，通过储存的自然能源进行能量换热和灭活新风实现代谢平衡；
(5)废水、排泄物的循环利用措施：最底层的水产养殖的代谢废物和废水供给顶层的果蔬种植作为有机肥；最底层和中间层的养虫产生的代谢废物和废水同样供给顶层的果蔬种植作为有机肥；
(6)种养工厂产生的废弃物循环利用措施：顶层的废弃物植物秸秆粉碎后作为最底层和中间层养虫的粮食供给；中间层的废气物菌类培养基作为最底层和中间层的养虫的基料土供给，经过一段时间的养虫，代谢物与基料土混合作为有机肥供给顶层的果蔬植物。
2.根据权利要求1所述的低碳高效生态种养方法，其特征在于：地上种养工厂的最底层、中间层、顶层种养区可以根据种养植物进行多层直立体高密度养殖。
3.根据权利要求1所述的低碳高效生态种养方法，其特征在于：水产养殖为鱼、虾、两栖生物的养殖。
4.根据权利要求1所述的低碳高效生态种养方法，其特征在于：养虫为蛋白虫、大麦虫、黑水虻，面包虫、蚯蚓、土元虫的养殖。
5.根据权利要求1所述的低碳高效生态种养方法，其特征在于：菌类培育为虫草花、灰树花、槡黄、灵芝、姖松茸、木耳、羊肚菌、赤松茸的培育。
6.一种权利要求1-5任一项所述的低碳高效生态种养工厂，其特征在于：包括地上种养工厂(1)和地下超低碳能源系统(20)；地上种养工厂(1)划分为三层，最底层为水产养殖区(2)和养虫区(3)，中间层为菌类培育区(4)和养虫区(3)、最顶层为果蔬种植区(5)；从上到下每层均设置有散热装置a(9)和新风换热灭活装置a(13)、散热装置b(10)和新风换热灭活装置b(16)、无机超导热装置(11)和新风换热灭活装置c(17)，其中地上种养工厂(1)每一层的散热装置a(9)、散热装置b(10)、无机超导热装置(11)连接与自然能源暖通管(8)上，新风换热灭活装置a(13)包括空气灭活净化装置(14)和能量回收装置(15)；每两层之间设置有内外代谢输送管(12)；地上种养工厂(1)的维护结构内侧设置有保温层(6)；
地下超低碳能源系统(20)包括谷电蓄能设备(22)、地温能储能池(23)、反季节冷水储能池(24)、反季节热水储能池(25)；地温能储能池(23)、反季节冷水储能池(24)和反季节热水储能池(25)通过循环系统管道(26)并连连接在一起；谷电蓄能设备(22)与地温能储能池(23)连接在一起；
地上种养工厂(1)通过自然能源暖通管(8)与循环系统管道(26)连接后，连接于地下超低碳能源系统(20)，上端分别设置有两个传动装置(7)。
7.根据权利要求6所述的低碳高效生态种养工厂，其特征在于：地上种养工厂(1)每一层的散热装置a(9)、散热装置b(10)、无机超导热装置(11)连接与自然能源暖通管(8)上。
8.根据权利要求6所述的低碳高效生态种养工厂，其特征在于：地上种养工厂(1)最底层中设置有储水池(19)，储水池(19)通过内循环水管道(18)与新风换热灭活装置c(17)连接，新风换热灭活装置c(17)与新风换热灭活装置b(16)连接，新风换热灭活装置b(16)与最上面层连接，新风换热灭活装置a(13)直接于最上面层连接。
9.根据权利要求6所述的低碳高效生态种养工厂，其特征在于：地温能储能池(23)、反季节冷水储能池(24)和反季节热水储能池(25)外层均设置有绝热层(28)，内部设置有储能池换热器(27)。
10.根据权利要求6所述的低碳高效生态种养工厂，其特征在于：谷电蓄能设备(22)与地温能储能池(23)之间设置有谷电蓄能设备换热器(21)。
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