CN114071990A - 用于植物冠层的空气分配及热量提取 - Google Patents

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CN114071990A CN202080048588.1A CN202080048588A CN114071990A CN 114071990 A CN114071990 A CN 114071990A CN 202080048588 A CN202080048588 A CN 202080048588A CN 114071990 A CN114071990 A CN 114071990A
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Abstract

在植物冠层的腹侧上施加正气压，在植物冠层的背侧上施加负气压。通过该布置，负气压抽吸由植物冠层的腹侧的正气压供应的空气穿过植物冠层并经过植物冠层的背侧，以在受控室内环境中从植物冠层抽取例如来自农业照明系统的热量和/或来自植物呼吸的湿气。

Description

用于植物冠层的空气分配及热量提取
技术领域对相关申请的引用
本申请要求于2019年5月10日提交的美国临时申请62/846,362和于2019年11月8日提交的美国临时申请62/933,031的优先权，这些申请的启示通过引用结合在此。
背景技术
室内园艺应用往往需要使用人工光线作为自然光照的替代或补充，以促进所栽培的植物的生长。用于促进植物生长的人工照明在本文中被称为“农业照明”，用于提供这种光线的系统被称为“农业照明系统”。这种人工光线可包括光谱的紫外(UV)部分。
农业照明系统会产生大量热量，这会对所栽培的植物造成损害，并且有可能是致命的。除了由农业照明系统产生的热量之外，还有从植物呼吸产生的热量和湿气，在受控的室内环境中，这种热量可能多于从农业照明系统产生的热量。管理这种热量的尝试往往首先集中于控制栽培植物的设施中的温度和气流，然后控制栽培植物的特定房间内的温度和气流。这种方法循环和冷却超过必要量的空气，因而可能会造成浪费并且能效低下，而且可能仍无法有效地从植物中消除热量。
发明内容
在一个方面中，一种用于植物冠层的空气分配及热量提取方法包括在植物冠层的腹侧施加正气压，同时在植物冠层的背侧施加负气压，从而负气压抽吸由植物冠层的腹侧的正气压供应的空气，使该空气穿过植物冠层并经过植物冠层的背侧，以从植物冠层抽取热量。例如，该热量可能来自农业照明系统。
在另一个方面中，一种用于植物栽培的空气分配及热量提取系统包括支架；由支架承载的至少一棵植物，所述至少一棵植物具有形成至少一个植物冠层的多片叶子；至少一根空气供应导管，该空气供应导管布置并配置成在所述至少一个植物冠层的腹侧施加正气压；以及至少一根空气回流导管，该空气回流导管布置并配置成在所述至少一个植物冠层的背侧施加负气压。在施加正气压和负气压时，负气压抽吸由所述至少一个植物冠层的腹侧的正气压供应的空气，使该空气穿过所述至少一个植物冠层并经过所述至少一个植物冠层的背侧，以从所述至少一个植物冠层抽取热量。
附图说明
现在将参考以下示例性附图来说明这些特征和其他特征，在附图中：
图1以示意形式示出了一种用于植物冠层的空气分配及热量提取方法；
图2示出了根据第一实施例的一种空气分配及热量提取系统；
图3示出了一种与图2所示的空气分配及热量提取系统类似的示例性空气分配及热量提取系统，但是其中的支架是包括多个独立层的多层支架；
图4示出了联接至一个示例性农业照明系统的两根示例性空气回流导管；
图5示出了与相应的空气供应导管相对布置并对准的示例性空气回流导管；
图6示出了如何连接两组导管以形成完整的空气回流导管；
图7是可根据本公开的方面使用的多用途栽培托架的顶部透视图；
图8A和8B示出了如何将植物容器滑动地接收在图7的多用途栽培托架中；
图9A和9B示出了如何将歧管板滑动地接收在多用途栽培托架中以形成空气歧管；
图10A、10B和11是示出根据第二实施例的空气分配及热量提取系统的局部剖视图；
图12是示出根据第三实施例的空气分配及热量提取系统的部分分解、部分剖切的顶部前侧透视图；
图12A是图12的一部分的详图；
图13是图12的空气分配及热量提取系统在组装后的部分剖切的顶部前侧透视图；
图14是图12的空气分配及热量提取系统在组装后的前侧透视图，其中该系统的遮光帘处于部分地打开的状态；
图15是图12的空气分配及热量提取系统在组装后的前侧透视图，其中该系统的遮光帘处于关闭状态；
图16是图12的空气分配及热量提取系统的部分分解、部分剖切的顶部后侧透视图；
图17是图12的空气分配及热量提取系统在组装后的部分剖切的顶部后侧透视图。
具体实施方式
本公开说明了一种“植物基跃进”方案，该方案主要集中于从植物、尤其是从易受影响的植物冠层消除不希望有的热量和湿气。使空气从植物冠层的腹侧直接流过植物冠层到达植物冠层的背侧。
现在请参考图1，该图以示意形式示出了用于植物冠层的空气分配及热量提取方法100，该植物冠层一般以附图标记102表示。所述方法包括在植物冠层102的腹侧106施加正气压104，并在植物冠层102的背侧110施加负气压108。通过这种布置，负气压108抽吸由植物冠层102的腹侧106的正气压104供应的空气，使该空气穿过植物冠层102并经过植物冠层102的背侧110，以从植物冠层102抽取热量。该热量例如可能主要来自农业照明系统112。例如，可使用由位于加拿大安大略省伯灵顿市North Service Road 905-5500号，L7L6W6的AgricUltra advances Inc.提供的MetaRailTM或HyperRailTM农业照明系统。MetaRail农业照明系统提供长波紫外线(UVA)和中波紫外线(UVB)光线，而HyperRail农业照明系统提供UVA、UVB和可见光线。
在所示的实施例中，正气压104是由强制空气118引起的，例如来自HVAC系统116(“HVAC”指“采暖、通风和空调”)的大量处理后气源114，而负气压108是由向HVAC系统116的大量回流入口122中抽吸120引起的。优选该强制空气118在到达植物冠层102的腹侧106之前被主动冷却，例如由HVAC系统116主动冷却。另外，优选该强制空气在到达植物冠层102的腹侧106之前被净化，例如通过过滤和/或静电处理和/或紫外线处理净化。在环境温度足够低的其他实施例中，该强制空气可以是环境空气。
现在请参考图2，其中示出了一种用于植物栽培的示例性空气分配及热量提取系统200。这仅仅是一个示例性实施例，而不是限制性的。
空气分配及热量提取系统200包括支架224，该支架224包括纵向延伸的平台226；空气分配及热量提取系统200进一步包括纵向延伸的农业照明系统212、两根空气供应导管232、两根空气回流导管234、以及由平台226承载的多棵植物228。每棵植物228具有形成植物冠层202的多片叶子230。虽然所示的实施例示出了由平台226承载的多棵植物228，但是在其他实施例中，可仅有由支架承载的单棵植物，这棵植物的叶子形成植物冠层。农业照明系统212布置在植物冠层202的背侧，并且布置成基本平行于平台226并与平台226对准，以向植物冠层202的背侧210传送农业光线。
在所示的实施例中，空气供应导管232沿着平台226的长边布置在平台226的任何一侧，空气回流导管234类似地沿着农业照明系统212的长边布置在农业照明系统212的任何一侧。因此，在所示的实施例中，空气回流导管234由农业照明系统212承载。在其他实施例中，空气回流导管可与农业照明系统分开并且不由其支撑。虽然所示的实施例具有两根空气供应导管232和两根空气回流导管234，但是其他实施例中可有单根空气供应导管和/或不止两根空气供应导管和/或仅有单根空气回流导管和/或有不止两根空气回流导管。
空气供应导管232布置并配置成在植物冠层202的腹侧206施加正气压204，而空气回流导管234布置并配置成在植物冠层202的背侧施加负气压208。通过这种布置，在施加正气压204和负气压208时，负气压208抽吸由植物冠层202的腹侧206的正气压204供应的空气，使该空气穿过植物冠层202并经过植物冠层202的背侧210，以从植物冠层202抽取热量。在植物冠层202周围还可能有大量湿气，该湿气主要来自植物呼吸；由于负气压208抽吸由植物冠层202的腹侧206的正气压204供应的空气，使该空气穿过植物冠层202并经过植物冠层202的背侧210，因此它也会从植物冠层202抽取湿气。
从图2能够看出，空气供应导管232与HVAC系统216流体连通地联接，并配置成接收来自HVAC系统216的处理过的强制空气218；来自HVAC系统216的强制空气218可被主动冷却和/或净化。类似地，空气回流导管234与HVAC系统216流体连通地联接，并配置成将从植物冠层202抽取的空气输送至HVAC系统216的大量回流入口222。在其他实施例中，空气回流导管234可向环境排气。
在所示的实施例中，平台226被示为与布置有空气分配及热量提取系统200的建筑地板间隔开；在其他实施例中，建筑地板本身可用作支架，并且空气供应导管可嵌入在建筑地板中。
图3示出了一种示例性空气分配及热量提取系统300，该空气分配及热量提取系统300与图2所示的空气分配及热量提取系统200类似，但是其中的支架324是包括多个独立层340的分层支架324。多棵植物328布置在分层支架324的各层340上，由此有多个分层的植物冠层302，并且在相应的植物冠层302的背侧布置有多根空气回流导管334。在图3所示的实施例中，在相应的植物冠层302的腹侧布置有多根空气供应导管332；在其他实施例中，在最低的植物冠层的腹侧可布置单根空气供应导管。
图4示出了联接至一个示例性农业照明系统212的两根示例性空气回流导管234。虽然图4示出了在农业照明系统212的两侧均布置有空气回流导管234，但是在其他实施例中，可仅在农业照明系统212的一侧布置有单根空气回流导管。对于空气供应导管232和平台226，可使用类似的布置。在所示的实施例中，联接是通过沟-槽干涉配合的方式实现的，当然，也可使用任何适当的联接机构。
图5示出了与相应的空气供应导管232相对布置并对准的示例性空气回流导管234。在所示的实施例中，空气回流导管234和空气供应导管232采取具有一系列气流孔口436的端部开口的中空矩形导管502、504的形式。导管502、504可有各种尺寸，以适应各种气流要求和/或HVAC系统。例如，可根据应用提供具有足以每分钟消除700立方英尺(CFM)、1000CFM或1200CFM的尺寸的导管502、504。
图6示出了如何使用具有至少一条贯穿其中的气流通道604和位于下游末端的密封端盖606的O型圈型可密封连接器602将两组导管502对接地流体连通以形成完整的空气供应导管232。可使用类似的方法来连接导管504以形成完整的空气回流导管234。
现在请参考图7至图9B，其中示出了可根据本公开的方面使用的多用途栽培托架，该多用途栽培托架一般以附图标记700表示。多用途栽培托架700可配置为用作植物托架，或者用作空气歧管的空气静压箱。
多用途栽培托架700具有限定在其中的纵向延伸的通道702，该纵向延伸的通道702适于可移除并可滑动地接收植物容器800(图8A)或歧管板900(图9A)的实例。多用途栽培托架700具有大致为C形的横截面。所示的多用途栽培托架700包括两个相对的、基本上平行的大致平坦的侧壁704，这些侧壁704被大致平坦的底壁706彼此隔开。侧壁704的内表面708具有相对的纵向延伸的向内突起710，这些突起710形成纵向延伸的导引槽712，这些导引槽712的尺寸使其适于接收植物容器800的周缘802(图8A)，以将植物容器800保持在纵向延伸的通道702内。因此，植物容器800可滑入纵向延伸的通道702中，如图8A所示。典型情况下，一系列植物容器800被接收在通道702中，如图8B所示。
纵向延伸的导引槽712的尺寸还使其能够接收歧管板900的外侧边902。在图9A中示出了这种歧管板900，并且，在所示的实施例中，歧管板900包括主板904，该主板904包括位于其底面上的导引突起906，以助于使其在纵向延伸的通道702内居中。也可使用用于将歧管板固定到多用途栽培托架700上的其他布置方式。每个歧管板900的端部可包括舌-槽卡扣(未示出)，该卡扣的凸端在凹端上滑动，从而形成部分密封并将歧管板900对接地锁定在一起。歧管板900进一步包括两个向上延伸的管嘴908，每个管嘴适于可释放并密封地接收扩散管/减径管910。可通过有选择性地安装具有所需流速的扩散管/减径管910来调节空气流量。如图9A所示，可将一系列歧管板900按照密封的对接关系滑入通道702中，然后可在多用途栽培托架700的一端安装密封构件(未示出)，从而多用途栽培托架700用作空气静压箱，并与歧管板900、管嘴908和扩散管/减径管910配合以形成空气歧管1032，如图9B所示。例如，多用途栽培托架700可在本公开的一方面的空气分配及热量提取系统的一种模块化再循环实施例中使用。
现在请参考图10A和10B，这些附图示出了模块化再循环空气分配及热量提取系统的一个示例性实施例，该系统一般以附图标记1000表示。
模块化空气分配及热量提取系统1000包括支架1024，该支架1024包括机柜1004、联接至机柜1004的纵向延伸的平台1026和联接至机柜1004的纵向延伸的农业照明系统1012。农业照明系统1012可以是任何适当的类型；在所示的实施例中，农业照明系统1012包括多个间隔开的照明吊杆1014，这些照明吊杆1014悬吊在从机柜1004基本上与平台1026平行地延伸的固定臂1010上，平台1026也从机柜1004延伸。例如，照明吊杆1014可以是MetaRailTM或HyperRailTM照明吊杆。一根空气回流导管1034也基本上与平台1026平行地延伸，并且可由固定臂1010直接或间接地支撑。例如，空气回流导管1034可搁置在照明吊杆1014上面。分别由如图9B所示的多用途栽培托架700、歧管板900和扩散管/减径管910的组件形成的两根空气供应导管1032沿着平台1026的长边布置在平台1026的任何一侧。虽然所示的实施例具有两根空气供应导管1032和单根空气回流导管1034，但是其他实施例可具有单根空气供应导管和/或不止两根空气供应导管和/或不止一根空气回流导管。
一根再循环导管1016穿过模块化空气分配及热量提取系统1000的机柜1004，并将空气回流导管1034与空气供应导管1032流体连通地连接。在机柜1004中布置有风扇1018，并且该风扇1018配置为从空气回流导管1034抽吸空气并将该空气供应至空气供应导管1032。因此，风扇1018配置成向空气回流导管1034施加负压，并向空气供应导管1032施加正压。风扇1018优选是变速风扇，以根据配置(例如针对平台1026的不同长度)支持不同的流速。虽然出于示例的目的示出了风扇，但是也可使用任何适当的空气循环机构。在空气回流导管1034与空气供应导管1032之间，在再循环导管1016中布置有冷却盘管1042、再热盘管1044和紫外线消毒灯1046。冷却盘管1042对从空气回流导管1034抽取的空气进行冷却和除湿，若施加的冷却过多，则再热盘管1044可将空气再加热到期望的温度设定点，而紫外线消毒灯1046对可能积聚在冷却盘管1042上的任何冷凝物进行消毒。为了简化说明，未示出某些特征，但是对于本领域技术人员来说，在获悉本公开之后，这些特征在其能力范围之内。例如，可提供恒温控制装置、一个或多个阀门(例如用于控制流过盘管1042、1044的流量以进行负载控制的三通阀)和用于除湿的排水装置。冷却盘管1042和再热盘管1044可以是联接至冷却装置(chiller)、循环泵和压缩流体冷却器(cooler)等部件的循环流体盘管，这些部件可集成到模块化再循环空气分配及热量提取系统1000的机柜1004中，或者可位于其外部。因此，模块化再循环空气分配及热量提取系统1000包括集成的HVAC系统，该HVAC系统包括再循环导管1016、风扇1018、冷却盘管1042、再热盘管1044和可选的紫外线消毒灯1046，所有这些部件都位于模块化再循环空气分配及热量提取系统1000的机柜1004内。除了用于供电和向外部部件循环空调流体的任何外部连接之外，该HVAC系统基本上是自足的。
在一个实施例中，在平台1026上的两个空气供应导管1032之间布置有第三多用途栽培托架700，并且容纳植物1028的多个植物容器800被可滑动地接收在其中，从而植物1028被平台1026承载，如图10B所示。每棵植物1028具有形成植物冠层1002的多片叶子1030。农业照明系统1012设置在植物冠层1002的背侧，并布置成向植物冠层1002的背侧传送农业光线。
空气供应导管1032布置并配置成在植物冠层1002的腹侧施加正气压，而空气回流导管1034布置并配置成在植物冠层1002的背侧施加负气压。通过这种布置，在施加正气压和负气压时，负气压抽吸由植物冠层1002的腹侧的正气压供应的空气，使该空气穿过植物冠层1002并经过植物冠层1002的背侧，以从植物冠层1002抽取热量和湿气。该空气然后通过再循环导管1016再循环，在该再循环导管1016中，空气被冷却盘管1042、再热盘管1044和可选的紫外线消毒灯1046调节，然后返回至空气供应导管1032。
图11示出了模块化再循环空气分配及热量提取系统1000的一种布置形式，其中在平台1026上直接在两根空气供应导管1032之间布置多个独立的植物容器1100，而不采用第三多用途栽培托架700。因此，模块化再循环空气分配及热量提取系统1000与各种植物容器相容。
虽然所示的实施例示出了由平台1026承载的多棵植物1028，但是在其他实施例中，可仅有由支架承载的单棵植物，这棵植物的叶子形成植物冠层。
模块化再循环空气分配及热量提取系统1000的多个实例可分层布置，类似于图3所示的布置形式。
从图10A至11能够看出，多用途栽培托架700(包括形成空气供应导管1032的托架和承载植物1028的托架)与流过空气回流导管1034的气流的方向基本上平行地延伸。
现在请参考图12至17，这些附图示出了模块化再循环空气分配及热量提取系统的另一个示例性实施例，该系统一般以附图标记1200表示。图12至17中所示的模块化再循环空气分配及热量提取系统1200在概念上类似于图10A至11中所示的模块化空气分配及热量提取系统1000，并且可利用图7至9B中所示的相同的多用途栽培托架700、歧管板900和扩散管/减径管910、或者类似的栽培托架、歧管板和扩散管/减径管。因此，一般来说，相似的附图标记表示相应的特征，只是前缀是“12”而不是“10”。图12至17中所示的模块化循环空气分配及热量提取系统1200与图10A至11中所示的模块化空气分配及热量提取系统1000的不同之处在于，图12至17中所示的模块化循环空气分配及热量提取系统1200具有基本上横向于流过空气回流导管1034的气流的方向延伸的多用途栽培托架700和空气供应导管1232。
模块化空气分配及热量提取系统1200包括支架1224。在此实施例中，支架1224包括容纳下文进一步说明的各种部件的机柜1204、联接至机柜1204的纵向延伸的平台1226、以及与平台1226相对并基本上平行地纵向延伸并且也联接至机柜1204的顶板1210。顶板1210是可选的；在替代实施例中，可省略顶板，而空气回流导管1034可兼作顶板。还提供了纵向延伸的农业照明系统1212，该农业照明系统1212可以是任何适当的类型。在所示的实施例中，农业照明系统1212包括悬吊在顶板1210上的多个间隔开的照明吊杆1214，例如MetaRailTM或HyperRailTM照明吊杆。
中空供风静压箱1250在供风静压箱1250的一端与机柜1204的内部流体连通；供风静压箱1250在另一端是封闭的。供风静压箱1250从机柜1204基本上垂直于顶板1210和平台1226并基本上与顶板1210和平台1226毗连地延伸，直到遇到与机柜1204相对的端板1248，并且还结合至平台1226和顶板1210。供风静压箱具有一系列间隔开的供风静压箱出口孔1252，这些出口孔1252向相应的一系列空气供应导管1232馈送空气。空气供应导管1232可使用如上文所述并在图9A和9B中示出的多用途栽培托架700和歧管板900形成，在其远端具有密封构件或端板1254，在其近端具有中空导管联接器1256，该中空导管联接器1256用于将每根空气供应导管1232与供风静压箱1250流体连通地连接。空气供应导管1232搁置在平台1226上。具有多个入口孔1236的空气回流导管1234也与平台1226基本上平行地延伸，并且可由顶板1210(在存在顶板的情况下)或其他结构元件直接或间接支撑。因此，在所示的实施例中，空气回流导管1234与农业照明系统1212分开，并且不由其支撑。虽然所示的实施例示出了单根空气回流导管1234，但是其他实施例可具有不止一根空气回流导管。
由于供风静压箱出口孔1252是间隔开的，因此空气供应导管1232也是沿着平台1226的长度间隔开的。在平台1226上的相邻空气供应导管1232之间可配装多用途栽培托架700，每个多用途栽培托架700具有多个可滑动地或以其他方式接收植物1228的植物容器800，从而植物1228被平台1226承载。每棵植物1228具有形成植物冠层1202的多片叶子1230。农业照明系统1212设置在植物冠层1202的背侧，并布置成向植物冠层1202的背侧传送农业光线。用于形成空气供应导管1232的多用途栽培托架700可具有与用于容纳容器800和植物1228的多用途栽培托架700相同的尺寸，或者可具有不同的尺寸。例如，如图12A所示，用于形成空气供应导管1232的多用途栽培托架700可小于用于容纳容器800和植物1228的多用途栽培托架700，从而为容器800和植物1228提供更多空间。此外，通过为处于幼年(因此更脆弱)发育状态的植物提供较高的空气供应导管和较短的栽培托架，可将幼年植物放置在气流下方，从而几乎没有什么空气吹到幼年植物上。这减少了在植物成熟时将植物从一个生长环境移植/转移到另一个生长环境的需求。
灌溉施肥干管1260在供风静压箱出口孔1252上方沿着供风静压箱1250延伸，并与具有滴水喷头1264的灌溉施肥支管1262流体连通，以向植物1228供应水和养分。
空气分配及热量提取系统1200是一种模块化再循环空气分配及热量提取系统。机柜1204形成将空气回流导管1234与供风静压箱1250流体连通从而与空气供应导管1232流体连通的再循环导管1216。在机柜1204中布置有风扇1218，优选是变速风扇，并且该风扇1218配置为从空气回流导管1234抽吸空气并将该空气供应至空气供应导管1232。风扇1218因此配置成向植物冠层1202的背侧的空气回流导管1234施加负压，并向植物冠层1202的腹侧的空气供应导管1232施加正压。虽然出于示例的目的示出了风扇，但是也可使用任何适当的空气循环机构。在由机柜1204形成的再循环导管1216中布置有冷却盘管1242、再热盘管1244和紫外线消毒灯1246。因此，冷却盘管1242、再热盘管1244和紫外线消毒灯1246布置在空气回流导管1234与空气供应导管1232之间。冷却盘管1242对从空气回流导管1234抽取的空气进行冷却和除湿，若施加的冷却过多，则再热盘管1244可将空气再加热到期望的温度设定点，而紫外线消毒灯1246对冷却盘管1242和可能形成在冷却盘管1242上的任何冷凝物膜进行消毒。因此，空气供应导管1232(经由导管联接器1256和供风静压箱1250)与主动冷却的强制空气的源(机柜1204)流体连通。设有滴水盘1266以排出从冷却盘管1242滴落的冷凝物。冷却盘管1242和再热盘管1244可以是联接至冷却器、循环泵和压缩流体冷却器等部件的循环流体盘管，这些部件之中的一些部件或所有部件可集成到模块化再循环空气分配及热量提取系统1204的机柜1200中，或者可位于其外部。因此，模块化再循环空气分配及热量提取系统1200包括集成的HVAC系统，该HVAC系统包括由机柜1204、风扇1218、冷却盘管1242、再热盘管1244和可选的紫外线消毒灯1246形成的再循环导管1216、以及可选的调节阀和旁通阀，所有这些部件都位于模块化再循环空气分配及热量提取系统1200的机柜1204内。除了用于供电和向外部部件循环空调流体的任何外部连接之外，该HVAC系统基本上是自足的。缠绕在由顶板1210支撑的卷轴1276上的可收缩的遮光帘1274可遮盖与空气供应导管1250相对的开口侧，以限制对人员的紫外线照射，可缩回该遮光帘1274，以便对植物1228进行操作。此外，可提供通入由机柜1204形成的再循环导管1216(或通入供风静压箱1250)的二氧化碳入口1268，以向再循环空气增加二氧化碳，从而促进植物生长。与其他实施例一样，出于简化说明的目的，未示出在获悉了本公开的本领域技术人员的能力范围内的某些特征，但是在多种实施方案中可能存在这些特征。这些特征包括用于环境控制的恒温传感器、二氧化碳传感器或其他传感器、调节阀、旁通阀或其他阀门(例如用于负载控制的三通阀)等。
在图12至17所示的实施例中，根据地点和所需的气流和空气分配目标，歧管板900上的管嘴908可配有不同类型的扩散管/缩径管或喷嘴。在所示的实施例中，植物1228在五侧被端板1248、供风静压箱1250、机柜1204、顶板1210和平台1226封闭，而与供风静压箱1250相对的侧面敞开以提供入口。每个空气供应导管1232上的最远侧的管嘴908(离供风静压箱1250最远的管嘴908)可配有气帘喷嘴1270。气帘喷嘴1270相互配合以在与供风静压箱1250相对的一侧形成气帘，从而有效地封闭植物1228。在一些实施例中，可省略端板，而专用喷嘴可在平台1226的与机柜1204相对的一端提供气帘。内部管嘴908(最远侧的管嘴908与供风静压箱1250之间的管嘴908)可配有适于将空气吹过植物冠层1202的冠层气流喷嘴1272。由于流过每根空气供应导管1232的气流会根据其沿着供风静压箱1250的纵向位置而变化(因为更多空气被排出)，因此气帘喷嘴1270和冠层气流喷嘴1272优选配置成可独立调节，以保持比较一致的气帘气流和流过植物冠层1202的气流。例如，所述喷嘴可以是可调节的，或者可具有可有选择性地密封或打开的端口，例如利用塞子密封或打开。或者，所述喷嘴可具有固定配置，每种配置针对特定位置。或者或另外，可在供风静压箱1250和/或空气供应导管1232内布置挡板或其他气流控制元件。当然，喷嘴的配置取决于端板1248、供风静压箱1250、机柜1204、顶板1210和平台1226的间距及配置、以及期望的气流和分配目标，这在获知了本公开的本领域普通技术人员的能力范围之内。例如，可使用计算流体动力学(CFD)建模。另外，如上文所述，风扇1218优选是可进一步便于流量控制的变速风扇。
在操作中，当风扇1218处于活跃状态时，空气被迫进入供风静压箱1250，然后通过供风静压箱出口孔1252进入空气供应导管1232，该空气供应导管1232向植物冠层1202的腹侧施加正压。同时，风扇还从空气回流导管1234抽吸空气，使该空气经过冷却盘管1242、再热盘管1244和紫外线消毒灯1246，从而向植物冠层1002背侧的空气回流导管1234施加负压。在施加正气压和负气压时，负气压抽吸由植物冠层1202的腹侧的正气压供应的空气，使该空气穿过植物冠层1202并经过植物冠层1202的背侧，以从植物冠层1202抽取热量(例如来自农业照明系统1214)和湿气(基本上来自植物呼吸)。图12、13和17中的虚线示出了示例性气流。使用气帘喷嘴1270在与供风静压箱1250相对的一侧形成气帘可产生封闭的微气候；遮光帘1274仅限制来自农业照明系统1212的紫外线照射，而不需要保持微气候。可沿着平台1276与用于遮光帘1274的卷轴1276相对地布置滴水盘或水槽1278。
模块化再循环空气分配及热量提取系统1200的多个实例可层叠或分层布置，类似于图3所示的布置形式。因此，在一些实施例中，支架1224可包括多个分层的植物冠层，多根分层的空气回流导管布置在相应的植物冠层的背侧，多根空气供应导管布置在相应的植物冠层的腹侧。在这样的实施例中，下层的顶板也可用作相邻上层的平台。每层优选有自己的独立机柜和HVAC系统。
如上文所述，在附图中示出的模块化再循环空气分配及热量提取系统1200具有基本上横向于流过空气回流导管1034的气流的方向延伸的多用途栽培托架700和空气供应导管1232。这种横向布置可便于植物的维护和收获，同时仍然能够通过单个HVAC系统为大量植物提供服务。在缩回遮光帘1274后，技术人员就可沿着平台1226的长度移动，拉出多用途栽培托架700，执行任何必要的步骤，将多用途栽培托架700推回原位，然后转到下一个多用途栽培托架700。
对接地连接一系列导管、提供多种规格的导管以及提供单层或多层导管的能力使所述系统具有根据特定应用进行规模缩放和适应的能力。歧管的位置、间距和尺寸、以及气流速度和冷却配置会取决于植物栽培设施的设计、布局和要求、以及植物的类型。
还能设想到在此说明的系统和方法也可用于水产养殖应用。
虽然示例性实施例示出了一种从植物冠层的腹侧流向植物冠层的背侧的气流相对于地球基本上是垂直的竖向布置形式，但是本公开不限于此，例如，还可设想从植物冠层的腹侧流向植物冠层的背侧的气流相对于地球基本上是水平的布置形式。例如，能够想到在本文中应用的原理可在由前文所述的AgricUltra Advancements Inc.提供并在于2019年3月15日提交的PCT国际专利申请PCT/CA2019/050322中说明的AirBoxTM园艺生产平台系统中用于产生从植物冠层的腹侧流向植物冠层的背侧的基本上水平的气流，该专利申请的启示通过引用结合在此。
在上文中示例性地说明了本发明的一些示例性实施例。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离权利要求的范围的情况下，能够做出各种变化和修改。

Claims (24)

1.一种用于植物冠层的空气分配和热量提取的方法，所述方法包括：
在所述植物冠层的腹侧上施加正气压；和
在所述植物冠层的背侧上施加负气压；
从而所述负气压抽吸由所述植物冠层的所述腹侧上的所述正气压供应的空气穿过所述植物冠层并经过所述植物冠层的所述背侧，以从所述植物冠层抽取热量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热量来自农业照明系统。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述负气压抽吸由所述植物冠层的所述腹侧上的所述正气压供应的空气穿过所述植物冠层并经过所述植物冠层的所述背侧，以从所述植物冠层抽取湿气。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述湿气大致来自植物呼吸。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述正气压是由来自HVAC系统的强制空气引起的。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述强制空气在到达所述植物冠层的所述腹侧之前被主动冷却。
7.根据权利要求6所述的方法，其中若施加的冷却过多，则在冷却之后，所述强制空气被重新加热到期望的温度设定点。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述强制空气在到达所述植物冠层的所述腹侧之前被净化。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述强制空气是环境空气。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述负气压是由向HVAC系统的大量回流入口中抽吸引起的。
11.一种用于植物栽培的空气分配及热量提取系统，包括：
支架；
由所述支架承载的至少一棵植物，所述至少一棵植物具有形成至少一个植物冠层的多片叶子；
至少一根空气供应导管，所述空气供应导管被定位并配置成在所述至少一个植物冠层的腹侧上施加正气压；
至少一根空气回流导管，所述空气回流导管被定位并配置成在所述至少一个植物冠层的背侧上施加负气压；
从而在施加所述正气压和所述负气压时，所述负气压抽吸由所述至少一个植物冠层的所述腹侧上的所述正气压供应的空气穿过所述至少一个植物冠层并经过所述至少一个植物冠层的所述背侧，以从所述至少一个植物冠层抽取热量。
12.根据权利要求11所述的空气分配及热量提取系统，其中在施加所述正气压和所述负气压时，所述负气压抽吸由所述至少一个植物冠层的所述腹侧上的所述正气压供应的空气穿过所述至少一个植物冠层并经过所述至少一个植物冠层的所述背侧，以从所述至少一个植物冠层抽取湿气。
13.根据权利要求12所述的空气分配及热量提取系统，其中所述湿气大致来自植物呼吸。
14.根据权利要求11所述的空气分配及热量提取系统，其中所述至少一根空气供应导管与主动冷却的强制空气的源流体连通地联接。
15.根据权利要求14所述的空气分配及热量提取系统，其中所述至少一根空气回流导管向环境排气。
16.根据权利要求11所述的空气分配及热量提取系统，其中所述支架是建筑地板，并且所述至少一根空气供应导管嵌入在所述建筑地板中。
17.根据权利要求11所述的空气分配及热量提取系统，其中：
所述至少一根空气供应导管与HVAC系统流体连通地联接，并配置成接纳来自所述HVAC系统的处理过的强制空气；并且
所述至少一根空气回流导管与所述HVAC系统流体连通地联接，并且配置成将从所述植物冠层抽取的空气输送到所述HVAC系统的大量回流入口。
18.根据权利要求11所述的空气分配及热量提取系统，其中：
所述空气分配及热量提取系统是模块化再循环空气分配及热量提取系统；并且
所述HVAC系统是集成的HVAC系统，包括再循环管道、空气循环机构、冷却盘管和再热盘管，所有这些部件都位于所述模块化再循环空气分配及热量提取系统的机柜内。
19.根据权利要求11所述的空气分配及热量提取系统，还包括农业照明系统，所述农业照明系统布置在所述植物冠层的背侧上，并配置成向所述植物冠层输送农业光线。
20.根据权利要求13所述的空气分配及热量提取系统，其中所述至少一根空气回流导管由所述农业照明系统承载。
21.根据权利要求13所述的空气分配及热量提取系统，其中所述至少一根空气回流导管是与所述农业照明系统分开的，并且不被其支撑。
22.根据权利要求11所述的空气分配及热量提取系统，其中：
所述支架是分层支架；
所述至少一棵植物包括布置在所述分层支架的层上的多棵植物，由此所述至少一棵植物冠层包括多个分层植物冠层；并且
所述至少一根空气回流导管包括布置在所述植物冠层中相应的植物冠层的背侧上的多根空气回流导管。
23.根据权利要求22所述的空气分配及热量提取系统，其中所述至少一根空气供应导管包括布置在所述植物冠层中相应的植物冠层的腹侧上的多根空气供应导管。
24.基本上如本文所示或所述的任何东西。
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