CN114080940A - 集装箱绿色节能立体种植智能装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，涉及植物工厂技术领域。包括集装箱主体，所述集装箱主体前后两端铰接设置门扇，顶部开设玻璃天窗，所述门扇上设置热回收新风换气装置，所述玻璃天窗两侧设置太阳能补光装置，所述集装箱主体内部设置传送装置和种植组件，所述传送装置用于带动所述种植组件循环移动。本发明提供的集装箱绿色节能立体种植智能装备平台，通过设置链条式立体环形自动化循环的传送装置，带动种植组件沿着连续闭合曲线循环移动，使得植物接受到顶部的光照，设置玻璃天窗结合太阳能补光装置，对植物进行补光，降低了设备的投资成本、提高空间利用率和产能，最终实现低能耗、高单产、低成本的目标。

Description

集装箱绿色节能立体种植智能装备
技术领域
本发明涉及植物工厂技术领域，具体涉及集装箱绿色节能立体种植智能装备。
背景技术
植物工厂是采用高精度环境控制的智能技术，给植物创造最适宜生产的人工环境，是目前最先进的农业栽培技术，具有超高的农业生产率。作物生长周期大大缩短，比如生菜、菜心等20天就能收获，一年可种植15―20茬，单产高达0.2―0.5kg/m2/d，比传统农业单产提高数十甚至数百倍。通过立体栽培方式，大大提升空间利用率和单位面积产能，充分利用城市楼顶、平台等空间，缩短运输成本，可有效解决本地低碳足迹食品供给问题。另外，植物光合作用吸收二氧化碳，是减缓气候变化的主要途径之一。森林、耕地面积日益减少，高楼大厦拔地而起，单产高、占地少、不受土地性质影响的垂直农业具有重要的减碳增产作用。
虽然植物工厂无论是对“菜篮子”工程，还是对“碳中和”来讲，都有着举足轻重的作用。然而中国的大型植物工厂基本属于全人工光型，普遍存在前期投入大，运营成本高等问题，难以推入市场。前期投入大主要集中在两方面，一是传统植物工厂大多采用垂直多层结构，需要每层布置一定数量的led灯，Led灯数量多，价格贵，占比30％左右；二是栽培系统机械化、自动化程度低、厂内运转人工成本高。运营成本居高不下主要体现在两方面，一是LED灯耗能占比25―30％；二是环境控制耗能成本占比30％左右，植物工厂属于密闭空间，多采用制冷系统控制环境温湿度，因其生长需要碳源，排除废气，除菌消毒，进行室内室外空气交换，新风负荷高，占空调总负荷的50％以上，且回新风温差大，新风引进植物工厂后，造成植物工厂内局部温度变化大，不利植物生长。当前，国内外大多数空调新风热回收系统(简称ERV)的综合热回收效率仅在20％―30％左右，能源利用效率低。另外，LED灯达到使用寿命的灯件废弃物若处置不当容易造成污染，这也增加了环境保护的成本。综上所述，普通的植物工厂受限于能耗大，运作成本高，难以推广。
发明内容
本发明主要目的在提供一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，以解决现有技术存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，包括集装箱主体和智能控制系统；
所述集装箱主体前后两端铰接设置门扇，顶部开设玻璃天窗，所述门扇上设置热回收新风换气装置，所述玻璃天窗两侧设置太阳能补光装置，所述集装箱主体内部设置传送装置、种植组件和营养液加注装置，所述传送装置用于带动所述种植组件循环移动；
所述智能控制系统包括控制器，所述控制器分别与所述热回收新风换气装置、太阳能补光装置、传送装置和营养液加注装置电连接。
进一步的，所述太阳能补光装置包括太阳能电池板、蓄电池和植物生长灯，所述蓄电池分别与太阳能电池板和植物生长灯电连接，所述太阳能电池板固定设置于所述集装箱主体顶部两侧，所述植物生长灯设置于所述集装箱主体内部。
进一步的，所述玻璃天窗通过天窗支柱安装于所述集装箱主体顶部，所述植物生长灯设置若干条，均匀布置于所述天窗支柱底部。
进一步的，所述传送装置包括链条、链轮和驱动组件，所述链轮通过转轴与集装箱主体内壁连接，所述链条上固定设置悬挂器，所述链轮上设有与所述悬挂器匹配的凹槽，所述链条由驱动组件驱动，所述链条数量为两条，分别设置于所述集装箱主体内腔两侧，所述种植组件挂装于两个所述链条之间。
进一步的，所述驱动组件包括电机、推杆和顶升块，所述电机的输出端与所述推杆底部连接，所述顶升块设置于所述推杆顶部，所述顶升块与所述悬挂器间歇式接触连接。
进一步的，所述集装箱主体内壁上固定设置链条支撑板和链轮支撑板，所述链条支撑板上设置滑槽，所述悬挂器通过滑槽与所述链条支撑板滑动连接，所述链轮支撑板上设置固定座，所述固定座通过轴承与所述转轴连接。
进一步的，所述种植组件为种植槽和/或水培槽，所述种植组件通过悬挂片设置于两个相对应的悬挂器之间。
进一步的，还包括营养液加注装置，所述营养液加注装置包括储液箱、水管和蠕动泵，所述蠕动泵设置于所述储液箱内，所述水管与所述蠕动泵连通。
进一步的，所述水管包括浇水管、营养液管和排水管，所述储液箱内设置隔板，一侧为储水腔，另一侧为营养液腔，所述浇水管与所述储水腔连通，所述营养液管与所述营养液腔连通，所述浇水管和营养液管出口均设置于所述种植组件顶部，所述排水管一端设置于所述储水腔内，另一端设置于所述集装箱主体外侧。
进一步的，所述热回收新风换气装置包括外壳、三维变结构高效热回收器、室外新风入口、室外排风出口、室内新风出口和室内排风入口，所述外壳固定设置于所述门扇上，所述三维变结构高效热回收器设置于所述外壳内部，所述室外新风入口与所述三维变结构高效热回收器之间设置光触媒空气净化器，所述三维变结构高效热回收器与所述室内新风出口之间设置新风风机，所述室内排风入口与所述三维变结构高效热回收器之间设置粗效过滤器，所述三维变结构高效热回收器与所述室外排风出口之间设置排风风机，所述室外新风入口处还设置防虫网罩。
与现有技术相比，本发明提供的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备具有以下有益效果：
通过设置链条式立体环形自动化循环的传送装置，带动种植组件沿着连续闭合曲线循环移动，使得每个种植组件内的植物都可以接受到顶部的光照，并结合太阳能补光装置，对栽培的植物进行补光，大大降低了设备的投资成本、提高了空间利用率和产能，实现种植作业分区管理，大大降低病虫害发生几率，可以减少农药的使用，对于减碳、节约能源，提质增效目标起到重要作用，
通过设置热回收新风换气装置，利用光触媒空气净化器对外部进入的新风进行智能杀菌消毒，利用三维变结构高效热回收器对新风加热，对排风的热能进行回收，最终实现低能耗、高单产、低成本的集装箱种植智能装备平台。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明内部结构示意图。
图3为本发明外部结构示意图。
图4为本发明集装箱主体内部结构示意图。
图5为本发明链条支撑板结构示意图。
图6为本发明固定座与转轴连接结构示意图。
图7为本发明传送装置结构示意图。
图8为本发明A处局部放大图。
图9为本发明驱动组件结构示意图。
图10为本发明营养液加注装置结构示意图。
图11为本发明热回收新风换气装置结构示意图。
图12为本发明热回收新风换气装置与门扇连接处结构示意图。
其中，1-集装箱主体，11-门扇，12-玻璃天窗，13-链条支撑板，14-链轮支撑板，15-滑槽，16-固定座，2-太阳能补光装置，21-太阳能电池板，3-传送装置，31-链条，32-链轮，33-转轴，34-悬挂器，35-凹槽，4-种植组件，5-驱动组件，51-电机，52-推杆，53-顶升块，6-营养液加注装置，61-储液箱，62-浇水管，63-营养液管，64-排水管，7-热回收新风换气装置，71-外壳，72-三维变结构高效热回收器，73-室外新风入口，74-室外排风出口，75-室内新风出口，76室内排风入口，77-新风风机，78-排风风机，8-光触媒空气净化器，9-粗效过滤器，10-防虫网罩。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
结合图1至图12，本发明提供一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，包括集装箱主体1和智能控制系统，所述集装箱主体1前后两端铰接设置门扇11，顶部开设玻璃天窗12，所述门扇11上设置热回收新风换气装置7，所述玻璃天窗12两侧设置太阳能补光装置2，所述集装箱主体1内部设置传送装置3和种植组件4，所述传送装置3用于带动所述种植组件4循环移动；所述智能控制系统包括控制器，所述控制器分别与所述热回收新风换气装置7、太阳能补光装置2、传送装置3和营养液加注装置6电连接。智能控制系统还包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器和工业相机，均设置于集装箱主体1内部，通过各种传感器对作物环境进行监控，通过工业相机对作物进行拍照，查看其生长情况，控制器根据数据情况分别控制热回收新风换气装置7、太阳能补光装置2、传送装置3和营养液加注装置6进行工作。本实施例中，作物为“脆叶绿”蔬菜，设定“脆叶绿”生菜温、湿、风、水肥等环控条件，进行新植物工厂装备模式下最适环控条件下“脆叶绿”连续生产试验。通过对目标作物进行光合作用参数，PH、EC、水流、溶解氧等营养液指标及作物株重、幅宽、株高等生态指标的连续监测，分析不同环控参数、作物生长参数下对“脆叶绿”生菜产量品质的影响，筛选此模式下经济最优“脆叶绿”生菜环控、生长耦合模型组合，建立此系统下“脆叶绿”生菜生产技术规范，并作为模型，从而量化植物工厂生产的过程，获得较优决策策略。对综合环境调控、环境条件和植物生产进行综合决策与调控，减少生产过程中产生的能源消耗，提高能源的使用效率，最终实现箱式植物工厂生产管理的智能化。
优选的，所述太阳能补光装置2包括太阳能电池板21、蓄电池和植物生长灯，所述蓄电池分别与太阳能电池板21和植物生长灯电连接，所述太阳能电池板21固定设置于所述集装箱主体1顶部两侧，所述植物生长灯设置于所述集装箱主体1内部。本实施例中，集装箱主体1顶部四周配置380W的太阳能电池板10块，供部分补光灯使用。
所述玻璃天窗12通过天窗支柱安装于所述集装箱主体1顶部，所述植物生长灯数量为19条，均匀布置于所述天窗支柱底部，顶部开窗可以利用自然光。本实施例中，植物生长灯为LED灯，通过将新能源人工补光和自然光集于一体，大大降低LED灯的使用数量，从而减少灯及其散发热量带来的环控能耗，节约能源，降低种植成本，使得该智能装备平台具有极高的工业应用价值。集装箱主体1内部采用高反射材料涂层，可以提高光能利用率，根据集装箱主体1内部光环境及作物生长光需求配置LED灯的数量、位置、光谱配比等。根据作物生长需求，集装箱主体1内部温度于为18～30℃，湿度在50～100％。
优选的，所述传送装置3包括链条31、链轮32和驱动组件5，所述链轮32通过转轴33与集装箱主体1内壁连接，所述链条31上固定设置悬挂器34，所述链轮32上设有与所述悬挂器34匹配的凹槽35，所述链条31由驱动组件5驱动，所述链条31数量为两条，分别设置于所述集装箱主体1内腔两侧，所述种植组件4挂装于两个所述链条31之间。所述驱动组件5包括电机51、推杆52和顶升块53，所述电机51的输出端与所述推杆52底部连接，所述顶升块53设置于所述推杆52顶部，所述顶升块53与所述悬挂器34间歇式接触连接。电机51外侧罩设电机罩。所述集装箱主体1内壁上固定设置链条支撑板13和链轮支撑板14，所述链条支撑板13上设置滑槽，所述悬挂器34通过滑槽与所述链条支撑板13滑动连接，所述链轮支撑板14上设置固定座，所述固定座通过轴承与所述转轴33连接。所述种植组件4为种植槽和/或水培槽，所述种植组件4通过悬挂片设置于两个相对应的悬挂器34之间。
本实施例中，将链条31、链轮32相结合用于传送种植槽，种植槽可以沿着连续闭合曲线循环移动，作物随种植槽的输送到达集装箱主体1的顶部接受光照，减少LED灯使用，大大降低了设备的投资成本、提高空间利用率和产能，实现种植作业分区管理，大大降低病虫害发生几率，减少农药的使用，对于减碳、节约能源，对提质增效目标起到重要作用，有望实现设备的大规模普及。
优选的，还包括营养液加注装置6，所述营养液加注装置6包括储液箱61、水管和蠕动泵，所述蠕动泵设置于所述储液箱61内，所述水管与蠕动泵连通。所述水管包括浇水管62、营养液管63和排水管64，所述储液箱61内设置隔板，一侧为储水腔，另一侧为营养液腔，所述浇水管62与所述储水腔连通，所述营养液管63与所述营养液腔连通，所述浇水管62和营养液管63出口均设置于所述种植组件4顶部，可以对集装箱主体1最上部的种植组件4内的作物进行浇水并加注营养液，所述排水管64一端设置于所述储水腔内，另一端设置于所述集装箱主体1外侧。
优选的，所述热回收新风换气装置包括外壳71、三维变结构高效热回收器72、室外新风入口73、室外排风出口74、室内新风出口75和室内排风入口76，所述外壳71固定设置于所述门扇11上，所述三维变结构高效热回收器72设置于所述外壳71内部，所述室外新风入口73与所述三维变结构高效热回收器72之间设置光触媒空气净化器8，所述三维变结构高效热回收器72与所述室内新风出口75之间设置新风风机77，所述室内排风入口76与所述三维变结构高效热回收器72之间设置粗效过滤器9，所述三维变结构高效热回收器72与所述室外排风出口74之间设置排风风机78，所述室外新风入口73处还设置防虫网罩10。
在室外新风入口73处设置防虫网罩10，防止昆虫蚊蝇进入，新风经过防虫网罩10后，光触媒空气净化器8对其进行净化，可以彻底消杀细菌病毒，一次性清除效率达到99％以上，随后进入三维变结构高效热回收器72，新风在三维变结构高效热回收器72内部换热后，经新风风机77加压后从室内新风出口75进入集装箱主体1内部，排风从室内排风入口76进入外壳71内，经粗效过滤器9过滤后进入三维变结构高效热回收器72，三维变结构高效热回收器72将排风的热能回收，随后排风经排风风机78加压后从室外排风出口74排出。
通过初过滤防止昆虫蚊蝇进入，采用光触媒除菌毒净化技术对和三维高效纯逆流热回收低碳技术进行技术集成优化创新，创新性地开发出适用于集装箱、厂房等场所高效热回收系统，给农业生产健康舒适环境带来新血脉。在室温条件下，彻底消杀细菌病毒，一次性清除效率达到99％以上；有效过滤PM2.5颗粒，将富含二氧化碳的室外气体经杀菌消毒后输送至室内进行固碳代谢，室内氧气输送至室外。采用以分布式各自独立运行的智能低碳热回收系统，采用颠覆性设计的三维高效热回收技术可提升200-300％总传热系数，只需付出6％-8％的能量去回收50％～70％，即可使智能模块化分动力空调低碳新风系统综合热回收率可达30％-60％，比之当前6％-10％市场热回收率可提高3-4倍，实现低能耗运行。同时使得集装箱植物工厂室内回风和室外新风在智能杀菌毒模块化新风系统内部换热后，夏季回新风温差小于3℃，冬季回新风温差小于5℃，维持农作物的生长温度处于在合适的范围内。
工作原理：链条式立体环形自动化循环的传送装置3，可以带动种植组件4沿着连续闭合曲线循环移动，使得每个种植组件4内的植物都可以接受到顶部的光照，结合新能源补光系统，即太阳能补光装置2，对栽培的植物进行补光，大大降低了设备的投资成本、提高空间利用率和产能，实现种植作业分区管理，大大降低病虫害发生几率，减少农药的使用，对于减碳、节约能源，对提质增效目标起到重要作用，并搭载热回收新风换气装置7，其包括光触媒空气净化器8和三维变结构高效热回收器72，可以对外部进入的新风进行智能杀菌消毒，并对排风的热能进行回收，最终实现集成低能耗、高单产、低成本的集装箱种植智能装备平台。
本项目开发混合光型链条式环形立体栽培系统，搭载智能杀菌毒模块化低碳节能高效热回收系统、结合先进的气流组织三维高效纯逆流热回收器，开展低能耗、高单产、低成本的集装箱立体种植自动智能装备研究，已成为加快垂直农业发展及减碳、节能的迫切需要，将太阳能电池板、链条式环形立体栽培系统、三维高效纯逆流热回收低碳技术和空气除菌毒净化技术应用于集装箱植物工厂，可极大满足现代垂直农业的新需求，为降低植物工厂低碳节能提供新的思路。集成链条式立体环形自动化循环生产系统，结合新能源补光系统，搭载智能杀菌消毒模块化、低碳节能高效热回收系统、超薄铝合金三维高效管制作的低碳纯逆流热回收器的混合光型集装箱植物工厂，实现节能35％以上、低能耗、高单产、低成本的集装箱绿色低碳植物工厂智能装备并示范应用。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，包括集装箱主体和智能控制系统；
所述集装箱主体前后两端铰接设置门扇，顶部开设玻璃天窗，所述门扇上设置热回收新风换气装置，所述玻璃天窗两侧设置太阳能补光装置，所述集装箱主体内部设置传送装置、种植组件和营养液加注装置，所述传送装置用于带动所述种植组件循环移动；
所述智能控制系统包括控制器，所述控制器分别与所述热回收新风换气装置、太阳能补光装置、传送装置和营养液加注装置电连接。
2.如权利要求1所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，所述太阳能补光装置包括太阳能电池板、蓄电池和植物生长灯，所述蓄电池分别与太阳能电池板和植物生长灯电连接，所述太阳能电池板固定设置于所述集装箱主体顶部两侧，所述植物生长灯设置于所述集装箱主体内部。
3.如权利要求2所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，所述玻璃天窗通过天窗支柱安装于所述集装箱主体顶部，所述植物生长灯设置若干条，均匀布置于所述天窗支柱底部。
4.如权利要求1所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，所述传送装置包括链条、链轮和驱动组件，所述链轮通过转轴与集装箱主体内壁连接，所述链条上固定设置悬挂器，所述链轮上设有与所述悬挂器匹配的凹槽，所述链条由驱动组件驱动，所述链条数量为两条，分别设置于所述集装箱主体内腔两侧，所述种植组件挂装于两个所述链条之间。
5.如权利要求4所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，所述驱动组件包括电机、推杆和顶升块，所述电机的输出端与所述推杆底部连接，所述顶升块设置于所述推杆顶部，所述顶升块与所述悬挂器间歇式接触连接。
6.如权利要求4所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，所述集装箱主体内壁上固定设置链条支撑板和链轮支撑板，所述链条支撑板上设置滑槽，所述悬挂器通过滑槽与所述链条支撑板滑动连接，所述链轮支撑板上设置固定座，所述固定座通过轴承与所述转轴连接。
7.如权利要求4所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，所述种植组件为种植槽和/或水培槽，所述种植组件通过悬挂片设置于两个相对应的悬挂器之间。
8.如权利要求1所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，所述营养液加注装置包括储液箱、水管和蠕动泵，所述蠕动泵设置于所述储液箱内，所述水管与所述蠕动泵连通。
9.如权利要求8所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，所述水管包括浇水管、营养液管和排水管，所述储液箱内设置隔板，一侧为储水腔，另一侧为营养液腔，所述浇水管与所述储水腔连通，所述营养液管与所述营养液腔连通，所述浇水管和营养液管出口均设置于所述种植组件顶部，所述排水管一端设置于所述储水腔内，另一端设置于所述集装箱主体外侧。
10.如权利要求1所述的一种集装箱绿色节能立体种植智能装备，其特征在于，所述热回收新风换气装置包括外壳、三维变结构高效热回收器、室外新风入口、室外排风出口、室内新风出口和室内排风入口，所述外壳固定设置于所述门扇上，所述三维变结构高效热回收器设置于所述外壳内部，所述室外新风入口与所述三维变结构高效热回收器之间设置光触媒空气净化器，所述三维变结构高效热回收器与所述室内新风出口之间设置新风风机，所述室内排风入口与所述三维变结构高效热回收器之间设置粗效过滤器，所述三维变结构高效热回收器与所述室外排风出口之间设置排风风机，所述室外新风入口处还设置防虫网罩。
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