CN115067123B - 一种集装箱植物工厂的环境控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于集装箱植物工厂领域，并具体公开了一种集装箱植物工厂的环境控制方法及系统，该系统包括补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备、制冷设备、温度传感器、计时器以及控制器，该方法通过补光灯散热回路使补光灯所散发热量传递至集装箱外，以降低集装箱内热负荷，从而降低制冷设备的能耗；一方面，制冷设备预先关闭使系统初始能耗处于低值；另一方面，对集装箱内部温度高于植物生长所需温度上限和低于植物生长所需温度下限的情况，结合集装箱外的环境温度条件，分别实施高温控制流程和低温控制流程，以进行针对性的精细控制，优先启用能耗低的设备，从而能提高效率，降低能耗。

Description

一种集装箱植物工厂的环境控制方法及系统

技术领域

本发明属于植物工厂技术领域，更具体地，涉及一种集装箱植物工厂的环境控制方法及系统。

背景技术

植物工厂，广义的讲是指植物栽培系统，全部或部分控制植物生长所需的环境条件，使其生长完全或部分不受自然环境的影响的一整套系统。它的主要特点是种植空间封闭，由人工光全面代替太阳光，各生产要素全面精准化控制，整个过程如同在工厂生产线上进行，从而使产品具有精细化、均质化和丰产性的特点。

集装箱植物工厂将所需的光、温、水、气、肥集中在小型箱体内，因而具备方便移动的特性，特别适用于不具备种植条件地区的外业群体使用。然而，现有技术中的集装箱植物工厂普遍存在能耗大的问题，限制了集装箱植物工厂的推广使用，主要能耗便在于环境控制系统。其主要原因是：在集装箱植物工厂培养植物过程中，代替太阳光的补光灯在提供光照的同时向集装箱内散发热量，由于集装箱为封闭空间且容积小，补光灯所散发的热量若不及时传递出集装箱外，将使集装箱内空气升温，一方面可能使集装箱内空气温度高于植物生长所需的温度，另一方面，若集装箱内空气温度高于植物所需生长温度，需要开启空调降温，而补光灯持续散发的热量增加了空调的热负荷，因此增加了空调能耗，实际使用时发现，空调能耗大为集装箱植物工厂环境控制系统能耗大的重要原因之一；并且，集装箱植物工厂一般会采用空气交换设备使集装箱内外空气进行交换，以为集装箱内提供植物生长所需的新鲜空气，在此过程中，引入的新鲜空气对集装箱内温度会产生影响；另一方面，集装箱箱体也存在热量传递，使集装箱内温度受外界高温或低温影响；现有技术中的温度调节过程往往未将补光灯散热量以及集装箱外高温或低温的影响进行精细考虑，未做到集装箱内温度的精准调节，因此导致环境控制效率低，能耗大。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需对集装箱植物工厂及其环境控制方法进行进一步的改进，以解决现有技术中的集装箱植物工厂能耗大的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种集装箱植物工厂的环境控制方法及系统，将补光灯所散发的热量及时传递至集装箱外，并针对集装箱外高温和低温对集装箱内空气温度的影响进行精准控制，相应的可有效解决现有技术中的集装箱植物工厂能耗大的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提出了一种集装箱植物工厂的环境控制方法，该方法包括以下步骤：

S1：开启补光灯并开始记录补光灯运行时长，同时开启补光灯散热回路，以使补光灯散发的热量能够向集装箱外部传递；

S2：开启或者关闭制冷设备和空气交换设备，具体的，可以向集装箱内引入新鲜空气，并将集装箱内的污浊空气向外排出，同时，制冷设备的关闭使系统初始能耗处于低值；

S3：间隔采集集装箱的内部空气温度，并判断所述内部空气温度是否在设定温度下限和设定温度上限之间，若是转步骤S6，若否执行步骤S4；

S4：判断所述内部空气温度是否高于设定温度上限，若是则实施高温控制流程，并在集装箱的内部空气温度稳定后转步骤S3，若否执行步骤S5；

S5：判断所述内部空气温度是否低于设定温度下限，若是则实施低温控制流程，并在集装箱的内部空气温度稳定后转步骤S3，若否执行步骤S6；

S6：读取所述补光灯运行时长，并判断所述补光灯运行时长是否达到设定运行时长，若否转步骤S3，若是则实施无光控制流程或停止种植。

通过以上构思，一方面，针对植物工厂的环境控制系统中制冷设备能耗高的特点，利用补光灯散热回路使补光灯所散发热量传递至集装箱外，以降低集装箱内热负荷，从而降低制冷设备的能耗；另一方面，将制冷设备预先关闭，使系统初始能耗处于低值；再一方面，对集装箱内部空气温度高于植物生长所需温度上限和低于植物生长所需温度下限的情况，分别实施高温控制流程和低温控制流程，以进行针对性的精细控制，优先启用能耗低的设备，以降低系统能耗。

优选的，在实施该环境控制方法时，选取每天中与所述设定运行时长对应的集装箱外部空气温度尽可能低的时间段运行补光灯；一方面，利于向集装箱外传递热量，进一步降低集装箱内热负荷以降低制冷设备能耗；另一方面，在同样散热量的情况下，补光灯散热回路所需功率降低，因此利于降低补光灯散热回路能耗；再一方面，在同样换热量的情况下，空气交换设备所需换气量降低，因此利于降低空气交换热备能耗；又一方面，制冷设备在低温环境下的工作效率优于在高温环境下的工作效率，实现能耗优化。

优选的，步骤S4中所述高温控制流程是指：采集集装箱的外部空气温度并将所述外部空气温度与集装箱的内部空气温度对比，若所述外部空气温度低于所述内部空气温度，则制冷设备保持关闭，并提高空气交换设备空气交换速度，增加引入的外部空气量以使集装箱内空气降温；若所述外部空气温度高于或等于所述内部空气温度，则关闭空气交换设备，并开启制冷设备以使集装箱内空气降温；采用该方案，优先运行空气交换设备，利用外部空气对内部空气进行降温，由于空气交换设备能耗远远低于制冷设备能耗，因此能够使系统能耗降低。

优选的，步骤S5中所述低温控制流程是指：制冷设备保持关闭，并关闭空气交换设备，所述补光灯散热回路流体流速保持不变或降低；该方案下，集装箱的内部空气温度在补光灯的作用下升高至设定温度下限以上，在此过程中，制冷设备和空气交换设备均不耗能，因此能够有效降低系统能耗；并且，在降低补光灯散热回路流体流速时能够减少向集装箱外散发的热量，以加快集装箱内部空气的升温速度，并使补光灯散热回路能耗降低，实现进一步节能。

优选的，在需要进行二氧化碳增益生产时，所述步骤S2为关闭制冷设备并关闭空气交换设备，在步骤S3至步骤S6中使空气交换设备保持关闭；步骤S4中所述高温控制流程是指制冷设备开启以使集装箱内空气降温，且步骤S5中所述低温控制流程是指制冷设备保持关闭，并降低所述补光灯散热回路流体流速；在需要进行二氧化碳增益生产时，空气交换设备保持关闭，以使集装箱内二氧化碳浓度升高。

优选的，步骤S6中所述无光控制流程包括以下步骤：

S61：关闭补光灯和补光灯散热回路并开始记录补光灯关闭时长，并关闭制冷设备和空气交换设备；

S62：间隔采集集装箱的内部空气温度，并判断所述内部空气温度是否在设定温度下限和设定温度上限之间，若是转步骤S65，若否执行步骤S63；

S63：判断所述内部空气温度是否高于设定温度上限，若是则实施无光高温控制流程，并在集装箱的内部空气温度稳定后转步骤S62，若否执行步骤S64；

S64：判断所述内部空气温度是否低于设定温度下限，若是则实施无光低温控制流程，并在集装箱的内部空气温度稳定后转步骤S62，若否执行步骤S65；

S65：读取所述补光灯关闭时长，并判断所述补光灯关闭时长是否达到设定关闭时长，若否转步骤S62，若是转步骤S1并结束所述无光控制流程；

该方案在无光模式下，即模拟植物夜间生长的情况下，先关闭制冷设备和空气交换设备，以降低能耗，同时对集装箱内部温度高于植物生长所需温度上限和低于植物生长所需温度下限的情况，分别进行精细控制，优先启用能耗低的设备，以降低系统能耗。

优选的，步骤S63中所述无光高温控制流程是指：采集集装箱的外部空气温度并将所述外部空气温度与集装箱的内部空气温度对比，若所述外部空气温度低于所述内部空气温度，则开启空气交换设备；若所述外部空气温度高于或等于所述内部空气温度，则开启制冷设备以使集装箱内空气降温；该方案优先运行能耗小的空气交换设备，以降低能耗。

优选的，步骤S64中所述无光低温控制流程是指：采集集装箱的外部空气温度并将所述外部空气温度与集装箱的内部空气温度对比，若所述外部空气温度高于所述内部空气温度，则开启空气交换设备以使集装箱内空气升温；若所述外部空气温度低于或等于所述内部空气温度，则逐步开启部分补光灯以使集装箱内空气升温；该方案优先运行空气交换设备，由于空气交换设备的能耗低于补光灯的能耗，因此能够使系统能耗降低。

优选的，在所述集装箱内分设育苗区和生长区，所述育苗区用于完成从种子到中苗的生长过程，所述生长区用于完成从中苗到大苗的生长过程，所述育苗区和生长区同时培育，并分别设有补光灯；在所述育苗区的种子发芽前，步骤S1中开启的补光灯仅为所述生长区的补光灯，步骤S1和S6中所述的补光灯运行时长为所述生长区的补光灯的运行时长；在所述育苗区的种子发芽后，步骤S1中开启的补光灯为集装箱内的所有所述补光灯，步骤S1和S6中所述的补光灯运行时长为所有所述补光灯的运行时长；通过该方案，利用种子在发芽过程中无需光照的特点，进一步降低系统能耗。

优选的，在步骤S1中还包括开启空气内循环，以使集装箱内部空气温度分布均匀，提高温度采集的准确性，从而提高控制精度，利于能耗的降低。

按照本发明的另一方面，提供了一种集装箱植物工厂的环境控制系统，该系统包括补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备、制冷设备、温度传感器、计时器以及控制器；

所述补光灯组包括布置在集装箱内的若干补光灯，每个所述补光灯分别设有开关，以使所述补光灯能够单独开启或关闭，也能够同时开启或关闭；

所述补光灯散热回路包括吸热端和散热端，以及连接吸热端和散热端以形成回路并传递热量的传热组件，所述吸热端靠近所述补光灯组，所述散热端靠近集装箱壁；所述补光灯散热回路用于吸收补光灯散发的热量并将该热量传递至集装箱外；

所述空气交换设备安装于集装箱箱体并连通集装箱内外，用于集装箱内外空气交换；

所述制冷设备安装于集装箱箱体，用于制冷以对集装箱内部降温；

所述温度传感器固定于集装箱箱体并在集装箱内外分别固定若干个，用于测量集装箱的内部空气温度和外部空气温度，并将测量结果传递给控制器；

所述计时器用于记录补光灯运行时长和补光灯关闭时长，并将记录结果传递给控制器；

所述控制器与所述补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备、制冷设备、温度传感器以及计时器电信号连接，所述控制器用于接收并分析所述温度传感器的测量结果和所述计时器的记录结果，并对补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备以及制冷设备实施控制。

优选的，所述补光灯散热回路包括水冷块作为吸热端、散热器作为散热端，所述补光灯散热回路的传热组件包括水箱、水泵、水管、第一开关件和循环液；所述水冷块在靠近每个所述补光灯处设置一个，且水冷块内部形成有水道；所述散热器、水箱和水泵均安装于集装箱箱体；所述散热器包括若干散热片，且所述散热片均紧贴集装箱的内壁或外壁；所述水管将所述散热器、水箱、水泵、第一开关件以及水冷块的水道相连以形成回路，所述循环液在该回路中流动；所述控制器与所述第一开关件电信号连接，以实现控制器与所述补光灯散热回路的连接。

优选的，所述环境控制系统还包括设置于集装箱内的内循环风设备，所述控制器还与所述内循环风设备电信号连接，以对所述内循环风设备实施控制。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本方案针对植物工厂的制冷设备能耗高的特点，通过补光灯散热回路使补光灯所散发热量传递至集装箱外，以降低集装箱内热负荷，从而降低制冷设备的能耗；另一方面，制冷设备预先关闭使系统初始能耗处于低值；再一方面，针对集装箱内部空气温度过高和过低的情况分别实施高温控制流程和低温控制流程，优先启用能耗低的设备，实现提高效率，降低系统能耗。

2.通过在无光控制流程下，对集装箱内部温度高于植物生长所需温度上限和低于植物生长所需温度下限的情况，也分别进行精细控制，优先启用能耗低的设备，降低系统能耗。

3.通过选取设定运行时长对应的外部空气温度尽可能低的时间段运行补光灯，以使利于补光灯散热回路向集装箱外传递热量，一方面，进一步降低集装箱内热负荷以低制冷设备的能耗；另一方面，能够降低补光灯散热回路和空气交换设备的能耗，实现系统能耗的进一步降低。

4.通过分设育苗区和生长区，利用种子在发芽过程中无需光照的特点，进一步降低系统能耗。

附图说明

图1是本发明实施例一的无需二氧化碳增益生产的流程示意图；

图2是本发明实施例二的需要二氧化碳增益生产的流程示意图；

图3是本发明实施例的补光灯散热回路布置示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：水箱1，水泵2，水管3，集装箱4，散热器5，水冷块6，第一开关件7，第二开关件31，水道61。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

二氧化碳增益生产是指在补光灯开启的情况下，提高集装箱内二氧化碳浓度，以加快植物在光合作用下生成有机物的速度，进而实现增产；因此，在进行二氧化碳增益生产时需要使空气交换设备关闭，以防止集装箱内的二氧化碳被稀释；在无需进行二氧化碳增益生产时，空气交换设备可以开启。

下面通过实施例一和实施例二，分别针对无需进行二氧化碳增益生产和需要进行二氧化碳增益生产的情况进行说明。

实施例一

本发明实施例一提供的环境控制系统包括补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备、制冷设备、温度传感器、计时器以及控制器；

补光灯组包括布置在集装箱4内的若干补光灯，每个补光灯分别设有开关，以使补光灯能够单独开启或关闭，也能够同时开启或关闭；

补光灯散热回路包括吸热端和散热端，以及连接吸热端和散热端以形成回路并传递热量的传热组件，补光灯散热回路的吸热端靠近补光灯组，散热端靠近集装箱壁；补光灯散热回路用于吸收补光灯散发的热量并将该热量传递至集装箱4外；

空气交换设备安装于集装箱4箱体并连通集装箱内外，用于集装箱4内外空气交换；

制冷设备安装于集装箱4箱体，用于制冷以对集装箱4内部降温；

温度传感器固定于集装箱4箱体并在集装箱4内外分别固定若干个，用于测量集装箱4内部空气温度和外部空气温度，并将测量结果传递给控制器；

计时器用于记录补光灯运行时长和补光灯关闭时长，并将记录结果传递给控制器；

控制器与补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备、制冷设备、温度传感器以及计时器电信号连接，控制器用于接收并分析温度传感器的测量结果和计时器的记录结果，并对补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备以及制冷设备实施控制。

下面将针对各部件逐一进行更为具体的说明。

如图3中所示，补光灯散热回路包括水冷块6作为吸热端、散热器5作为散热端，补光灯散热回路的传热组件包括水箱1、水泵2、水管3、第一开关件7和循环液。

实施例一中，在集装箱4内分设育苗区和生长区，育苗区用于完成从种子到中苗的生长过程，生长区用于完成从中苗到大苗的生长过程，育苗区和生长区同时培育，并分别设有补光灯以对育苗区和生长区对应地补光；具体的，集装箱4内放置有带多层隔层的植物架，本实施例中，植物架设有两层隔层，下层隔层为育苗区，上层隔层为生长区，植物在育苗区完成育苗后，移植入生长区，同时，育苗区播种并开始新一轮育苗；当然，育苗区和生长区隔层的数量不仅限为本实施例中的各一层，具体数量可以依据植物架的隔层层数以及植物在不同阶段的生长规律选取；此外，植物架的数量也不仅限为一个，可以依据集装箱4和植物生长架的大小选取，比如，在集装箱4的箱体内部左右两侧各布置一个植物生长架，两个植物生长架之间留出人行通道。

实施例一中，补光灯由上至下设置有两个，分别用于为植物架的上层隔层（即生长区）和下层隔层（即育苗区）补光，两个补光灯均固定在植物架上；在一些实施例中，补光灯在植物架的每层隔层设置多个，该数量可以依据植物架的尺寸和补光灯的光照范围选取。

水冷块6在每个补光灯处设置一个，并靠近补光灯的灯管，且水冷块6内部形成有水道61；如图3中所示，水冷块6由上至下设置有两个，分别对应于两个补光灯，两个水冷块6的水道61在补光灯散热回路中并联；采用并联设置，使两个水冷块6的水道61相互独立，可以单独接通，也可以同时接通，并且，在其中一个水冷块6的水道61堵塞或故障时，对另一个水冷块6的水道61不产生影响；在一些实施例中，水冷块6依据补光灯的数量设置多个，比如三个以上，多个水冷块6的水道61在补光灯散热回路中并联，也可以串联。

水冷块6由热导率高的材料制成，在一些实施例中，可以为金属材质，比如铜、铝等，本实施例中水冷块6优选为铜块；实施例一中，水冷块6位于各补光灯灯管背部，以在吸热的同时不影响补光灯对植物的光照，并通过螺栓可拆卸固定于所靠近的植物架；在一些实施例中，水冷块6还可以采用吊架悬吊于、或支架支撑于各层植物架；在另一些实施例中，水冷块6还可以固定于各补光灯的灯罩。

散热器5、水箱1和水泵2均安装于集装箱4的箱体上。

散热器5包括若干散热片，且散热片紧贴集装箱4的内壁或外壁，本实施例中，散热片紧贴集装箱4的内壁；本实施例的散热片具有大表面积、且循环液由比热容大的液体组成，均以提高换热速率。

实施例一中，水箱1和水泵2布置在集装箱4底部，并由螺栓可拆卸固定于集装箱4的底板；水箱1和水泵2可以设置在植物架下方，以节约空间。

水管3将散热器5、水箱1、水泵2、第一开关件7以及水冷块6内部的水道61相连以形成回路，其中，水管3通过两条支路实现将两个水冷块6的水道61并联，循环液在该回路中流动；具体的，水管3沿集装箱4的箱体布置，并利用支架或吊架支撑或悬吊于集装箱4的箱体以固定；水管3与散热器5的进水口和出水口、水箱1、水泵2、以及第一开关件7均采用法兰或螺栓连接；并且，水冷块6在水道61的进出口处设置内螺纹，管道3相应地设置外螺纹以与水冷块6的内螺纹连接，以实现管道3与水道61相连；进一步地，在管道3的与每个水道61相连的支路上分别设置有第二开关件31，各支路的第二开关件31可以单独开启或关闭，以分别接通或断开相应水冷块6的水道61，各支路的第二开关件31也可以同时开启或关闭，以将所有水冷块6的水道61接入回路中；更进一步的，控制器与每个第二开关件31电信号连接，以控制每个第二开关件31的开启和关闭；第二开关件31可以为各种电动阀，比如各种电动球阀、电动蝶阀或电动闸阀。

实施例一中，控制器与第一开关件7电信号连接，以实现控制器与补光灯散热回路的连接，用以控制补光灯散热回路的循环液的流量；具体的，第一开关件7可以为各种电动阀，比如各种电动球阀、电动蝶阀或电动闸阀。

实施例一中，空气交换设备为新风机，在一些实施例中，还可以为换气扇。

实施例一中，制冷设备为空调。

实施例一中，该环境控制系统还包括内循环风设备，控制器还与内循环风设备电信号连接；本实施例中，内循环风设备为内循环风扇。

下面将介绍本发明实施例一提出的集装箱植物工厂的环境控制方法；在实施控制前，先设定补光灯的设定运行时长和设定关闭时长，并设定集装箱内部空气温度的设定温度下限和设定温度上限；设定运行时长是指设定的使植物接收光照进行光照作用的时长；设定关闭时长是指设定的不实施光照而使植物进行呼吸作用的时长；设定温度下限和设定温度上限分别指集装箱内植物生长所需温度范围的最低值和最高值。

如图1中所示，无需进行二氧化碳增益生产时，本发明的集装箱植物工厂的环境控制方法包括以下步骤：

S1：开启补光灯并开始记录补光灯运行时长，同时开启补光灯散热回路，以使补光灯所散发热量能够向集装箱4外部传递；

S2：关闭制冷设备并开启空气交换设备；

S3：间隔采集集装箱4的内部空气温度，并判断内部空气温度是否在设定温度下限和设定温度上限之间，若是转步骤S6，若否执行步骤S4；

S4：判断内部空气温度是否高于设定温度上限，若是则实施高温控制流程，并在集装箱4的内部空气温度稳定后转步骤S3，若否执行步骤S5；

S5：判断内部空气温度是否低于设定温度下限，若是则实施低温控制流程，并在集装箱4的内部空气温度稳定后转步骤S3，若否执行步骤S6；

S6：读取补光灯运行时长，并判断补光灯运行时长是否达到设定运行时长，若否转步骤S3，若是则实施无光控制流程或停止种植。

在实施该环境控制方法时，选取每天中与设定运行时长对应的集装箱外部空气温度尽可能低的时间段运行补光灯。光照时间控制逻辑有两种模式，一种为自主设定型，该种模式由设定者自主确定补光灯的设定运行时长；一种为机器设定型，该种模式由控制器经过计算确定补光灯的设定运行时长；机器设定型需获取本地环境温度参数数据，根据本地环境温度，选取外界温度最低的时间段作为光照时间运行补光灯；设定运行时长根据对植物的生长速度要求选定，一般在8-12小时内浮动，如选取快速生长，则选择长时间光照模式；本地环境温度参数数据可以通过天气预报查询历史数据、预测数据，也可以通过检测集装箱外部空气温度数据值计算而来。

下面将对各步骤逐一进行更为具体的说明。

步骤S1和步骤S6中的补光灯运行时长是指从步骤S1中开启补光灯到步骤S6中读取时所经历的时长。需要说明的是，针对实施例一而言，在下层隔层（即育苗区）的种子发芽前，步骤S1中仅开启上层补光灯（即生长区的补光灯），下层补光灯（即育苗区的补光灯）不开启，以利用种子在发芽过程中无需光照的特点，进一步降低系统能耗；在该种情况下，步骤S6中读取的补光灯运行时长为上层补光灯（即生长区的补光灯）的运行时长；在下层隔层（即育苗区）的种子发芽后，步骤S1中开启的补光灯为集装箱内的所有补光灯（即包括育苗区的补光灯和生长区的补光灯），步骤S1和S6中的补光灯运行时长为所有开启的补光灯的运行时长。

进一步地，本实施例中，由于每个水冷块6的水道61在补光灯散热回路中并联，因此，对于未开启的补光灯，该补光灯对应的水冷块6的水道61可以不接通，具体地，可以通过关闭该水道61所在的支路上的第二开关件31实现；对于开启的补光灯，该补光灯对应的水冷块6的水道61接通，具体地，将该水道61所在的支路上的第二开关件31打开。

在实施例一中，步骤S1还包括开启空气内循环；具体的，开启内循环风扇，以使集装箱4内空气流动。

在实施例一中，步骤S4中所述的高温控制流程是指：采集集装箱4的外部空气温度并将外部空气温度与集装箱4的内部空气温度对比，若外部空气温度低于内部空气温度，则关闭制冷设备，并提高空气交换设备空气交换速度，增加引入的外部空气量以使集装箱4内空气降温；若外部空气温度高于或等于集装箱4的内部空气温度，则关闭空气交换设备，开启制冷设备以使集装箱4内空气降温，该种控制方式可以应用在夏季外部环境温度高的情况下；具体地，集装箱4的内部空气温度和外部空气温度分别通过温度传感器测量，温度传感器将测量的信息传递给控制器，控制器接收温度传感器的测量结果并进行分析，并相应地对空气交换设备或制冷设备实施控制。

在实施例一中，步骤S5中所述低温控制流程是指：制冷设备保持关闭，并关闭空气交换设备，补光灯散热回路流体流速保持不变或降低；该步骤中，补光灯散热回路流体流速的控制通过控制器控制回路中的第一开关件7实现。

在步骤S4的高温控制流程或步骤S5的低温控制流程实施后，判断集装箱的内部空气温度稳定的标准为：内部空气温度连续10分钟波动在0.5摄氏度以内。

在实施例一中，步骤S6中所述无光控制流程包括以下步骤：

S61：关闭补光灯和补光灯散热回路并开始记录补光灯关闭时长，并关闭制冷设备和空气交换设备；实施时，制冷设备的关闭优先于空气交换设备的关闭；

S62：间隔采集集装箱4的内部空气温度，并判断内部空气温度是否在设定温度下限和设定温度上限之间，若是转步骤S65，若否执行步骤S63；

S63：判断内部空气温度是否高于设定温度上限，若是则实施无光高温控制流程，并在集装箱4的内部空气温度稳定后转步骤S62，若否执行步骤S64；具体的，无光高温控制流程是指：采集集装箱4的外部空气温度并将外部空气温度与集装箱4的内部空气温度对比，若外部空气温度低于内部空气温度，则开启空气交换设备；若外部空气温度高于或等于内部空气温度，则开启制冷设备；

S64：判断内部空气温度是否低于设定温度下限，若是则实施无光低温控制流程，并在集装箱4的内部空气温度稳定后转步骤S62，若否执行步骤S65；具体地，无光低温控制流程是指：采集集装箱4的外部空气温度并将外部空气温度与集装箱4的内部空气温度对比，若外部空气温度高于内部空气温度，则开启空气交换设备以使集装箱4内空气升温；若外部空气温度低于或等于内部空气温度，则逐步开启部分补光灯以使集装箱4内空气升温，需要说明的是，在下层隔层（即育苗区）的种子发芽前，优先开启上层补光灯（即生长区的补光灯），在下层隔层（即育苗区）的种子发芽后，补光灯的开启顺序不做具体限制。

S65：读取补光灯关闭时长，并判断补光灯关闭时长是否达到设定关闭时长，若否转步骤S62，若是转步骤S1并结束无光控制流程；具体地，补光灯关闭时长是指从步骤S61中关闭补光灯并开始无光控制流程到步骤S65中读取时所经历的时长。

本实施例中，还针对集装箱植物工厂进行湿度控制，具体是指，当集装箱4内空气湿度超出设定的湿度上限时，启动除湿机。

实施例二

在实施例二中，环境控制系统的各装置及布置与实施例一中相同。

如图2中所示，在需要进行二氧化碳增益生产时，本发明实施例二的集装箱植物工厂的环境控制方法包括以下步骤：

S1：开启补光灯并开始记录补光灯运行时长，同时开启补光灯散热回路；

S2：关闭制冷设备和空气交换设备；

S3：间隔采集集装箱4的内部空气温度，并判断内部空气温度是否在设定温度下限和设定温度上限之间，若是转步骤S6，若否执行步骤S4；

S4：判断内部空气温度是否高于设定温度上限，若是则实施高温控制流程，并在集装箱4的内部空气温度稳定后转步骤S3，若否执行步骤S5；具体地，在实施例二中，需要进行二氧化碳增益生产，因此，高温控制流程是指开启制冷设备，同时空气交换设备保持关闭；

S5：判断内部空气温度是否低于设定温度下限，若是则实施低温控制流程，且制冷设备保持关闭，并在集装箱4的内部空气温度稳定后转步骤S3，若否执行步骤S6；在实施例二中，需要进行二氧化碳增益生产，因此，低温控制流程是指制冷设备保持关闭，并降低补光灯散热回路流体流速，同时空气交换设备保持关闭；

S6：读取补光灯运行时长，并判断补光灯运行时长是否达到设定运行时长，若否转步骤S3，若是则实施无光控制流程或停止种植；本发明实施例二的无光控制流程与实施例一中相同。

以上例子用于对本发明的集装箱植物工厂的环境控制方法及系统进行示例性说明，不构成对本发明保护范围的限制。

综上，按照本发明的集装箱植物工厂的环境控制方法及系统通过补光灯散热回路使补光灯所散发热量传递至集装箱外，以降低集装箱内热负荷，从而降低制冷设备的能耗；另一方面，制冷设备预先关闭使系统初始能耗处于低值；再一方面，对集装箱内部空气温度高于植物生长所需温度上限和低于植物生长所需温度下限的情况，分别实施高温控制流程和低温控制流程，优先启用能耗低的设备，以降低能耗；再一方面，通过选取设定运行时长对应的外部空气温度尽可能低的时间段运行补光灯，以进一步系统优化能耗；该方式大大降低了集装箱植物工厂的能耗，因而尤其适用于集装箱植物工厂的应用场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集装箱植物工厂的环境控制系统，其特征在于，包括补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备、制冷设备、温度传感器、计时器以及控制器，其中，

补光灯组包括布置在集装箱（4）内的若干补光灯，每个所述补光灯分别设有开关，补光灯用于补光以及在外部空气温度低于或等于内部空气温度时，使集装箱（4）内空气升温，

补光灯散热回路包括吸热端和散热端，以及连接吸热端和散热端以形成回路并传递热量的传热组件，吸热端靠近补光灯组，散热端靠近集装箱壁；

空气交换设备安装于集装箱箱体并连通集装箱（4）内外，用于集装箱（4）内外空气交换；

制冷设备安装于集装箱箱体，用于制冷以对集装箱（4）内部降温；

温度传感器固定于集装箱箱体并在集装箱（4）内外分别设置有若干个，用于测量集装箱（4）的内部空气温度和外部空气温度，并将测量结果传递给控制器；

计时器用于记录补光灯运行时长和补光灯关闭时长，并将记录结果传递给控制器；

控制器与补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备、制冷设备、温度传感器以及计时器分别电连接，用于接收并分析温度传感器的测量结果和计时器的记录结果，还用于根据时间和温度信号对补光灯组、补光灯散热回路、空气交换设备以及制冷设备实施控制，

补光灯散热回路包括作为吸热端的水冷块（6）、作为散热端的散热器（5），补光灯散热回路的传热组件包括水箱（1）、水泵（2）、水管（3）、第一开关件（7）和循环液；

水冷块（6）在靠近每个所述补光灯处设置一个，且水冷块（6）内部形成有水道（61）；散热器（5）、水箱（1）和水泵（2）均安装于集装箱（4）箱体上；散热器（5）包括若干紧贴集装箱（4）内壁或外壁散热片；水管（3）将所述散热器（5）、水箱（1）、水泵（2）、第一开关件（7）以及水冷块（6）的水道（61）连通以形成循环回路，循环液被容置在该循环回路中以能沿该循环回路流动；控制器与第一开关件（7）之间电连接，以实现控制器对补光灯散热回路的控制。

2.一种集装箱植物工厂的环境控制方法，其特征在于，其采用如权利要求1所述的一种集装箱植物工厂的环境控制系统，其包括以下步骤：

S1：开启补光灯并开始记录补光灯运行时长，同时开启补光灯散热回路，以使补光灯散发的热量能够向集装箱（4）外部传递；

S2：开启或者关闭制冷设备和空气交换设备；

S3：间隔采集集装箱（4）的内部空气温度，并判断所述内部空气温度是否在设定温度下限和设定温度上限之间，若是转步骤S6，若否执行步骤S4；

S4：判断所述内部空气温度是否高于设定温度上限，若是则实施高温控制流程，并在集装箱（4）的内部空气温度稳定后转步骤S3，若否执行步骤S5；

S5：判断所述内部空气温度是否低于设定温度下限，若是则实施低温控制流程，并在集装箱（4）的内部空气温度稳定后转步骤S3，若否执行步骤S6；

步骤S5中所述低温控制流程是指：制冷设备保持关闭，并关闭空气交换设备，补光灯散热回路流体流速保持不变或降低，

S6：读取所述补光灯运行时长，并判断所述补光灯运行时长是否达到设定运行时长，若否转步骤S3，若是则实施无光控制流程或停止种植，

步骤S6中所述无光控制流程包括以下步骤：

S61：关闭补光灯和补光灯散热回路并开始记录补光灯关闭时长，且关闭制冷设备和空气交换设备；

S62：间隔采集集装箱（4）的内部空气温度，并判断所述内部空气温度是否在设定温度下限和设定温度上限之间，若是转步骤S65，若否执行步骤S63；

S63：判断所述内部空气温度是否高于设定温度上限，若是则实施无光高温控制流程，并在集装箱（4）的内部空气温度稳定后转步骤S62，若否执行步骤S64；

S64：判断所述内部空气温度是否低于设定温度下限，若是则实施无光低温控制流程，并在集装箱（4）的内部空气温度稳定后转步骤S62，若否执行步骤S65；

S65：读取所述补光灯关闭时长，并判断所述补光灯关闭时长是否达到设定关闭时长，若否转步骤S62，若是转步骤S1并结束所述无光控制流程，

步骤S63中所述无光高温控制流程是指：采集集装箱（4）的外部空气温度并将所述外部空气温度与集装箱（4）的内部空气温度对比，若所述外部空气温度低于所述内部空气温度，则开启空气交换设备；若所述外部空气温度高于或等于所述内部空气温度，则开启制冷设备；

步骤S64中所述无光低温控制流程是指：采集集装箱（4）的外部空气温度并将所述外部空气温度与集装箱（4）的内部空气温度对比，若所述外部空气温度高于所述内部空气温度，则开启空气交换设备；若所述外部空气温度低于或等于所述内部空气温度，则逐步开启部分补光灯。

3.如权利要求2所述的环境控制方法，其特征在于，在实施该环境控制方法时，选取每天中与设定运行时长对应的集装箱外部空气温度尽可能低的时间段运行补光灯。

4.如权利要求3所述的环境控制方法，其特征在于，步骤S4中所述高温控制流程是指：采集集装箱（4）的外部空气温度并将所述外部空气温度与集装箱（4）的内部空气温度对比，若所述外部空气温度低于所述内部空气温度，则制冷设备保持关闭，并提高空气交换设备空气交换速度；若所述外部空气温度高于或等于所述内部空气温度，则关闭空气交换设备，并开启制冷设备以使集装箱（4）内空气降温。

5.如权利要求3所述的环境控制方法，其特征在于，在需要进行二氧化碳增益生产时，所述步骤S2为关闭制冷设备并关闭空气交换设备，在步骤S3至步骤S6中使空气交换设备保持关闭；步骤S4中所述高温控制流程是指开启制冷设备，且步骤S5中所述低温控制流程是指制冷设备保持关闭，并降低所述补光灯散热回路流体流速。

6.如权利要求2-5中任一所述的环境控制方法，其特征在于，在所述集装箱（4）内分设育苗区和生长区，所述育苗区用于完成从种子到中苗的生长过程，所述生长区用于完成从中苗到大苗的生长过程，所述育苗区和生长区同时培育，并分别设有补光灯；在所述育苗区的种子发芽前，步骤S1中开启的补光灯仅为所述生长区的补光灯，步骤S1和S6中所述的补光灯运行时长为所述生长区的补光灯的运行时长；在所述育苗区的种子发芽后，步骤S1中开启的补光灯为集装箱（4）内的所有所述补光灯，步骤S1和S6中所述的补光灯运行时长为所有所述补光灯的运行时长。

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