[發明專利]一種植物工廠化種植系統及運行方法

在審

• 申請號: 202110223884.7
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112840916A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 畢杰;彭福田;畢研倫
• 申請（專利權）人: 今蜂智慧農業科技（泰安）有限公司
• 主分類號: A01G9/14
• 分類號: A01G9/14;A01G9/18;A01G9/24;A01G9/26;A01G7/04
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 沈小明

1.一種植物工廠化種植系統，其特征在于所述系統由多個獨立的種植單元、連廊和設備組成；其中至少兩個種植單元為一組，組內兩種植單元之間有通風機連通；組內兩單元之間晝夜互換，通過熱泵機組實現晝夜溫差；組與組之間設有連廊，組與組之間不相互連通；

所述的設備包括：

安裝在室外的能源設備：光伏發電機組、變電站、燃氣發電機，以及室外溫度探頭、二氧化碳探頭；燃氣發電機尾氣通過管道和通往各單元的支管進入各種植單元；

安裝在連廊的設備，包括連廊兩端的空氣過濾器、連廊內的配電箱、控制器、熱泵主機系統，以及連廊溫度探頭、連廊二氧化碳探頭；

安裝在每個種植單元的設備有：照明組件、溫度探頭、濕度探頭、二氧化碳探頭、光照探頭、進氣風機、排氣孔；熱泵末端系統；種植單元的主體均為保溫密閉結構，種植單元的門開在連廊一端；

組內兩種植單元之間有通氣機相連，以形成空氣流通；

熱泵主機系統與末端系統通過管道相連，構成熱交換系統，通過閥門切換，使末端系統分別成為冷凝器或蒸發器，從而實現不同種植單元之間的熱交換。

2.根據權利要求1所述的一種植物工廠化種植系統，其特征在于連廊的兩端設有空氣過濾器，連廊內設有升降機、樓梯及其它設備。

3.根據權利要求1所述的一種植物工廠化種植系統，其特征在于所述的系統設置在樓房結構的主體內。

4.利用權利要求1-3任何一項所述系統的運行方法，其特征在于所述方法具體如下：

1)使用人工光源，通過完全可控的光照光譜、時長和光照強度來滿足植物不同生理階段對光照的需求，并且形成可控的晝夜變化和種植周期變化；

2)使用保溫密閉的建筑結構，每個組內的總熱量通過空氣交換和熱交換保持相對穩定，并且通過可控的與外部空氣的交換，在夏季帶走多余熱量或在冬季利用熱源或發電機尾氣補充熱量；

3)相鄰兩種植單元的晝夜互換是在外界的上午時段，一方面可以最大限度使用谷電和光伏發電，盡量少用峰電，同時，所有的管理工作都在自然界的白天完成，工人不需要上夜班；

4)使用控制器根據光伏發電量、谷電時段自動切換電源，谷電階段完全使用電網電力、其它時段優先使用光伏電，光伏電不足時使用燃氣發電補充；

5)利用燃氣發電機的尾氣作為補充二氧化碳，以及冬季熱量的來源；

6)控制器根據室內、外溫度、二氧化碳濃度的變化自動控制室外進風，以排出夏季多余熱量，或在冬季補充熱量，并調節氧氣和二氧化碳濃度；

7)利用熱泵交換熱量，形成低溫區域，以滿足休眠植物的需冷量需求。

5.權利要求1-3任何一項所述系統具體的日周期管理方法，其特征在于所述方法以組內兩個相鄰種植單元的運行方法進行描述，其它組內兩個晝夜相反的種植單元的運行方法相同：

所述組內兩個相鄰的種植單位分別為種植單元一和種植單元二；種植單元一的0-4點是深夜時段，光照為0，溫度為種植作物的夜晚最適溫度，與之對應的種植單元二的時間是12-16點，光照為種植作物的飽合點，溫度為種植作物的白天光合最適溫度，為光合作用最強烈的時段；這個時段通過熱泵機組控制兩個種植單元保持最適溫度，這個時段的外界時間為16-20點，用電策略為光伏+發電過渡為發電為主，其中發電機的尾氣作為種植單元二補充二氧化碳；

種植單元一的4-6點為清晨時段，溫度逐漸上升，為白天的代謝作準備，光照仍為0；與之對應的種植單元二為下午時段16-18點，光照遞減，從光飽合點逐漸降至光補償點再到0，溫度逐漸下降，光合作用逐漸減弱；這個時段是通過兩個種植單元間的通風機交換空氣，從而實現溫度、氧氣、二氧化碳逐漸達到平衡；這個時段的外界時間為20-22點，用電策略為發電機為主；

種植單元一的6-8點為上午時段，光照逐級升高，達到光飽合點，溫度從平衡點上升到種植作物白天的最適溫度；與之對應的種植單元二進入夜晚時段18-20點，光照為0，溫度由平衡點降到種植作物的夜晚最適溫度；這個時段通過熱泵機組將熱量從種植單元二轉移到種植單元一，從而實現種植單元二降溫、種植單元一升溫；這個時段的外界時間為22-24點，用電策略為完全電網電力；

種植單元一的8-15點為白天時段，光照處于最高的光飽合點，溫度保持種植作物的白天最適溫度，與之對應的種植單元二為深夜時段20-3點，光照為0，溫度保持在種植作物的夜晚最適溫度；通過熱泵機組控制兩個種植單元維持最適溫度，這個時段的外界時間為0-7點，是電網電價最低的時段，用電策略是完全電網；

種植單元一的15-16點仍然處于白天光合作用最強烈的時段，與之對應的種植單元二的時間為3-4點，處于深夜時段；這個時段外界時間為7-8點，為平價電時段，用電策略為電網電力+發電，因為這個時段需要用發電機的尾氣為種植單元一補充二氧化碳；

種植單元一的16-18點為下午時段，光照遞減，從光飽合點逐漸降至光補償點再到0，溫度逐漸下降，光合作用逐漸減弱；種植單元二的4-6點為清晨時段，溫度逐漸上升，為白天的代謝作準備，光照仍為0；這個時間靠通風機形成空氣流動，從而實現兩個種植單元溫度、氧氣、二氧化碳的平衡；這個時段的外界時間為8-10點，用電策略為先發電機+電網，光伏發電量上升后變為光伏+發電機；

種植單元一的18-20點已經進入夜晚，光照為0，溫度從平衡點逐漸下降到種植作物的夜晚最適溫度；對應的種植單元二為上午時段6-8點，光照逐級升高至光飽合點，溫度從平衡點上升到最適白天種植作物的最適溫度；這個時段的外界時間為10-12點，光伏發電量到了最大的階段，用電策略為光伏+燃氣發電機；

種植單元一的20-24點為深夜時段，光照為0，溫度維持在種植作物的夜晚最適溫度；與之對應的種植單元二則為白天時段，光照為種植作物的光飽合點，溫度維持在種植作物白天的最適溫度；通過熱泵機組控制兩個種植單元維持最適溫度；這個時段的外界時間為12-16點，為光伏發電量最大的階段，用電策略為光伏+燃氣發電機；

工人的上班從自然界的早上到下午，工作時間覆蓋兩個種植單元的光照時段；

夏季因為墻體導熱、尾氣補充熱量的原因，系統總熱量會增加，這時，可以依靠與外界的空氣交換，帶走多余的熱量，這個動作在外界時間的凌晨2-5點進行，此時外界溫度最低、二氧化碳濃度高，而同時種植單元一的溫度處于最高的狀態；

冬季因為墻體散熱的原因，系統總熱量會減少，通過發電機尾氣補充部分熱量，在此實施例中，發電機補充熱量同時補充二氧化碳的時段主要是外界時間的17-21點，此時種植單元二的模擬時間為13-17點，外界時間7-9點，此時種植單元一的模擬時間為15-17點；如果發電機補充的熱量不能維持總熱量的平衡，則通過與外界的空氣交換補充熱量，在冬季外界時間14-16點是溫度最高的時段，此時種植單元一的模擬時間為22-24點，溫度最低的時段，對種植單元一進行空氣交換。