專利名稱：資源集約利用型植物工廠的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及植物工廠，尤其涉及一種資源集約利用型植物工廠。
背景技術：
植物工廠作為未來的一種重要的果蔬、糧食生產方式，已受到了廣泛的關注，隨著相關技術的不斷進步，業(yè)內從多角度的創(chuàng)新不斷推動著植物工廠的發(fā)展與完善，目前，植物工廠的創(chuàng)新主要包括幾大發(fā)展趨勢，如CN101057550A公告了一種“密閉式完全利用人工光的環(huán)境控制型植物工廠”，主要解決的問題是，利用網絡技術的控制系統(tǒng)，自動調節(jié)植物工廠的溫度、濕度、CO2濃度、光照、風向、風速等；CN1977586A公告了一種“移動式植物工廠”，可以被運輸工具載運至不同地區(qū)進行收成，減省時間成本，方便交流；CN201015317Y公告了“一種植物工廠”，包括門庭、綠化間、苗化間、栽培間等不同功能配套區(qū)，該植物工廠的目的是為了實現農作物生長全過程的人工控制；CN202095336U公告了 “一種密閉式微型植物工廠”，該方案是將現有的植物工廠從整體上進行壓縮，減小體積，以減小植物工廠的占用空間；CN201967457U公告了 “一種家庭植物工廠”，呈柜門箱式結構，結構緊湊，使用方便；CN202127687U公告了一種“透明式家庭植物工廠”，柜體四個側面均由透明材料制成，機械化和自動化程度高，外觀設計精美，改善生活環(huán)境。綜上，上述的植物工廠發(fā)展趨勢，多注重自動化、全年連續(xù)生產和提供綠色蔬菜、占用空間、使用便利性等方面，并未針對降低成本、增加產量進行研發(fā)和改進，而長期以來，由于受到人工光的應用、空氣調節(jié)系統(tǒng)的依賴及結構設備建造等因素制約，使得植物工廠建設及運行費用一直較高，產品成本一直居高難下，難以和傳統(tǒng)栽培模式相競爭，不利于植物工廠的大范圍推廣應用。雖然某些技術在一定程度上起到了節(jié)能的作用，但遠未達到未來大規(guī)模人工光蔬菜生產對成本的要求。上述的制約因素例如包括目前的植物工廠大都是設置若干栽培架，而栽培架上的植物暴露在圍護結構所圍成的整個培育室內，該技術的栽培空間、溫度、CO2利用率都很低，單位面積產量也很難大幅提 高，而為了提高產量，只能加大CO2等資源的輸入，這樣的方案更加增加了生產成本具體的，針對空間因素，為了滿足空氣流動、散熱降溫及人員操作的需要，在布置栽培架時不得不留出較大空隙，浪費了寶貴的栽培面積；針對溫度因素，為控制植物工廠內適宜的溫度，需要采用大功率空氣調節(jié)裝置，大幅增加成本，且室內溫度變化較劇烈，不適宜植物生長；針對CO2因素，為使最上層的植物冠層也能達到較適宜的CO2濃度，往往需要施加大量的CO2，直至充滿整個植物工廠，而CO2的密度大于空氣，一段時間后CO2會逐漸沉積于下方，出現CO2濃度的不均勻，不適宜植物一致生長，同時，植物吸收的CO2也僅限于植物體周邊范圍內，大量未被吸收的CO2在降溫通風時被排放到空氣中，不僅浪費資源，大量的溫室氣體也會對植物工廠外部環(huán)境造成危害
發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明的目的是旨在提高資源利用率的同時大幅度提高單位面積產量，在保持產品優(yōu)秀品質的同時降低產品成本，接近和達到傳統(tǒng)栽培模式下產品的成本，推動植物工廠大范圍的推廣利用。(二)技術方案為實現以上功能，本發(fā)明提供了一種資源集約利用型植物工廠，包括圍護結構，還包括設置在所述圍護結構所圍成的室內的若干植物栽培單元，所述植物栽培單元為封閉式結構。優(yōu)選的，所述若干植物栽培單元排布成不少于一行、一列、一層。優(yōu)選的，所述植物栽培單元內分別具有光源設備，且所述植物栽培單元分別連通氣液共用管路系統(tǒng)。優(yōu)選的，所述植物栽培單元的側壁表面為反光面，其底壁上設有液槽，所述液槽上方鋪設有栽培板。優(yōu)選的，所述栽培板上設有培育孔。優(yōu)選的，所述栽培板和其中一側壁為一體結構。優(yōu)選的，所述栽培板和其中一側壁構成的一體結構設置為多個，且多個所述一體結構并排設置。優(yōu)選的，所述氣液共用管路系統(tǒng)包括主管道，所述主管道上連接有伸入植物栽培單元內的供氣支管，和連通液槽的供液支管。優(yōu)選的，所述供液支管位于供氣支管下方，所述供氣支管上設有多個出氣孔。優(yōu)選的，所述供氣支管和所述供液支管上分別具有向下的折彎部。(三)有益效果本發(fā)明提供的資源集約利用型植物工廠，通過對植物工廠結構上的革新式改進，設置了封閉的植物栽培單元，能夠實現對溫度、光照、CO2等因素的單獨調控，大幅提高了資源利用率，并結合對栽培空間的高利用率，大幅提高了植物單位面積產量，且降低了產品的成本，推動了植物工廠的大范圍推廣應用；進一步的，本發(fā)明的每層植物分別處于封閉獨立的生長空間內，不需要考慮空氣流動、散熱降溫及人員操作等因素對空間的要求，將植物工廠內更多的空間用于作物生產，達到植物栽培空間的最大化；本發(fā)明將CO2分別供給到單獨的植物栽培單元內，有效改善了 CO2在工廠內濃度分配不均的問題，本發(fā)明針對植物栽培單元分別供給CO2,能夠實現對所需CO2量的更精確控制，達到相對的供求平衡，有效避免了通 風降溫帶走大量CO2而造成資源浪費及影響環(huán)境的問題，減少CO2的浪費，極大的提高了生產效率，降低了成本；更進一步的，針對植物栽培單元的小區(qū)域分別供給適溫氣流，能夠更精確的調控各單元內的溫度，不必對整個植物工廠進行溫度調節(jié)，節(jié)約大量電力。


圖1是本發(fā)明的立體結構示意圖；圖2是本發(fā)明植物工廠的植物栽培單元主視圖3是本發(fā)明植物工廠的植物栽培單元側視圖；其中100、圍護結構，200、植物栽培單元，210、側壁，220、液槽，230、栽培板，231、培育孔，300、光源設備，400、氣液共用管路系統(tǒng)，410、主管道，420、供氣支管，421、出氣孔，430、供液支管，440、折彎部。
具體實施例方式如圖1、2、3所示，是本發(fā)明資源集約利用型植物工廠的一具體實施例，下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖1所示的是本發(fā)明植物工廠的立體結構圖，為表達更清楚，拆除了三面圍護墻體，同時僅表示了部分植物栽培單元等結構細節(jié)。該植物工廠包括圍護結構100，優(yōu)選的，將該圍護結構100的內側表面設為反光面，以提高光照利用率，同時，較之現有的慣常設計，該圍護結構100所圍成的腔室無密封性要求，也就是說，本發(fā)明的圍護結構100主要起到圍護作用，而不要求完全密封(能達到相對密封和保溫、防止外部污染的效果即可)，至于所栽培植物與外界的隔絕則主要依靠于設置在圍護結構100所圍成的室內的若干封閉式的植物栽培單元200，植物栽培單元200的封閉式結構是指密閉的腔體，但是該腔體并非絕對密封，即植物栽培單元200與圍護結構100所圍成的腔室之間并非絕對隔絕，一般的，將若干植物栽培單元200排布成不少于一行、一列、一層，以盡可能多的利用空間為原則，例如，可以排布成圖1所不的是貼靠在植物工廠內一側并排布成一行、五列、四層；各植物栽培單兀200內分別獨立設有光源設備300，還分別連通有氣液共用管路系統(tǒng)400，其目的是實現每一個植物栽培單元200都配備相應的資源配置，以形成相對獨立的培植空間，且各個培植空間設置成相對密封狀態(tài)，防止CO2等資源大量泄漏而引起資源浪費、環(huán)境污染等。為更充分達到本發(fā)明的降低成本，提高資源、空間利用率，提高生產量等目的，可以將植物栽培單元設計為圖 2、3所示的結構。具體的，植物栽培單元200的側壁210表面為反光面，其底壁上設有液槽220，液槽220上方鋪設有栽培板230，在栽培板230上設有用于定量栽培植物的培育孔231，植物栽培單元200內設置有光源設備300，用于提供植物所需光照，植物栽培單元200內還設置有氣液共用管路系統(tǒng)400，用于提供CO2、營養(yǎng)液以及適宜溫度的氣體，由于植物栽培單元200的空間遠小于植物工廠的空間，因此，較之慣常的植物工廠，小空間的植物栽培單元200的光源和熱量等資源更容易實現精確控制，尤其是，更精確的資源(光照、溫度、營養(yǎng)液等)控制，可省去利用通風進行降溫的環(huán)節(jié)，進而避免了該環(huán)節(jié)帶出大量CO2而浪費資源、影響外部環(huán)境的問題；而在本發(fā)明中，即使有少量的CO2等漏出植物栽培單元200，也基本都存在于圍護結構內，不會污染到外部環(huán)境。在上述的植物栽培單元200結構中，可將栽培板230和其中一側壁210設置為一體結構，該一體結構為九十度折板，其中的底板作為栽培板230，設置在液槽的上方，其中的豎直板作為兩面都是反光面的側壁210，用于作為植物栽培單元200的一側壁或者用于將植物栽培單元200隔出兩個栽培空間，可根據栽培的需要以及燈具型號等方面的因素，利用設置一個或者并排的多個一體結構將植物栽培單元200分隔出一個或者多個栽培空間，實現資源利用最優(yōu)化，進一步提高實用性，提高生產效率；圖2的植物栽培單元200內設置有兩個并排的一體結構，將植物栽培單元200分隔成了兩個栽培空間。為了既滿足同時為若干植物栽培單元供液供氣，又盡量使管路簡約化，本發(fā)明特殊設計了氣液同用的氣液共用管路系統(tǒng)400，如圖3中示出了該管路系統(tǒng)的優(yōu)選方案，它主要包括主管道410、供氣支管420和供液支管430，主管道410的一端連通用于抽取營養(yǎng)液和CO2等的相應設備以及用于調控溫度的空調等，另一端位于植物工廠內，主管道410上設有若干供氣支管420和供液支管430等分支，每一個植物栽培單元200上都連通有一供氣支管420和一供液支管430，供氣支管420伸入至植物栽培單元200內，供氣支管420上設有多個出氣孔421，用于釋放CO2等適宜溫度的氣體，供液支管430連通液槽220，用于輸送營養(yǎng)液、水等液體資源，優(yōu)選令供液支管430位于供氣支管420下方，且供氣支管420和供液支管430上分別具有類似過門檻的向下的折彎部440 ;當分別或同時通入營養(yǎng)液和CO2氣體時，營養(yǎng)液和CO2氣體同時由主管道410輸送給各支管；以某一個植物栽培單元為例，因營養(yǎng)液和CO2氣體本身的密度等物理特性的差別，氣體經由上方的供氣支管420的出氣孔421通入至植物栽培單元內，而供氣支管420的折彎部440使液體不能自下而上流動，只能自行向下流入供液支管430輸入至液槽220內；液體經由下方的供液支管430輸入至液槽220內，而供液支管430的折彎部440滯留一部分液體形成液封，使得氣體無法通過而只能通過供氣支管420由出氣孔421處釋放。綜上，本發(fā)明的管道系統(tǒng)，將氣體、液體的供給管路簡約為一根主管道和若干·分支管道，極大的節(jié)約了空間，同時又能夠實現氣體、液體的分開單獨供給，不影響實現分別供液、供氣的效果，與若干植物栽培單元相配合，有效提高了生產效率。另外，本發(fā)明能夠針對各植物栽培單元的氣、液、溫度等資源進行精確化的供給，為達到該目的，顯然，可以增添若干成熟的技術方案，例如，可以通過安裝用于測試氣體濃度、環(huán)境溫度等的相應傳感器，或者通過作業(yè)者由手持設備進行人工測試，以獲取相應的參數，進而調整資源供給量，以進一步達到供求平衡，又如，可以在主管道及各支管道上分別設置自動或手動的閥門，通過主控系統(tǒng)或者通過人工操作，控制閥門的開啟狀態(tài)，即時調整資源的供給量。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種資源集約利用型植物工廠，包括圍護結構(100)，其特征在于還包括設置在所述圍護結構(100)所圍成的室內的若干植物栽培單(200)，所述植物栽培單(200)為封閉式結構。
2.根據權利要求1所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述若干植物栽培單(200)排布成不少于一行、一列、一層。
3.根據權利要求1或2所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述植物栽培單(200 )內分別具有光源設備(300 )，且所述植物栽培單(200 )分別連通氣液共用管路系統(tǒng)(400)。
4.根據權利要求3所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述植物栽培單(200)的側壁(210)表面為反光面，其底壁上設有液槽(220)，所述液槽(220)上方鋪設有栽培板(230)。
5.根據權利要求4所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述栽培板(230)上設有培育孔(231)。
6.根據權利要求5所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述栽培板(230)和其中一側壁(210)為一體結構。
7.根據權利要求6所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述栽培板(230)和其中一側壁(210)構成的一體結構設置為多個，且多個所述一體結構并排設置。
8.根據權利要求3所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述氣液共用管路系統(tǒng)(400)包括主管道(410)，所述主管道(410)上連接有伸入植物栽培單(200)內的供氣支管(420 )，和連通液槽(220 )的供液支管(430 )。
9.根據權利要求8所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述供液支管(430)位于供氣支管(420)下方，所述供氣支管(420)上設有多個出氣孔(421)。
10.根據權利要求9所述的資源集約利用型植物工廠，其特征在于所述供氣支管(420 )和所述供液支管(430 )上分別具有向下的折彎部(440 )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種資源集約利用型植物工廠，包括圍護結構，還包括設置在所述圍護結構所圍成的室內的若干植物栽培單元，所述植物栽培單元為封閉式結構，所述植物栽培單元內分別獨立設有光源設備，且所述植物栽培單元分別連通氣液共用管路系統(tǒng)；本發(fā)明提供的資源集約利用型植物工廠，通過對植物工廠結構上的革新式的改進，大幅提高了資源利用率、植物單位面積產量，且降低了產品的成本，推動了植物工廠的大范圍推廣應用。
文檔編號A01G31/02GK103039341SQ201210592579
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者李琨, 楊其長, 劉文科, 程瑞鋒, 魏靈玲, 仝宇欣, 張義, 方慧, 肖平 申請人:中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所