微型植物工厂结构及配套设备设计与实验研究

发布时间：2020-07-25 21:01

【摘要】：现今世界由于人口不断增加,导致全球气候变化、耕地面积日益减少、自然灾害频发、环境污染等问题日益突显。市场对食品的数量和品质要求日益提高,传统农业已不能完全满足人类日益增长的需求。作为设施农业发展最高阶段的植物工厂具有环境污染小、资源利用率高、环境可控性好、产量稳定且品质高等优点,其多层次立体栽培,大规模生产高品质,无污染作物的生产方式是解决上述矛盾的重要途径。本文以植物生长环境为核心,适合家庭使用为原则设计了一台微型植物工厂。按照功能需求对各子系统进行了设计和研究并制成样机。本文主要研究的内容如下:(1)通过功能性分析将植物工厂划分为若干子系统,方便模块化分析设计研究。并根据功能需求详细设计了营养液循环,空气循环,温湿度控制的工作方式及配套设备构成。(2)针对微型植物工厂中的温度环境进行了研究,在优化微型植物工厂保温性能的基础上进行节能分析,计算了温湿度控制部件的功率需求,并通过实验测试了温控部件性能和温控效果。(3)分析了人工光源的需求并进行选型,优化光源布置,并验证光源的适用性。对本设计制作的样机测试样机性能,进行生菜种植实验。同时以光照和温度循环方式为变量对生菜的生长情况进行了研究,总结了一些环境因素与生菜生长因素之间的关系。(4)在经过理论计算的基础上,对营养液循环部件进行了选型。进行了营养液循环实验,探讨了不同温度对营养液各参数的影响,研究了营养液的最佳循环方案,为制定更佳的营养液循环方案提供了基础.(5)对两次栽培实验的数据进行分析,以第一次实验数据建立以生菜叶片叶长宽为基础的总叶面积模型,希望以其预测生菜生长情况。以第二次次实验的数据,建立了以有效积温为变量的作物系数模型,以此模型预测微型植物工厂营养液消耗量。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S316
【图文】：

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农作物受灾面积 18478.1 千公顷，其中绝收 1826.7 千公顷；直接经济损失 3018.7 亿元。传统农业受制于自然环境变化，自然环境变化无常，不适的温湿度、光照等因素极易降低作物产量和品质，影响农作物连续稳定生产[1]。同时农业实际生产中化肥和农药的过量使用时常发生，再加上工业污染，导致水体和土壤中的污染物不断富集，不仅影响植物的生长发育，而且会在植物体内大量积聚，这种环境下生产出来的农产品会严重威胁食用人群的身体健康[2]。当今社会急需要一种高质稳产不受自然环境约束的途径来保证农作物供应，于是设施农业就应运而生了，如图 1.1 从大田到温室，温室的单位面积产量一般是普通大田的 5 到10倍。再而到正在兴起的植物工厂，理论上植物工厂单位面积内产量可达到田间的 40 倍[3]。所以植物工厂是农业的未来发展方向，也是人类文明进步的大势所趋。

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图 1.2 日本千叶大学植物工厂Fig. 1.2 Plant factory of Chiba University，Japan在此领域有多年经验，前校长古在丰树促进了世界植。旗下未来公司植物工厂面积为 1500m2，10 层立体棵一百克重的生菜。每棵生菜售价约合 20 元人名币负盈亏。内植物工厂领域也发展迅速。北京农机所建造了的占厂，在需要利用阳光的区域使用钢化玻璃便于光线透板以减少与外界的热量交换。该植物工厂的控制系统，并具有催芽室、育苗室和生长室等完备的植物工厂、育苗和生产，并采用太阳能光伏发电系统降低能耗[2东寿光、辽宁沈阳、广东珠海和江苏南京等地也相继工光型植物工厂和太阳光型植物工厂[24]。中国农业大

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物工厂应运而生。日本在微型植博会大阪馆中展出了一种高度机 LED 灯和荧光灯的多层架式，栽培架的机构。通过这些机构，栽培架位置。2012 年，日本千庭植物工厂，该产品是超微型的中环易达制成了我国第一台微环球科技股份有限公司研制了 1 号”和“紫罗兰”进行实验，采得了较好的效果[30]。但设计仍

【参考文献】