CN105075732A - 一种节能型密闭式植物栽培装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节能型密闭式植物栽培装置，包括：多层栽培柜体、通风风道和导光单元，其中，多层栽培柜体固定在通风风道的一侧，在多层栽培柜体与通风风道的连接处设置有通风孔，用于实现多层栽培柜体与通风风道之间进行空气交换；导光单元设置在通风风道内部，用来将通风风道外的太阳光通过通风孔反射到多层栽培柜体内部。本发明实施例通过人工光源单元与太阳光组互补合使用，使作物四周受光，提高太阳光利用率；同时可以降低人工光源单元的工作时间，释放热量减少，通过通风风道使植物栽培装置与室外空气进行交换，从而降低装置内部温度，从而使空调***工作的时间减少，降低植物栽培装置的运营成本。

Description

一种节能型密闭式植物栽培装置
技术领域
本发明涉及现代农业技术领域，尤其涉及一种节能型密闭式植物栽培装置。
背景技术
随着现代农业的发展，植物工厂得到广泛应用。植物工厂是可以实现人工调控和工厂化作业的环境设施，可以按照计划和市场需求进行立体式多层周年多茬次生产，所生产的作物周期短、速度快、污染少，从而实现提高单位土地面积的利用率。
闭锁型植物工厂大都采用人工光(荧光灯、LED光源)为作物提供光源，直接导致光源能耗占植物工厂运营电能的60％甚至更多。人工光光源工作时会产生大量热量，为将这些热量排出植物工厂还需要提高空调***的功率，从而给空调***带来负担，进一步提升植物工厂的运营成本。
发明内容
本发明的其中一个目的在于提供一种节能型密闭式植物栽培装置，以解决现有技术中室外太阳光利用率低的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明提出了一种节能型密闭式植物栽培装置，包括：多层栽培柜体和通风风道，其中，
所述多层栽培柜体固定在所述通风风道的一侧，在所述多层栽培柜体与所述通风风道的连接处设置有通风孔，用于实现多层栽培柜体与所述通风风道之间进行空气交换；
所述导光单元设置在所述通风风道内部，用来将所述通风风道外的太阳光通过通风孔反射到所述多层栽培柜体内部。
可选地，还包括导光单元，所述导光单元包括聚光部件、导光管和多个反射部件；其中，
所述导光管第一端与通风风道的顶端固定连接，第二端与通风风道的底端固定连接；
所述聚光部件设置所述导光管的第一端，用于汇聚不同角度的太阳光以形成导入所述导光管的太阳光平行光束；
导光管靠近每个通风孔的位置设置有出光孔；
每个反射部件固定在所述导光管内部的侧壁上，用于将所述太阳光平行光束通过所述出光孔反射至多层栽培柜体内部。
可选地，所述导光单元还包括与通风孔一一对应的多个散光单元，每个散光单元设置在所对应的通风孔的中心位置，且面积小于该通风孔面积，用于将所述反射部件反射的太阳光平行光束发散到多层栽培柜体内部。
可选地，所述多个反射部件在水平面的投影连续，并且相邻两个反射部件在水平面投影不重叠。
可选地，还包括人工光源单元，所述人工光源单元设置在所述多层栽培柜体中每层栽培单元的顶端，用于为作物提供光源。
可选地，所述人工光源单元还包括反射板，所述反射板设置在每层栽培单元与人工光源单元之间，用于从上向下反射所述人工光源单元所产生的光线。
可选地，所述反射板采用亚克力基材与不锈钢粘合而成。
可选地，所述反射板为U型导光槽，用于分散人工光源单元所产生的热量。
可选地，所述通风风道还包括通风开关，所述通风开关设置在通风风道的顶端，用于实现通风风道与多层栽培柜体之间空气交换以人工光源单元所产生的热量及时排出。
本发明实施例一方面通过人工光源单元与太阳光组互补合使用，提高太阳光的使用率，可以降低人工光源单元的工作时间，从而降低植物栽培装置的运营成本；另一方面，人工光源单元工作时间减少，释放热量减少，从而使空调***工作的时间减少，进一步降低运营成本。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种节能型密闭植物栽培装置结构示意图；
附图说明：100-通风风道，101-通风风道侧板，102-通风孔，103-通风开关，200-多层栽培柜体，201-多层栽培柜体侧板，202-每层栽培单元底板，203-营养液栽培槽，204-导光槽，205-反光板座，301-导光管，302-聚光部件，303-反射部件，3031-反射部件第一端，3032-反射部件第二端，304-出光孔，305-散光单元，400-人工光源单元，500-作物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例提供了一种节能型密闭式植物栽培装置，如图1所示，包括：多层栽培柜体200和通风风道100，其中，
多层栽培柜体200固定在通风风道100的一侧，在多层栽培柜体200与通风风道100的连接处设置有通风孔102，用于实现多层栽培柜体200与通风风道100之间进行空气交换；
导光单元设置在通风风道100内部，用来将通风风道100外的太阳光通过通风孔102反射到多层栽培柜体200内部。
可理解的是，多层栽培柜体200包括多个栽培单元。栽培单元上下固定，从而节省空间。
现有技术中，植物栽培装置利用空调***进行空气交换，长时间的工作会提高营业成本。而本发明实施例中利用通风风道实现多层栽培柜体与通风风道之间进行空气交换，从而减少空气***的工作时间，降低能耗。
现有技术中对植物栽培装置的人工光源做了很多相关研究与应用，主要集中在人工光降低能耗、人工光除热和提高人工光利用率。但是，这些技术方案重点研究人工光源节能策略，而没有考虑利用室外太阳光。为此，本发明实施例将太阳光应用植物栽培装置中。可选地，如图1所示，本发明实施例提供的导光单元包括：聚光部件302、导光管301、与通风孔102一一对应的多个散光单元305和与多个散光单元305一一对应的多个反射部件303；其中，
导光管301第一端与通风风道100的顶端固定连接，第二端与通风风道100的底端固定连接；
聚光部件302设置导光管301的第一端，用于汇聚不同角度的太阳光以形成导入导光管301的太阳光平行光束；
每个反射部件303的第一端3031固定在导光管301内部的侧壁上，第二端3032设置为斜面，用于将太阳光平行光束进行分光以形成均匀分布的带状太阳光；
导光管301靠近每个通风孔102的位置设置有出光孔304，该出光孔用于透过带状太阳光；
每个散光单元305设置在所对应的通风孔102的中心位置，且面积小于该通风孔102面积，用于将带状太阳光发散到多层栽培柜体200的每层栽培单元内部。
如图1所示，导光管301顶端与通风风道的顶端固定，并在导光管顶端开口安装有聚光部件302。该聚光部件302一部分设置在通风风道100的外部，可以接收室外太阳光；另一部分设置在导光管301内部，侧面与导光管301完全密封，防止太阳光损失。该聚光部件302将室外来自不同角度的太阳光聚焦后导入到导光管302中。导光管301的反射率可以达到98％，用于减少太阳光多次反射而引起的衰减。
在导光管301内部还设置有多个反射部件303。对于第一个反射部件303，其第一端3031固定在导光管301的内壁上面，第二端3032设置为斜面。该反射部件303与通风孔102位置正对，即反射部件303与通风孔102基本处于同一个水平面内，同时也处于同层栽培单元的顶板与底板形成空间的延伸空间中，这样可以保证反射部件303反射的光线全部反射到同层栽培单元内部，且不会被其他部分遮挡，从而提高太阳能的利用率。该反射部件303的斜面设置在聚光部件302的正下方，多个反射部件在水平面的投影连续，并且相邻两个反射部件在水平面投影不重叠，可以将来自聚光部件302的太阳光平行光束进行分光。本发明实施例中，分光是指一方面反射部件303对光线的方向进行调整，使反射出的太阳光沿水平方向行进到每层栽培单元内部；另一方面对聚焦的太阳光进行宽度调整，以达到为更多作物提供光照的目的。
在导光管301与多层栽培柜体200的连接位置所设置有通风孔102处，还设置有散光单元305。散光单元305与通风孔102一一对应，并且该散光单元305设置在通风孔102的中心位置，面积小于通风孔102的面积。散光单元304与通风孔102周围形成的空隙用于实现该层栽培单元与通风风道100之间的空气交换。当散光单元305接收到来自反射部件303反射来的带状太阳光时，对该带状太阳光进行发散，使发射后的太阳光均匀照射到作物上。
实际应用中，本发明实施例还包括人工光源单元400，人工光源单元400设置在多层栽培柜体200中每层栽培单元的顶端，用于为作物提供光源。可选地，本发明实施例中多层栽培柜体中每层栽培单元的顶部与多个人工光源单元之间设置反光板204。可选地，本发明实施例中，反光板204采用基材与不锈钢粘合而成。其中，基材用于对光线进行漫反射，以使该反光板204反射的光线均匀、柔和。基材可以选用PMMA(PolymethylMethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)光学级亚克力基材。不锈钢采用例如厚度为0.05毫米的超薄不锈钢材料，用于反射人工光源单元所产生的光线，促进光线传播。实际应用中，反光板204的形状还可以设置有“V”型、平面型和半圆形等，本领域技术人员可以根据具有情况进行设定，本发明不作限定。
较优地，该反光板204是开口向下的形状为U型的导光槽204’。该导光槽204’用于将人工光源单元400所产生的光线反射至下方作物500的表面。在该导光槽204’的顶部设置有安装人工光源单元400的安装口。另外不锈钢还具有导热功能，U型导光槽204’表面积相对较大可以快速导热，因此可以将人工光源单元400所产生的热量及时分散到每层栽培单元的空间内。
由于密闭型植物栽培装置往往栽培叶菜类作物，栽培密集导致空间较小传统顶部照明不能够很好将光有效传到每片叶子表面，光能利用率减弱。为此，本发明实施例中，还设置在导光槽座205。该导光槽座205设置在营养液栽培槽203的上方与作物的下方。导光槽205设置为U型，开口向上，用于将来自人工光源单元或者散光单元的光线反射至作物叶片的底部，以实现为作物提供立体光照，从而大幅度提高作物的光合效率，大幅度节约能源。
闭锁型植物栽培装置大都采用人工光(荧光灯、LED光源)为作物提供光源，直接导致光源能耗占植物栽培装置运营电能的60％甚至更多。人工光光源工作时会产生大量热量，为将这些热量排出植物栽培装置还需要提高空调***的功率，从而给空调***带来负担，进一步提升植物栽培装置的运营成本。因此需要对多层栽培柜体内的温度与温度进行调节。通常情况下植物栽培装置通过空调调整其温度与温度，但是空调长时间工作耗能较大。可选地，本发明实施例中还设置有通风开关103。该通风开关103设置在聚光部件302的一侧，当该通风开关103工作时，通风风道100可以与多层栽培柜体200实现空气交换，及时将人工光源单元或者多层栽培柜体200室内所产生的热量排到室外，实现室外冷干空气与室内热温空气充分混合，从而可以降低多层栽培柜体内的温度，降低空调用电负担以及运行能耗。
本发明实施例通过设置导光单元，将室外的太阳光导入到多层栽培柜体中实现太阳光与人工光源单元互补；通过导光槽将人工光源单元所产生的光线反射与散射到侧面和底部，向作物提供多个光源，实现立体补光，可以解决传统光源只从上往下光照的方式的缺陷，大幅度提高光合效率，大幅度节约能源。并且，本发明实施例通过设置通风开关与通风口，实现通风风道与多层栽培柜体之间的空气交换，实现对多层栽培柜体内部降温除湿的目的。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，包括：多层栽培柜体、通风风道和导光单元，其中，
所述多层栽培柜体固定在所述通风风道的一侧，在所述多层栽培柜体与所述通风风道的连接处设置有通风孔，用于实现多层栽培柜体与所述通风风道之间进行空气交换；
所述导光单元设置在所述通风风道内部，用来将所述通风风道外的太阳光通过通风孔反射到所述多层栽培柜体内部。
2.如权利要求1所述的节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，所述导光单元包括聚光部件、导光管和多个反射部件；其中，
所述导光管第一端与通风风道的顶端固定连接，第二端与通风风道的底端固定连接；
所述聚光部件设置所述导光管的第一端，用于汇聚不同角度的太阳光以形成导入所述导光管的太阳光平行光束；
导光管靠近每个通风孔的位置设置有出光孔；
每个反射部件固定在所述导光管内部的侧壁上，用于将所述太阳光平行光束通过所述出光孔反射至多层栽培柜体内部。
3.如权利要求2所述的节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，所述导光单元还包括与通风孔一一对应的多个散光单元，每个散光单元设置在所对应的通风孔的中心位置，且面积小于该通风孔面积，用于将所述反射部件反射的太阳光平行光束发散到多层栽培柜体内部。
4.如权利要求2所述的节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，
所述多个反射部件在水平面的投影连续，并且相邻两个反射部件在水平面投影不重叠。
5.如权利要求1所述的节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，还包括人工光源单元，所述人工光源单元设置在所述多层栽培柜体中每层栽培单元的顶端，用于为作物提供光源。
6.如权利要求5所述的节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，所述人工光源单元还包括反射板，所述反射板设置在每层栽培单元与人工光源单元之间，用于从上向下反射所述人工光源单元所产生的光线。
7.如权利要求6所述的节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，所述反射板采用亚克力基材与不锈钢粘合而成。
8.如权利要求7所述的节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，所述反射板为U型导光槽，用于分散人工光源单元所产生的热量。
9.如权利要求1所述的节能型密闭式植物栽培装置，其特征在于，所述通风风道还包括通风开关，所述通风开关设置在通风风道的顶端，用于实现通风风道与多层栽培柜体之间空气交换以人工光源单元所产生的热量及时排出。
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