植物工厂光照及温度调控

植物工厂光照和温度调控植物工厂是在高精度环境控制的关闭或半关闭生长空间内进行植物周年生产的系统。

在系统内需要为对象作物供给适合的生长环境。

这些环境因子包含：光照（光强、光质和光照时数）、温度、湿度、 CO2 浓度、风速以及营养液的 pH、 EC、肥料成分、溶氧量、液温、流速等。

对植物工厂进行环境优化控制，最根本的是要明确作物光合作用、产物累积、转流分派、发育和呼吸等生理过程与环境因子之间的关系，综合考虑各环境因子的复合作用成效，选择运行成本低、成效好的调控手段进行优化控制，以达到理想的控制成效。

这里，主要对植物工厂的光照、温度调理作要点介绍。

光环境调控技术光照是作物生命活动的能量源泉，又是某些作物达成生命周期的重要信息。

不论是弱光、短日照或强光、长日照都可能成为某些作物生长、发育的限制因子。

所以，对植物工厂内的光照环境进行调理控制是十分必需的。

光照环境的调理，是依据作物的种类及生育阶段，经过必定的举措，调理光照条件，创建优秀的光照环境，以提升作物的光合效率。

补光调理光合补光在高纬度地域或连阴天，造成光强和光照时数不足，或整体作物拥有较高的光照强度要求时，进行光合补光是必需的。

利用人工光源增补照明是卓有成效的方法。

当前使用的人工光源仅限于电光源一种，往常使用高压钠灯（ HID）进行补光。

因为成本太高，大面积应用还难以做到，但在蔬菜育苗工厂中应用则较为经济且能育出壮苗。

光周期补光关于光周期敏感的作物，特别是在光周期的临界期，当暗期过长而影响作物的生长发育时，应付作物进行人工光周期补光。

光周期补光是作为调理生长发育的信息供给的，需用的光照度较低，一般为 22Lx 左右。

补光时间因植物种类、天气状况、地理条件而变化。

为克制短日照植物开花，一般在早晚补光4h，使暗期短于 7h；也可进行深夜中断暗期补光2～ 5h，中断暗期也能起到早晚补光，克制短日照植物开花的成效。

遮光调理光合遮阳叮叮小文库光合遮阳主要目的是降平和减弱光照强度，周围不需严实搭接，也叫部分遮阳。

当前，生产上比较适用的遮阳方法是采纳黑纱网、无纺布或缀铝遮阳网进行内遮阳或外遮阳。

关于玻璃温室，还可在玻璃表面上刷一层白灰或玻璃表面喷水，达到遮阳降温的成效。

光周期遮光光周期遮光的目的是延伸暗期，保证短日照作物对最低连续暗期的要求，这类方法多用于进行花期调控。

延伸暗期要保证光照强度低于临界光周期强度（约22Lx 以下），往常采纳黑布或黑色薄膜在作物顶部和周围严实覆盖，因此光周期遮光又叫完整遮光。

在遮光时期，应增强通风，防备黑膜下边出现高温高湿，危害植株。

人工光源的选择及室内光源部署初期的人工光选择多是在生长室内组合使用大批的荧光灯与少许的白炽灯，有时则依据不一样的研究用途分别选择使用高压水银灯或氙气灯。

以后又采纳卤化金属灯。

而在植物工厂里多用高效率的高压钠灯，同时LED（发光二极管）和 LD （激光灯）等新光源也在进一步研究与开发之中。

人工光源的选择依照人工光源的选择取决于不一样的使用目的，选择时应按照合理和经济的原则。

在选择和设计光照系统时需要考虑很多因素，此中包含：作物对光的响应；其余环境因素的影响；作物对光照度、光照时间和光谱成分的要求；可产生最正确成效的光源；最平均光照系统的设计；系统的投资及运行花费等。

在设计人工光照时，应考虑光谱能量，尽量选择发射光谱与需用光谱靠近的产品，必需时再考虑应用多种光源组合；考虑光源强度时，既要使多组灯组合拥有必定的调理余地，又要尽量不增添灯具设置和更新投资。

此外，选择人工光源时，还要考虑光源的热负荷。

一般状况下，人工光源采纳红外和远红外光的比率较大，所以相当多的能量以热效应方式传达到温室环境中，能耗很大，同时所产生的热效应给控制过程造成很多不利影响。

所以在选择人工光源时，必定要充足考虑光源的发光效率。

常用人工光源☆ 白炽灯从光谱来看，白炽灯的辐射能主假如红外线，可见光所占比率很小。

白炽灯- 2叮叮小文库发光效率很低（约 10～ 20lm/W ），当前，常用的白炽灯为 40～100W，一般只作为协助光源应用。

☆ 荧光灯是一种低压气体放电灯，内壁涂有荧光粉。

经过改变荧光粉的成分可获取不一样的可见光谱。

荧光灯光谱性能好，发光性能较好（约 65lm/W ），使用寿命长，是现有电光源中最成功、使用最宽泛的一种。

因为荧光灯供给线光源，一般可获取更平均的光照。

主要弊端是单灯功率小，一般为 3～125W，多用于光周期补光。

☆金属卤化物灯一种新式光源，拥有发光效率高（约 100lm/W ）、光色好、寿命长和输出功率大等特色，是当前高强度人工光照的主要光源。

作物生产中常用的是 400W 和 1000W 两种规格。

安装灯具时应同时考虑设置反光罩，使光照更平均，光照强度更大。

☆高压钠灯和低压钠灯高压钠灯性能近似金属卤化物灯，寿命约24000h。

广泛用于蔬菜及花卉的光合补光。

低压钠灯是一种很特别的光源，只有 589nm 的发射波长，在电光源中的发光效率最高。

因为产热量小，低压钠灯与高压钠灯能够更为靠近作物。

GR EENHOU SE HOR TICULT URE 3 5☆LED 光源 LED 的光谱域宽在± 20nm 左右，波长正好与植物光合作用和形态建成的光谱范围符合。

近来几年来， GaAIAs的红色 LED（660nm）的发光效率达到了22%以上，GaN 的蓝色 LED（410nm 和 470nm）的发光效率也达到了8%以上 , 把发蓝色光的InGaN 半导体和发黄绿光的YAG（Yttrium AluminumGarnet）合成一体化的白色 LED 的价钱也在不停降低。

PPF 设置为 150mol·m-2 ·s-1， R/B 比为 5、10、 20 的 LED和金属卤化物灯的比较试验对比， R/B 比为 10 的 LED光源的植物产量不论从干物重仍是质量来讲都比金属卤化物灯要好。

LED的使用寿命一般在 50000h 以上，发光效率高，发热少，实现了低热负荷和生产空间小型化。

同时，脉冲发光也有益于植物的光合作用。

所以，以此刻广泛推行的高压钠灯18 元人民币 /W 的使用成本计算 ,即便是 LED光源比高压钠灯贵上10 倍也是有可能推行应用的。

因为蓝色LED成本还比较高， LED光源的大规模推行应用还需要一段时间。

☆ LD 光源激光的发光效率较高，且激光设备的发光光谱与植物光合作用的叶- 3绿素汲取光谱基本一致。

纯真从植物的光合作用来讲，激光的单色性与直向性对植物生长不利，但激光光源拥有体积小、重量轻、低电压、脉冲发光、干预性好、寿命长等长处，再加上它功率高、发光效率好、能够用电流直接调理。

功率为3mW 的 AlGaAs 系 LD（ 650nm）的价钱渐渐降低， GaN 的蓝色 LD（410nm 和417nm）也能够在室温下连续工作，不过蓝色 LD 的功率和寿命还没有达到植物生产要求的水平。

近来，使用工作在 860nm 邻近的 AlGaAs的激光可发出 430nm 邻近的蓝色光，工作在 9 0 0 n m 邻近的 AlGaAs 的激光可发出 450nm 邻近的蓝色光。

这些激光的发光效率均在 60%左右，连续脉冲输出可达到数十毫瓦。

日本东海大学的高正基教授和大阪大学的中山正宣教授早在 1994 年就倡导使用激光作为植物工厂的照明光源。

用波长为 660nm 的红色 LD 加上 5%的蓝色 LED的组合光源来生产生菜和水稻已经收到了很好的成效。

LD 在植物工厂的适用化不单能够解决21 世纪的粮食不足问题 ,并且连能源和资源不足的问题也会水到渠成。

需要注意的是，从使用成本的角度来看， LD 光源面对着与 LED源的价钱竞争。

光源部署在设计一个有效的光照系统时有很多影响因素，灯的部署取决于作物、光照度、温室高度、灯的大小等。

走开灯必定距离的某点上的光照度与此距离的平方成反比，在设置灯的地点时，灯与作物之间的距离是影响栽种地区辐照度和光散布的一项重要因素。

温室中反应光照平均程度的参数为照度平均率，即室内最小照度与最大照度之比。

为保证作物生长平均，照度平均率介绍值应。

温度环境及其控制技术温度和植物生长的关系亲密，温度对作物的重要性在于一定在必定的温度条件下，作物才能进行体内生理活动及其生化反响。

植物工厂内外热进出除人工光利用型植物工厂外，其余种类的植物工厂都是一个半关闭的热力系统，它随时遇到室内外诸多扰量的影响。

此中，室外扰量有：室外空气温度、湿度、太阳辐射强度、风速、风向等；室内扰量包含采暖系统、照明及其余设备的散热，作物及种植床的散热、散湿等。

在这些扰量作用下，室内的空气一直保持着热均衡。

室内热环境控制就是经过必定的工程举措，人为地调理室内与外界环境之间的热量变化，使温度保持在作物生长需要的水平。

当室内空气得热量大于失热量时，温度高升；反之，温度降低。

夏天外界气温较高，为了防备室内温度过高，应尽量减少室内得热量，增添散热量。

阳、通风、蒸发降温等都是降低室温的常用方法。

冬天室外气温较低，室内外温差大，为了保持室温，应尽量减少失热量，增添得热量。

采纳保温节能举措，必需时启用采暖设备是保证植物工厂冬天正常运行的基本条件。

植物工厂内的气平和种植床基质（或营养液）的温度对作物的光合作用、呼吸作用、光合产物的输送、根系的生长以及水分和养分的汲取均有着明显的影响。

植物工厂内的温度调理与控制温度对作物的生长发育、产量、质量影响极大，温度控制的目的是保持作物生长发育过程的动向适温。

温度控制的主要内容和技术以下：加温供暖系一致般由热源、热媒管道和散热器等构成。

热源有石化燃料（煤、石油、天然气）、电、余热及地热等。

热媒有热水、热风、蒸汽。

采暖系统的选择应综合考虑栽种空间的大小、结构、栽种方式和生产的经济效益等。

☆ 热水供暖植物工厂一般采纳热水供暖系统集中供暖。

热水供暖系统由热水锅炉、供热管道和散热器等构成。

一般采纳低温热水供暖（供、回水温度分别为95℃和 70℃）。

因为热水采暖系统的锅炉与散热器垂直高差较小（ <3m），所以，一般不采纳重力循环的方式，而采纳机械循环的方式，即在回水总管上安装循环水泵。

在系统管道和散热器的连结上采纳单管式或双管式。

依据室内湿度高的特色，多用热浸镀锌圆翼型散热器，散热面积大，防腐性能好。

散热器一般部署在作物层邻近或种植床下。

散热器的规格和长度确实定要以知足供暖设计热负荷要求为原则，在室内平均部署以期获取一致的温度散布。

☆ 地上部加热地上部加温主要由热源、空气换热器、风机及送风管道等构成。

依据热源的不一样，能够分为燃煤式、燃油式、燃气式和电热式，常用的是燃煤和燃油式。

☆ 地下部加温地下部加热是对营养液或基质进行加热，目的是使作物根部保持正常生长温度。