密闭式植物工厂的嵌入网络式环境监控系统

21世纪对蔬菜、林木、药草、香料等各类种苗或植物的大量需求将推动完全使用人工光源的密闭式植物工厂的大力发展。为了配合密闭式植物工厂内的适度环境控制和能源收支核算的研究需要，基于关系数据库MSSQLServer2000和面向对象的程序设计语言VisualBasic6．0开发了通用型嵌入网络式环境监控系统软件。用户可根据实际生产需要选择适当的控制策略和控制目标，也可调整控制参数来增减或改善执行机构的运行。植物工厂内所有控制参数和实时监测的数据和图像都可以动态地进行WEB发布，用户界面友好并实施各级安全自动管理。经过近两年的实际运行，该环境监控系统软件有效地实现了人工光型密闭式植物工厂内的嵌入网络式动态环境监控和电能消耗自动计量。     

多腔室秸秆原位炭化还田设备设计

原位炭化还田技术可将田间秸秆就地直接转化为生物炭,改善土壤结构,解决秸秆直接还田腐解慢、出苗率低、病虫害严重等问题。但目前炭化还田设备仍存在炭化不均匀,运行稳定性差,生产效率低等问题。该研究基于精准控氧控温炭化要求,在前期样机基础上,创新研发了立式多腔限域式炭化反应器,研制强化物料定向流动的多翅片型扰动部件,并运用ANSYS Workbench进行仿真模拟和结构优化,研制热解气清洁燃烧及高温烟气换热回用系统,集成秸秆捡拾粉碎系统及田间作业机具,研制立式多腔室秸秆原位炭化还田设备。以玉米秸秆为原料进行炭化试验,设备秸秆处理量为500 kg/h,生物炭产率为125 kg/h,固定碳含量为50.30%,系统能量利用率为70.66%,产出的炭达到Ⅰ级生物炭还田标准,燃烧烟气中颗粒物、NO_x、SO_x等排放均满足国标要求,整机系统运行稳定,满足设计标准。为秸秆直接炭化还田提供了技术及装备支撑。     

人工光型密闭式植物工厂的设计与环境控制

完全使用人工光源的密闭式植物工厂就是以最小限的物质、能源和资源消耗为前提实现适度环境控制的系统，可用来进行高品质种苗生产。研究利用不透光的绝热材料在中国农业大学建成了2套示范型密闭式植物工厂，利用与植物光合吸收光谱特性近似的荧光灯作为人工光照源、层流循环送回风及粗效/高效过滤有效地调控植物生产空间的物理环境和洁净度。经过两年的实际运行表明该密闭式植物工厂的空气洁净度达到了国家标准M7级。面积为15 m²的组织培养间在荧光灯的光照度分别为(47±8)，(67±12)和(113±21)μmol/m²/s时，控制点的温度变化分别为(25.4±0.5)，(25.3±0.7)和(25.5±0.7)℃，相对湿度变化分别为(63±4)%，(65±6)%和(63±7)%，CO₂浓度变化为(803±13)μL/L。因此，该人工光型密闭式植物工厂作为一种清洁高效的新型生产模式能够达到适度的环境控制和较高的洁净度，且植物生产空间的环境差异较小，适用于高品质种苗和高附加价值的药草或香料植物的大规模生产。