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2016年4月3日 作者:xwz2367609 [返回]
150平方米金字塔形植物工厂设计

前言
    植物工厂是环境控制要求较为精准,耕作环境最为优化,生产效率最高的先进生产方式,是未来都市农耕的一种主要方式,也是开展科学研究工作,深入了解植物特性及规律的重要平台与工具。植物工厂采用环境的精准化自动控制,对植物生长的温光气热肥水等生长因子进行精准或者近精准的控制,让植物发挥最佳生长发育状态,获取单位面积最大产额的新型高科技集成技术。涉及物理、化学、生物、计算机、信息通讯、设施材料等多学科交叉的系统工程,但最为重要的是人工补光技术及人工环境光效研究与调控,可以在任何没有光照的环境下进行植物的高效生产。通常采用最为先进的无土耕作技术,实现多层次立体化生产,让最小的空间发挥最大的产额。也可以进行环境模拟操控,实现在任何环境与场所生产任何类型的植物。是未来太空飞船与星球移居的首要研究课题,是人类的极端环境的的生命支持系统。
    植物工厂最早源于日本,作为探索未来农业与发展高端差异化农产品的偿试性研究所产生的新技术,虽然目前介于生产成本与能源问题,没有普及,但对于植物生长的探索通过植物工厂可以达到最高的科研水平与潜能认知。对于大都市应市场的需求,植物工厂也具发展空间,虽然增加了运行成本,但因其产品质量的可控性安全性,可以实现差异化供市,也能获取较高的效益回报,在都市中心建设植物工厂,缩短运输距离与中间环节产生的成本,同时也确保最新鲜的供应,可供高端人群的市场消费。
    植物工厂早期生产模式,运用最多的是层架式立体设计,再加上层层补光设置,结合水培技术,进行环境精准控制的封闭式生产。这种模式建设成本及生产成本往往较高,特别是耗电成本,将成为投资者的主要考究。改良后的代表未来植物工厂主体模式的立体化雾培技术,可以有效解决该问题,实现较低成本的工厂化生产。可以改层架式为塔架式或者立柱式与塔锥式,实现工厂顶处的一层补光,大大降低光源投入及耗电成本。同时也使耕作的植物生长效率更高,因为雾培植物在同样环境下普遍优于当前的水培。
    对于外围设施的建设,有利用厂房或者废弃闲置的房间改造,也有用集装箱式建造。这些模式大多是全封闭的植物工厂建设类型,作为成本考虑,采用半补光型植物工厂的建设较具实用性。可以采用玻璃温室或者阳光板温室进行内部设施的工厂化建设改造。
    丽水学院中草药研究院的植物工厂位于屋顶,拟定以金字塔阳光板温室作为外围护障隔离设施。采用空调进行环境气温调节,采用补光与太阳光复合光的模式进行光能利用,运作先进的立体化雾培及计算机控制技术,实现清洁化立体化高效化生产。应用反渗透水技术进行水质的精准化管理及循环利用,运用声波技术促长结合,达到光电声磁等高科技的有效融合,为药用植物或者其它植物的生长模拟创造最佳或者较好的生长发育环境,实现植物的高效化生产。
温室设施
    温室为钢构骨架,边长为10米长为15米,占地面积为 150平方米,温室钢构外覆阳光板扣板,外观造型为金字塔,塔顶高为8米,边围垂高为2米,整体效果如埃及金字塔,风格独特能与周边环境形成感观冲击,充分表现景观温室的美感。温室钢构为双层空间桁架的整体结构,利用整体张拉力原理,实现楼面的均匀受力,减少单点受力过大问题。钢构夹层厚为0.5米,全部采用热镀锌25#管组件化装配。温室表面采用条状的中空阳光板扣板扣建,材质整体抗风性好,透光保温良好。于顶四层高6米处环绕塔顶开设四扇三角通风窗,用于顶出风。于温室内空间高3.15米处设平棚网架吊顶,方便安装顶处人工补光灯,并创造出吊顶下的相对独立的工厂空间。温室出入口门设为一道,设边长10米处正中,温室门宽为2米高为2米,为玻璃推拉门。边长10米的另一端安装三组立式空调,用于内部温度调节,配置5P空调三台。

温室外观

入口花架与花柱

内部布局


内部设计
    从正门入口纵向设一宽1.2米主过道,耕作区分布于主过道两侧,内设两种栽培模式,一种为塔锥式雾培,另一种为梯架式雾培。其中塔锥式雾培采用超声波供雾法供雾,塔锥共设四组,每组供液彼此独立,并设为塔内循环,方便栽培时不同养液配方的试验研究。塔锥边长为3米,塔顶高为2.25m,塔基座用园林防腐木框建,框高为0.4米,框内作防水布铺设处理。每塔锥可创有效耕作表面积为14.3平方米,四座锥塔共创有效耕作表面积为57.2平方米,四塔锥分布于主干道两侧,每侧设两座,塔锥间留出宽0.6米过道,近温室两边侧处留出宽0.8米过道。

塔锥式雾培

梯架式雾培

计算机控制

空调系统

顶层补光灯


    梯架式雾培共设四组,分列于主过道两侧,每侧布设两组。梯架底宽为1.2米,长为5.4米,梯架斜面为1.8米,梯架基座种植床同样用园林木框建或者用不锈钢材料框建,基座高同为0.3米,四组间每两组苗床相通共用养液,实现床内循环。分为两组可作两种配方试验,方便研究应用。梯架间留出宽0.8米操作道,离另一端头处同样留出宽0.6米空间过道。梯架雾培与塔锥雾培之间留出宽0.8米区间操作道。梯架雾培两边侧可以栽培耐荫药草,上梯面宽为0.4米可以种植株型较大的喜阳药材。四组梯架共创有效雾培表面积(含上梯面)为5.4X(1.8X2+0.4)X4= 86.4平方米。
    通过雾培设计,内部共创有效耕作表面积为143.6平方米,是普通平面耕作利用率的1.6倍。计算机自动化控制系统安置于纵向主过道另一端头正中处,为了科研实验的精准性,雾培所用水质最好通过反渗透水处理机处理,用去离子水进行精准化养液配制。为了达到更好的环境净化与杀菌效果,对于栽培板设施最好采用铝塑板材料并进行纳米银及二氧化钛处理,发挥光触媒的自净与自杀菌效果。温室出入口门最好设成双道门,起缓冲气流及减少病菌带入。
温室平棚吊顶分为两区,其中一区补光灯的红蓝光比为3:1,适合草药的生长,另一半区红蓝光比为5:1适合喜阳植物及开花性植物的生长栽培。平棚补光灯安照每平方米100瓦功率设计,以每平方米约三支防水荧光灯计,其需补光灯128支。内设内循环通风系统,于棚吊顶处安照三列四排布局风扇以模拟自然微风环境。在冬季全密封生产时,还需配以二氧化碳补充系统,以二氧化碳钢瓶配置建设。为了促进光合作用,内空间安置声波促长系统,促进气孔开度放大,以利光合作用。在夏日高温季节,对温室阳光板作遮荫涂料处理,达到内部良好的光照效果。
投资估算

设计动画链接:http://v.youku.com/v_show/id_XMTMyMTE1NzQzNg==.html?from=y1.2-1-103.3.2-1.1-1-1-1-0

 

 

 

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