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人工氣候箱的研發(fā)歷程以及參數(shù)的基本要求

閱讀:1937發(fā)布時(shí)間:2013-2-20

  智能人工智能人工氣候箱是在人工控制溫度、相對濕度、光照度、光譜、風(fēng)速、氣壓、氣體濃度等環(huán)境條件,研究植物在生長發(fā)育過程中各種環(huán)境條件作用規(guī)律及因果關(guān)系的大型設(shè)施。目前世界上大型的智能人工氣候箱有上百個(gè)。代表性的有:美國維斯康星大學(xué)(生物)、蘇聯(lián)新西伯利亞*、法國吉夫農(nóng)業(yè)中心、日本理化研究所、新西蘭北帕爾默斯頓、菲律賓水稻研究所等所有的大型智能人工氣候箱。國外還有許多專門負(fù)責(zé)智能人工氣候箱包建、智能人工氣候箱生產(chǎn)專業(yè)公司,此外環(huán)境控制協(xié)會(huì),每年進(jìn)行智能人工氣候箱學(xué)術(shù)交流,了解世界各國智能人工氣候箱動(dòng)態(tài),環(huán)境控制協(xié)會(huì)總部設(shè)在法國巴黎。我國1973年在上海植生所建成了*個(gè)智能人工氣候箱(控制濕、溫、光照)屬通用型(概況見另文)。
     智能人工氣候箱要求溫濕度條件:控制范圍廣,可進(jìn)行程序控制(定值可變),在控制全區(qū)要求高精度,具備理想的溫濕度條件。智能人工氣候箱空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(包括冷熱源、自動(dòng)控制):為了節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用,使用靈活,調(diào)節(jié)方便,應(yīng)按房間設(shè)置獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)。若有較多個(gè)智能光照培養(yǎng)箱,對各個(gè)獨(dú)立的小系統(tǒng)設(shè)集中控制室,需在控制室集巾控制、集中檢測、自動(dòng)報(bào)警顯示、自動(dòng)記錄。在選擇空氣處理和控制方法時(shí),需要考慮智能人工氣候箱特點(diǎn):系統(tǒng)需長期連續(xù)進(jìn)行,不能中斷。設(shè)務(wù)要可靠,要限制冷凍機(jī)啟動(dòng)次數(shù),控制時(shí)間延遲,設(shè)計(jì)時(shí)要考慮管理,及維修方便。智能人工氣候箱,耗電能大?!踩斯ぶ悄苋斯夂蛳淙暧秒?萬元,(按支農(nóng)收費(fèi)0.1元/度)〕設(shè)計(jì)時(shí)需考慮節(jié)能方案。(如充分利用室外新風(fēng)、季節(jié)轉(zhuǎn)換、二次回風(fēng)等等)。由于人工智能人工氣候箱溫濕度調(diào)節(jié)范圍大,房間冷熱負(fù)荷變化大(光源熱、太陽輻射),控制系統(tǒng)能適應(yīng)高速轉(zhuǎn)換。冷源宜用氟機(jī)(漏氨對作物傷害大)。小型宜用獨(dú)立冷機(jī)。送風(fēng)方式及CO2濃度,智能人工氣候箱一般用下送上回的氣流組織,用地板孔送風(fēng),(因熱負(fù)荷大,換氣次數(shù)多達(dá)Z00次/時(shí)),回風(fēng)口一般在房上側(cè),這種氣流組織有利于排出室內(nèi)熱量,送風(fēng)擴(kuò)散區(qū)在地板以上0.l-0.5米范圍內(nèi),使用時(shí)試驗(yàn)品放在支架上避開這一區(qū)域。工作區(qū)流速小于。.5米/秒。孔板為鍍鋅鋼板,植物光合作用需要CO2,室內(nèi)CO2:濃度保證>300ppv}。為此要引進(jìn)足夠的室外空氣,定時(shí)控制新風(fēng)、排風(fēng)、回風(fēng)比例,時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)要求可調(diào)。如用室內(nèi)CO2:傳感器來控制更為有效。加濕及除霜:室內(nèi)熱負(fù)荷變化大,如果用定露點(diǎn)法控制,要求高濕房間在室內(nèi)還需進(jìn)行補(bǔ)充加濕。補(bǔ)充加濕器國外多用離心式,由于水質(zhì)要求高(用離于水),國內(nèi)使用有困難。電極加濕對水質(zhì)量亦有要求,一般電極易腐蝕?,F(xiàn)用液下泵,噴霧加濕(農(nóng)用噴咀),不但靈活而且可靠(加濕器置于孔板下送風(fēng)靜壓箱內(nèi)),便于自動(dòng)控制。缺點(diǎn)是水量太小。如用變溫水變露點(diǎn)噴霧加濕更為有效(稱露點(diǎn)飄移)。室內(nèi)溫度在15℃以下,空調(diào)機(jī)冷卻器表面金屬結(jié)霜現(xiàn)象,如不除霜就可能堵塞風(fēng)路,除霜方法很多,除霜過程自動(dòng)控制。另外冷卻器選用肋片間距要寬一些(片距6mm以上)。室外近處如有空氣污染源,進(jìn)風(fēng)口要安裝活性炭過濾裝置。作物對振動(dòng)、噪音比較敏感,盡可能考慮避震措施。自然光
光照培養(yǎng)箱需在玻璃外表面淋水,吸收太陽輻射熱。水膜厚0.5cm,可吸收多達(dá)85%太陽輻射熱(循環(huán)水)。
     自然光室可按地板面積計(jì)算太陽輻射熱(各方向射入太陽輻射熱被室內(nèi)主要是植物吸收,這部份熱有50%被用作蒸發(fā)水份,不增加室內(nèi)溫度)。人工光照系統(tǒng)是在不受自然氣候影響,任意再現(xiàn)太陽光(光量及光質(zhì))。為了模擬太陽在不同位置、時(shí)刻、高度的直射光、晴空光、陰天光,需要變化人工光源光量(照度和時(shí)間)及光波長。通用型的人工光源,光譜近似太陽光,光強(qiáng)滿足作物光補(bǔ)償點(diǎn)以上進(jìn)行調(diào)節(jié)。型對某段光譜有專門要求,需要各種光源混合調(diào)節(jié)。作物光合作用蘭紫光是基本光譜,紅光亦有一定要求。
     人工光種類有太陽燈、金屬鹵化物燈、熒光燈、白熾燈、氖燈。近似太陽光譜但耗電大,又需用去離子水冷卻循環(huán),使用管理麻煩。智能人工氣候箱使用60盞水冷氮燈。日光色摘燈,光效高SOLm/W符合一般植物生長要求,紫蘭光還少一點(diǎn)(波長400-490毫微米占22%,僅有太陽光一半)。缺點(diǎn)是功率太?。?50W,400W),價(jià)貴(80元/只)。目前小型人工智能人工氣候箱、人工智能人工氣候箱,多用它作為通用型光源,如型還需用混合光源。鋪燈冷負(fù)荷小,可不用燈室,需升降架調(diào)節(jié)照度。本所設(shè)計(jì)遼寧農(nóng)科院智能人工氣候箱用400W摘燈(1只/mz)。植物光生物學(xué)過程的活性度是在光波0.3-0.8nm范圍內(nèi),比0.3再短的紫外線要?dú)⑺乐参?,?.8再長的紅外線對植物只能起到熱作用,對生理無益。


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