植物工厂的发展现状与展望

植物工厂发展现状与展望,北京京鹏环球科技股份有限公司2013年03月,卜云龙 副总工程师,www.jingpeng.cn,主要内容,1、植物工厂概况,2、日本植物工厂发展概括,3、中国植物工厂发展现状,4、植物工厂发展前景,www.jingpeng.cn,一、植物工厂概况,植物工厂（plant factory)的概念最早由日本提出，在设施农业发达国家：荷兰、日本、以色列、丹麦、美国进行了广泛研究与试验，总体技术已经达到成熟与实用阶段。植物工厂是指利用环境控制和自动化高新技术在全封闭式或半封闭式空间内进行植物周年工厂化安全生产的一种体系。它是现代生物技术、环境工程、机械传动、自动化控制等高新技术综合集成的产物。 主要特征：精确可控环境设施、工厂化作业、卫生安全、绿色环保、高密度生产，植物工厂是设施农业发展的高级阶段，代表未来设施农业的发展方向，是一个高技术、高投入、高产出的新兴产业。,1、植物工厂定义与基本特征,www.jingpeng.cn,一、植物工厂概况,植物工厂的诞生是对人类社会的重要贡献，随着社会的不断进步，植物工厂的独特魅力将会得到更大体现，其优越性主要表现在以下几个方面： 作物生产的计划性，周年生产的均衡性，产量和品质的稳定性； 不施农药，产品无污染； 多层式，立体栽培，大大节省土地； 作物生长周期短，设施利用率高，单位面积产量高，产值高； 与现代生物技术结合，可以生产出稀有、价高、富含营养的植物产品； 机械化、自动化程度高，劳动强度低，用工少，工作环境轻松； 不受地理、气候等自然条件的影响，甚至可在极端气候区、外层空间及其它星球上进行农业生产。,2、植物工厂优势,www.jingpeng.cn,试验阶段（20世纪40年代至60年代末）,示范应用阶段（20世纪70年代至80年代中期）,快速发展阶段（20世纪80年代中期至今）,3、植物工厂发展历史,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,植物工厂在国外的发展历史已有半个多世纪，大致分为三个阶段。 (1）试验阶段（20世纪40年代至60年代末）特点： 规模小，一般为几十平米到几百平米； 主要局限在实验室内； 试验作物以芹菜和沙拉生菜为主； 多是人工光利用型，采用人工气候室进行控制，运行成本 较高。 典型植物工厂：丹麦约克里斯顿植物工厂（1957年，1000m2）、奥地利卢斯那植物工厂（1963年，216m2）等。,3、植物工厂发展历史,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,（2）示范应用阶段（20世纪70年代至80年代中期）特点： 应用范围广； 广泛应用营养液配方技术，自动化控制系统逐渐完善； 技术开发力度大，示范效果明显。典型植物工厂：美国波里达卡植物工厂（1980年，3000m2）；日本日立公司中央研究所植物工厂（1985年，660m2）等。,3、植物工厂发展历史,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,（3）快速发展阶段（20世纪80年代中期至今）特点： 技术发展快； 规模扩大，多行业融合 ； 学术交流频繁； 高科技成果得到充分应用。典型植物工厂：瑞典爱伯森植物工厂（20世纪80年代中期，6100m2）；日本神内-21植物工厂（2001年，3000m2）等。,3、植物工厂发展历史,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,规 模,大型植物工厂（建设面积1000m2以上）,中型植物工厂（建设面积3001000m2）,小型植物工厂（建设面积300m2以下）,4、植物工厂主要类型,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,生产功能,种苗植物工厂,商品菜（果、花）植物工厂,4、植物工厂主要类型,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,光能利用方式,人工光利用型,太阳光利用型,太阳光和人工光并用型,4、植物工厂主要类型,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,植物工厂按照光能利用方式分为太阳光利用型植物工厂、人工光利用型植物工厂 、太阳光和人工光并用型植物工厂。太阳光利用型植物工厂特点：建筑结构为半封闭式；光源为自然光；配备多种环境因子的监测和调控设备；栽培方式以水耕栽培和基质栽培为主；生产环境易受季节和气候变化的影响，生产品种有局限性，主要生产叶菜类和茄果类蔬菜，有时生产不太稳定。,4、植物工厂主要类型,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,人工光利用型植物工厂特点：建筑结构为全封闭式；只利用人工光源，光源特性好；采用植物在线检测和网络技术；采用营养液水耕栽培方式；实现无污染生产；对环境参数可进行精密控制，实现周年均衡生产；技术装备和设施建设的费用高，能源消耗大，运行成本高，主要用于种苗生产。,4、植物工厂主要类型,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,太阳光和人工光并用型植物工厂特点：温室结构、覆盖材料和栽培方式与太阳光利用型相似；白天利用太阳光，夜晚或白天连续阴雨寡照时，采用人工光源补充，作物生产比较稳定； 与人工光利用型相比，用电较少；与太阳光利用型相比，受气候影响较小； 实用性强，有利于推广应用。,4、植物工厂主要类型,一、植物工厂概况,www.jingpeng.cn,二、日本植物工厂发展概况,日本对植物工厂的研究开始于1974年，1985植物工厂才在世界科技博览会亮相，1986年成立了植物工厂协会。近年来，日本在植物工厂方面做了大量的研究和探索，部分技术已趋于成熟并在实际生产中得到推广应用。植物工厂生产的对象最初以叶菜、种苗为主，目前它的栽培品种也逐步扩展到果菜、花卉以及药用植物。应用场所从以前的生产、试验应用拓展到超市、餐厅、办公楼，直至家庭。植物工厂生产的产品无污染，可以直接食用。,1、总体概况,www.jingpeng.cn,截止2012年底，日本共有150座用于蔬菜生产的人工光植物工厂，主要应用荧光灯作为光源，其中也有一些人工光植物工厂应用LED光源。目前，日本最大的人工光植物工厂生菜的产量可达25,000株/天。用于蔬菜育苗的密闭人工光型植物工厂共有200余座。能够赢利的植物工厂数量在逐步增加。,1、总体概况,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,在日本最大的育苗中心拥有21 个闭锁育苗室，占地面积476 m2 ，一年育苗1000万株。,1、总体概况,二、日本植物工厂发展概况,典型的密闭式育苗室由4个栽培单元组成，可以布置384个苗盘，一个月育苗25万株，一年300万株。,www.jingpeng.cn,植物工厂产品直接销往大型超市或饭店，售价1棵菜（100200克）200到400日元；单位面积建设投资在12.5 40万日元之间（合人民币10000 32000元/平米）。,1、总体概况,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,神内-21植物工厂Fairy Angel Farm福井植物工厂千叶大学植物工厂,二、日本植物工厂发展概况,2、典型植物工厂简介,www.jingpeng.cn,神内-21植物工厂位于日本北海道中部地区桦户郡浦臼町，工厂建成于2001年。神内植物工厂的种类比较齐全，有三大类型：太阳光型、人工光型、太阳光与人工光并用型，但面积最大的还是太阳光型。该植物工厂主要功能：侧重于各种类型植物工厂的研究、试验、示范，相关配套装备的展示，总投资5.6亿元人民币（含配套生活设施），其中植物工厂部分的建筑面积8828.46m2，投资2.8亿元人民币。该植物工厂为地上2层，地下1层式结构。,神内-21植物工厂外景及入口近景,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,神内-21植物工厂建筑平面布置图,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,太阳光型植物工厂采用连栋的单层玻璃温室形式，4个栽培单元。太阳光型植物工厂结构形式为H型钢结构，顶部有钢骨架，通长顶窗南棚头设有换气风机，北棚头设有电动开窗换气机构，有防虫网。温室为8m开间，配钢丝绳传动内遮阴系统，有高压雾喷系统，既可加湿，又可用来喷药。,太阳光利用型植物工厂内景,温室北棚头的摆杆开窗和钢丝传动内遮阴系统,太阳光利用型温室高压雾喷首部,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,温室配备CO2补气系统，防虫系统。温室内侧立面加装了两层保温膜。温室配备了环流风机，采用圆翼散热器加热。在温室天沟附近设有融雪管，是圆翼型的。温室四周还设有降温风管，夏季温度太高时，可由特设的冰库内导入冷风进行降温。温室均采用计算机控制系统进行环境调控，每栋温室的环境参数均可在布置于公共廊道内的各自的触摸屏上显示和设置。,太阳光利用型植物工厂公共廊道（配房）,太阳光利用型温室侧面的多层覆盖,太阳光利用型温室施肥控制系统,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,太阳光利用型温室1：用于单叶采摘型生菜栽培，主要种植品种为采叶型桑秋莴苣，配置普通移动式栽培床，采用M式水耕方式，。太阳光利用型温室2：用于整株利用的生菜栽培，主要种植品种为沙拉莴苣，采用了整体循环式栽培床系统进行栽培。太阳光利用型温室3：用于整株利用的生菜栽培，主要种植品种为整株利用的桑秋莴苣。该温室最大特点是配置了移植及自动收获机器人。太阳光利用型温室4：主要种植果菜，设有栽培槽，配有滴灌系统，采用基质栽培模式。,太阳光利用型温室1,二、日本植物工厂发展概况,太阳光利用型温室2,太阳光利用型温室3,www.jingpeng.cn,人工光植物生产车间具有四大特点：完全密闭式、完全人工光、多层立体式栽培、水耕营养液栽培。人工光植物生产车间一般均采用计算机控制系统，对温度、湿度、光照、CO2等参数进行自动控制，同时对空气洁净度有一定要求。人工光植物生产车间既适合单独建立，也可以利用高楼地下室、闲置的库房内建造。,人工光植物生产车间外门,五层式栽培架,环境参数监测系统,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,神内21植物工厂设有2座闭锁型育苗箱以进行种苗的工厂化生产。该闭锁型育苗箱由太阳兴业株式会社生产。利用闭锁型育苗箱进行种苗生产，其突出优点是：无需遮光、换气、保温幕及采暖设备，可节省能源；灌水过程无多余水（含有肥料）排出，可将肥料用量减少到2/33/4左右，有利于环境保护；CO2利用率高达90（温室内利用率仅4060）；水的利用率高，灌水需要量在温室的1/20以下。,闭锁型育苗箱门警示（高浓CO2）,闭锁型育苗箱空调及配肥装置,闭锁型育苗箱内景,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,炼苗车间实际上属于太阳光与人工光并用型温室。从催芽室出来的出芽小苗移到此，完成绿化和苗化两个过程，称为炼苗。绿化过程实际就是通过光照促进在暗期发过芽的植物形成叶绿体，为光合成做好准备。经过绿化，开始光合成后，小苗移植到含有营养液的栽培床中进行生长即苗化。炼苗车间最大特点是配置了高压钠灯补光系统和遮光幕，以便在必要时进行光的调控。,炼苗车间外景,炼苗车间内景,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,神内21植物工厂配套设施包括化验分析室、自动运输装置、冷库、包装机、地下制冰系统等。化验分析室用于对所生产的蔬菜品质和营养液成分等进行化学分析和研究。配备有色谱分析仪、原子分析仪、有机化合物混合分析仪、原子吸光分析装置、超净工作台、高压蒸汽灭菌装置等。,化验分析室,全自动包装机,包装好的蔬菜,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,自动运输装置采用轨道式行走方式，悬挂在空中移动，用于将栽培板上待收获的蔬菜搬到作业台或将摆在塑料周转箱内的收获物搬用到冷库。冷库设施可对采收后的疏菜进行预冷并储藏种子。常年温度保持在45，湿度90以上。,自动运输装置,冷库中储藏的种子,冷库中待售的蔬菜,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,Fairy Angel Farm植物工厂：落成于2008年8月，该植物工厂被称为“完全控制型”工厂，属于全人工光利用型植物工厂，采取与外界隔离无尘室内管理控制温度、湿度、光照量和营养液等。工厂主体建筑面积3743m2。,工厂近景,工厂内景,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,主要生产设备是总高6m，层高约0.55m的10层式栽培架，（育苗时14层架），每一栽培架均配有营养液供给循环系统，叶菜收获采用了能够自动升降和行走的一台电动小车。主要进行8种类型的蔬菜包括绿叶菜、生菜、莴苣等的生产。这些蔬菜均是直接食用型的，主要供应一些百货公司和高级餐厅。从播种到供货的时间，因蔬菜种类而异，一般在3550天左右。只需要在室外种植同种蔬菜所需时间的约1/2。,福井植物工厂栽培情况,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,千叶大学植物工厂：占地面积13,350 m2，5个太阳光植物工厂(面积: 1 ha),2个人工光植物工厂(面积613 m2)，其它附属设施组成（会议室、包装车间等）。,Plant Factory Project Area of Chiba University,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,千叶大学植物工厂：闭锁育苗系统。,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,千叶大学植物工厂：太阳光植物工厂生产番茄。,二、日本植物工厂发展概况,www.jingpeng.cn,千叶大学植物工厂：人工光植物工厂,二、日本植物工厂发展概况,栽培面积: 356 m2, 10 层, 10 行，一天生产卷心莴苣3000株（Iceberg lettuce），一年100万株，8.4 株/m2/d，2,800 株/m2/y。,日本千叶大学叶菜工厂-207m2,www.jingpeng.cn,三、中国植物工厂研究与应用,由北京市农机研究所和北京京鹏环球科技股份有限公司共同设计建成的通州植物工厂，主体结构采用单层轻钢结构，总建筑面积为1289m2，形状像一艘航空母舰，象征着我国农业率先向现代农业最先进技术扬帆起航，象征着北京农机所沿着产学研相结合的方向驶向成功的彼岸。通州植物工厂是国内首座集科研、试验、示范、孵化、生产、科普等多功能于一体的大型孵化平台。它充分体现植物工厂高端、高效、高辐射的特点，是首都高端农业设施的窗口。,1、北京市农业机械研究所、北京京鹏环球科技股份有限公司关于植物工厂开展的研究应用,www.jingpeng.cn,通州植物工厂造型效果图,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,通州植物工厂的主要功能：科研、生产、示范、孵化。北京京鹏环球科技股份有限公司将通州植物工厂建设成为种苗繁育中心和三种不同模式的植物工厂化生产车间（A、人工光利用型，B、太阳光利用型，C、太阳光和人工光并用型）， 以生产种苗为主，同时兼顾高档蔬菜（主要是水培生菜及茄果类蔬菜）。,（1）通州植物工厂研究应用,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,通州植物工厂内部分区如下图所示，分为四大区域：组培播种区、育（炼）苗区、生产收获区和包装储藏区。组培播种区北侧区域由西向东依次为：控制室、催芽室、闭锁型育苗室、人工光利用植物工厂。组培播种区南侧区域由西向东依次为化验室、接种组培室、LED栽培箱、精密播种育苗、移栽生产线、人工光灌溉施肥首部区等 。,通州植物工厂平面示意图,（1）通州植物工厂研究应用,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,植物工厂,人工光利用型植物工厂,可实现人工精确化模拟植物生长环境，空气洁净度10万级。,炼苗车间,通过炼苗可增加幼苗的适应性和抗逆性，并使种苗长势稳健，移栽后缓苗快。,精密播种育苗及移栽生产线,可自动完成基质混合、基质填充、冲穴孔、精密播种、覆土、淋水等整套作业流程。,组培室,进行叶菜、果菜的种植生产。,操作人员必须经过净化消毒后，才能进入组培室，空气洁净度10万级。,闭锁型育苗室,叶菜、果菜生产车间,室内有带荧光光源的多层架、空调系统、环境控制装置等，可以完成商品化的种苗生产。,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,控制室,控制室内的计算机控制系统，能够对植物工厂内部环境因子诸如温度、湿度、光照、CO2进行实时调控；同时实现对栽培因子如营养液EC值、PH值、溶氧、液温的监测与控制；此外，控制室内还装有视频监控与图像传送系统的终端，使管理者能实现远程管理与远程诊断；同时还安装了消防报警系统和门禁系统，提高了植物工厂的安全性。,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,工作人员（或参观人员）进入植物工厂，首先必须到更衣室更换防尘净化工作服（包括帽子、手套、鞋套），防止病菌、花粉等带入植物工厂内，保证植物工厂洁净卫生的环境。更衣室更换衣物是种苗及成品菜安全生产的一个重要环节。,更衣室,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,水处理车间内整套水处理系统采用反渗透（RO）膜法，其除盐率可达97%99%，产品水电导率10s/cm。水处理可有效的控制微生物菌群、抑制水垢的产生，可将井水层层过滤最终供给植物工厂使用。除此之外，水处理还可预防管道设备的腐蚀，达到降低能耗、延长设备的使用寿命的目的。,水处理车间,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,化学分析室内部配置常用的实验仪器和设备，主要功能是对水培和基质栽培中的营养液的配制；对植物工厂最终产品（生菜和果菜）进行硝酸盐、重金属及重金属盐、农药等含量进行化验；确保出厂产品符合绿色标准；此外，组培所用的一些仪器、消毒灭菌器及常用药品也可放置其中。,化学分析室,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,组织培养室分为药品室、接种室与培养室,在药品室与接种室之间配置风淋室。操作工人必须通过风淋室净化消毒后，才能进入接种室。接种室和培养室要求对空气进行处理，空气洁净度10万级。接种室内部配置光照培养箱、超净工作台，培养室内配置高效节能培养架。,组织培养室,组培技术又称试管快繁技术, 该技术繁殖后代整齐一致,能保持原有品种的优良性状，可获得无毒苗。,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,育苗大厅内配备了精密播种育苗及穴盘苗移栽生产线。精密播种育苗生产线包括基质混合机、装盘机、打孔机、针式气力播种机、覆土机、淋水机及无动力输送带，可自动完成基质混合、基质填充、冲穴孔、精密播种、覆土、淋水等整套作业流程。移栽设备配置的是气动智能型4夹持爪穴盘苗移栽机，可将幼苗由密穴盘自动移栽到疏穴盘，节省大量人工，减轻了操作者的劳动强度。,育苗大厅,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,催芽室采用全套的环境控制装备以保证种子在最适宜的条件下萌发。本催芽室内部配置9层规格的催芽架20个，可同时对900个标准穴盘进行催芽。催芽室有助于提高发芽的均匀度，缩短育苗时间，实现增产增收。,催芽室,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,闭锁型育苗室是由采用聚苯乙烯泡沫夹芯彩钢板的绝热壁板围成的空间，此空间可将室内外的物质和热能的交换控制在最小范围内，形成一个高精度环境控制的全封闭的种苗周年生长系统。该系统内部主要组成部分有：闭锁育苗床架、空调机组、空气搅拌风机、促进光合成的CO2施用装置、营养液循环再利用系统、紫外消毒系统等。闭锁型育苗系统使育苗环境免受外界因子的影响，实现了温度、湿度、CO2浓度、光照、营养液等因子综合调控，而且可以精确模拟出最佳的种苗生长发育环境，使苗的生根生长与枝叶生长得整齐一致，生长周期可以大大缩短，可以完成商品化的种苗生产。,闭锁型育苗室,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,闭锁型育苗室,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,人工光栽培车间采用全封闭结构，内部环境完全人工控制。此栽培生产车间内部布置3组四层人工光栽培架，每层栽培架装有植物生长灯组和分段式栽培槽。此外还配备了恒温恒湿空调机组、环流风机、CO2施用装置、营养液循环再利用系统、紫外消毒系统等设备。整个内部系统采用PLC控制原理对设施内的各种环境因子，包括温度、相对湿度、光照、CO2浓度、营养液循环等进行自动控制和调节；使植物生长完全处于人工可控的状态下，不受外界环境的影响。,人工光栽培车间,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,www.jingpeng.cn,在催芽室无光或组培室弱光条件下培育的幼苗，移出后为了适应光照较强环境，必须在专门的炼苗车间进行绿化炼苗。炼苗车间内配备了21组床面可移动的栽培床，同时还配备了自主研发的智能循环式栽培床输送系统和绿化苗输送装置。定植前进行适时、适量的绿化和炼苗，是育苗过程中的一个重要环节，通过绿化和炼苗可增加幼苗的适应性和抗逆性，并使种苗长势稳健，移栽后缓苗快。,炼苗车间,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,叶菜生产车间设置有21组固定式栽培床和1套雾培生产装置，采用水培方式进行叶菜类蔬菜生产。该车间最大特点是配置了自动移栽收获装备。,叶菜生产车间,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,该车间主要生产设施是8组槽式岩棉栽培单元，上方配有生长线及吊钩，重点进行高品质、高产量的西红柿、彩椒等茄果类蔬菜的种植，该栽培系统环流风机下置，采用槽式岩棉栽培和滴箭灌溉系统，配套采摘车轨道（兼做采暖和降温介质管道）和电动液压采摘车。,果菜生产车间,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,施肥灌溉首部区,该区设置供水首部和营养液调配输送设备，主要功能是为植物的生长提供适合配方与浓度的养分并输送至需要的地方。该部分的建造也分为输送部分与调控部份，输送部份由管道联接而成，调控部份由营养液池，母液贮藏罐及各种养分检测探头与自动控制装置组成。它是营养液调控的中心，能为植物生长供应温度适合、各种营养元素齐全、溶氧充足、PH值适宜的营养液，只有这样才能让栽培的植物快速生长。在原水供应处配置纯水处理设备，对于循环回来的营养液还设置过滤消毒系统。,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,www.jingpeng.cn,冷藏室可分为两间：种子及组培苗冷藏间（种子库）和成品果菜及花卉冷藏间（成品菜库）。可提供05（预冷）和5 7（整理）的不同温度范围。冷藏室可降低种子、种苗、采后果蔬及花卉等的呼吸作用，减少水分蒸发、微生物繁殖和氧化作用的加剧，保持种子、种苗、果蔬和花卉的色泽、品质不变，维持原有的风味和营养或观赏价值。,冷藏室,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,本区域主要用来完成采收的新鲜蔬菜果品进行分级包装的过程，如叶菜的捆扎、果菜类的分类包装等，本车间配置的主要设备是一台DZ600型真空充氮包装机。经过采后加工包装的净菜，整齐均匀、美观干净，延长了果蔬的储存期，同时还可减少饮食业废弃物的排出，节约消费者的时间和精力。各种净菜进入市场搭配销售，可使消费者在同一包装内享受到多种蔬菜和水果的美味。,包装车间,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,技术创新农业物联网系统,基于Zigbee无线传感技术远程监控视频消防报警,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,基于Zigbee无线传感技术,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,远程监控,视 频,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,消防报警,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,技术创新营养液循环利用系统,营养液消毒循环利用技术不但可以去除营养液中残留的有害化学物质，补充植物生长发育所需要的营养元素，同时还能进行消毒，有效地防止了根部病害的发生。营养液消毒循环利用技术包括营养液消毒装备和营养液成分检测循环补充系统两部分。,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,营养液消毒装备采用多段处理工艺，前级采用砂滤法去除营养液中的组织老化残留物、浮游物，提高营养液的透明度，后级采用UV-OH技术进行终端处理，利用真空紫外线（Vacuum-UV）和短波紫外线（UV-C）两类波长高能级UV的相互协同作用，产生高级氧化物羟基自由基OH，结合臭氧消毒技术，实现快速、高效、广谱灭菌，净化营养液中的有机，无机污染物。营养液成分检测循环补充系统拟研究营养液的动态监测调控软件和硬件系统，实现自动检测营养液环境因子（液温、EC、pH、溶氧等）、自动补充营养要素，开发封闭式营养液循环再利用装置。,营养液循环利用系统,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,技术创新低碳节能环保技术,太阳能发电系统浅层地源热泵系统,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,并网发电原理图,太阳能发电系统,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,太阳能发电系统,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,地源热泵空调系统,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,技术创新工厂化生产技术,育苗播种生产线 穴盘苗自动移栽机 移栽收获机器人 滚动式苗床自动传送装置 绿化苗输送装置,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,育苗播种生产线,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,穴盘苗自动移栽机,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,该自动移栽收获装备由横梁机身和机头组成。横梁机身长度与车间跨度基本相同，可在跨间支柱上的轨道做南北向移动，机头则可以在横梁上左右行走。机头上装有气动机械手。自动移栽收获装备通过计算机系统确定作业位置、速度，具有安全、快速等特点，提高了栽培空间利用率，工作效率。,移栽收获机器人,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,循环式栽培床输送系统通过PLC控制器和传感器控制横向、纵向位移驱动装置实现栽培床横向、纵向自动输送，气动驱动装置实现栽培床横向和纵向输送的自动转换。,滚动式苗床自动传送装置,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,绿化苗输送装置,绿化苗输送装置为上下两层输送带结构，苗盘摆放在输送带上进行绿化。 该装置有苗盘到位输送带自停功能。,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,家庭植物工厂在植物工厂技术比较发达的日本，美国、荷兰等国家都有应用。在国内，家庭植物工厂是最近两年才在设施行业中出现的新生事物，其推广和应用尚处在研究和摸索阶段。家庭植物工厂是未来家庭园艺、家庭厨房所必备的一种家用电器，这套系统不仅能满足家庭对蔬菜安全、卫生、绿色需求，而且能吸收人居环境中的CO2，放出的O2，为家庭以及楼宇办公创造舒适的环境。生活在都市的人们可以亲手种植自己喜爱的蔬菜或果蔬品种，住在楼里当农民，亲近自然、陶冶情操。,（2）家庭植物工厂研究,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,第一代家庭植物工厂的整体外形结构，其外形尺寸与双开门冰箱大小相当，主要分栽培区、营养液循环区、电气控制区。栽培区共分三层，上下两层采用荧光灯光源，中间层采用LED光源。荧光灯为白光，可提供作物需要的各种光波；LED采用适宜植物生长红蓝波段光源，可促进叶菜植物叶菜及茎类植物生长。自动控制系统可定时控制灯光白天开启，夜间关闭，是作物符合自然环境下的生长周期。营养液循环区，营养液在家庭植物工厂底层的营养液箱内配制，通过自动控制系统定时与栽培区各层栽培床箱内的营养液进行营养液循环，以达到营养均衡供应及营养液管道消毒的目的。,第一代家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,第一代家庭植物工厂平面图及效果图,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,参展于2011年科技活动周的第一代家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,针对第一代家庭植物工厂体积较大，控制系统界面复杂，外观造型、材料选用等距离家用电器的要求还存在一定距离等问题开发了第二代家庭植物工厂。为满足家庭植物工厂产品目标客户的需求，第二代家庭植物工厂分为低端家庭植物工厂和中端家庭植物工厂两种产品。,第二代家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,（1）低端家庭植物工厂,低端家庭植物工厂产品材质采用了冷轧钢板、玻璃 钢，玻璃采用5mm单层带增透膜的亚克力板 。为了满足低端家庭植物工厂产品目标客户的需求，开发的低端家庭植物工厂产品有两种规格。低端家庭植物工厂系列产品无压缩机，内部栽培区域的温度主要靠横流风扇调节。,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,规格为820mm*746mm*1827mm，中层采用T5的LED灯管补光，上下层采用T5荧光灯管补光。,三层低端家庭植物工厂,两层低端家庭植物工厂,规格为820mm*746mm*1436mm，上层采用T5的LED灯管补光，下层采用T5荧光灯管补光。,低端家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,两层低端家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,三层低端家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,低端家庭植物工厂控制系统采用单片机+薄膜面板控制方式，显示部分采用小型液晶屏。,低端家庭植物工厂控制界面,1）低端家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,基于产品用户使用方便的角度考虑，界面设计上设定了作物种类（叶菜、果菜、花卉）和栽培期（催芽期、育苗期、生长期）供用户选择。低端家庭植物工厂控制系统还设有温度过高报警、营养液不足报警、营养液溢出报警、加湿器缺水报警。当出现上述报警情况时，红色指示灯会亮，提醒用户进行相关操作。系统通过湿度传感器采集栽培间内的湿度信息，并实时与设定值进行偏差比对，偏差大于一定值时，系统即控制加湿、除湿等各类执行器按照一定的规律工作，以控制和调整栽培间内的湿度。人工光控制、营养液控制等执行器采用定时控制，可按照预先设置的时间进行灯的开启与关闭、营养液的自动循环及补充。,1）低端家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,中端家庭植物工厂产品规格为1180mm*805mm*1150mm（3层），产品如右图所示。中端家庭植物工厂材质采用了冷轧钢板、玻璃钢，玻璃采用5mm双层带增透膜的亚克力板 ，中层采用T8的LED灯管补光，上下层采用T8荧光灯管补光。,2）中端家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,中端家庭植物工厂控制系统采用触摸屏+单片机控制方式，可设定温度、湿度，定时控制光照、营养液循环、换气风扇。触摸屏界面设定了导入界面、主界面、系统设置界面、自定义设置界面、温湿度曲线界面、密码设置界面、时钟设置界面7个界面。主界面的动画效果不仅能形象显示产品的运行状态（加热、制冷、加湿、除湿、营养液循环、营养液增氧、外换气、灯组开闭），还可以形象显示产品报警缘由（高温报警、低温报警、营养液不足报警、营养液溢出报警、加湿器缺水报警等）和产品栽培模式（品种：叶菜、果菜、花卉；栽培期：催芽期、育苗期、生长期）。主界面中的模式分为系统设置和自定义设置两种，选择其中一个按键，则此按键突出，另一个按键变暗。,2）中端家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,中端家庭植物工厂控制系统导入界面,中端家庭植物工厂控制系统主界面,中端家庭植物工厂控制系统系统设置界面,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,中端家庭植物工厂控制系统温湿度曲线界面,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,第三代家庭植物工厂,由于目前低端、中端三款产品都存在重量过重、成本过高、加工复杂、等问题，为了优化家庭植物工厂系列产品结构，正在进行第三代家庭植物工厂的研发。,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,南苑项目植物工厂,（3）植物工厂推广应用,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,西安世界园艺博览会现代种植展示项目植物工厂,（3）植物工厂推广应用,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,天津子牙循环经济产业区温室项目微型植物工厂,（3）植物工厂推广应用,三、中国植物工厂研究与应用,2012年8月，北京市植物工厂工程技术研究中心在北京通州桃花村俱乐部举行了首次技术委员会会议。会议邀请了西北农林科技大学、沈阳农业大学、中国农业大学、华中农业大学、中国农科院花卉蔬菜研究所等十几家科研院所的专家出席大会,就设施农业前沿技术进行研讨。,植物工厂工程技术研究中心启动大会,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,2、中国农科院等单位关于植物工厂的研究应用,三、中国植物工厂研究与应用,中国农大闭锁育苗车间，采用全人工光。,www.jingpeng.cn,（1）科研展示型植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,农科院楼顶实验型植物工厂,www.jingpeng.cn,（1）科研展示型植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,农科院玻璃温室内展示型植物工厂,www.jingpeng.cn,长春智能数字植物工厂建筑面积200，由植物苗工厂和蔬菜工厂两部分组成，以节能植物生长灯和LED为人工光源，并配有制冷与加热双向调温控湿系统、营养也在线监测与控制系统、光照/CO2联动气肥增施系统和远程监控系统等，可实现对植物工厂的温室、湿度、光照、CO2和营养液浓度进行自动监控，实现智能化管理。,（1）科研展示型植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,（1）科研展示型植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,南京汤山展示型植物工厂,www.jingpeng.cn,（1）科研展示型植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,寿光展示型植物工厂,www.jingpeng.cn,（2）家庭植物工厂,三、中国植物工厂研究与应用,www.jingpeng.cn,1、技术发展趋势植物工厂类型多样化栽培作物品种专用化低碳节能化（新能源、新光源应用）作业智能化,四、植物工厂展望,www.jingpeng.cn,2、植物工厂发展思路,未来植物工厂,智能控制系统研发,植物工厂环境监控系统，植物生长监测系统，营养液循环再利用系统，移动型闭锁型育苗系统,植物工厂研发,植物工厂整体规划设计与配套设备研究开发,新能源开发应用,太阳能温室发电系统，地源热泵温室空调系统风能及生物质能的开发,现代化集约化,提高现代化设施农业的的发展，增加经济效益、社会效益及生态效益,实现设施农业工厂化、集约化生产，完成植物工厂科研型向应用型的过渡,配套装备研发,推广与应用,植物工厂内相关种植设备、分级包装设备等研发，设施机器人的研究与开发,www.jingpeng.cn,不仅美化生活环境，还能为家庭提供绿色食品。由于植物在人工光下进行光合作用，释放氧气，因此，家庭用植物工厂还是一个天然的氧吧。,部队条件艰苦，土地有限，果蔬供应不足，军用型植物工厂可以采用多层次立体栽培，可大幅度提高果蔬产量，从而解决部队用菜难的问题。,