智能人工氣候箱的發(fā)展歷程及儀器特性的介紹
來(lái)源： http:/// 類(lèi)別：實(shí)用技術(shù) 更新時(shí)間：2013-01-29 閱讀次
【本資訊由中國(guó)糧油儀器網(wǎng)提供】 智能人工智能人工氣候箱是在人工控制溫度、相對(duì)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(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(guó)維斯康星大學(xué)(生物專(zhuān)用)、蘇聯(lián)新西伯利亞科學(xué)院、法國(guó)吉夫農(nóng)業(yè)中心、日本理化研究所、新西蘭北帕爾默斯頓、菲律賓國(guó)際水稻研究所等所有的大型智能人工氣候箱。國(guó)外還有許多專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)智能人工氣候箱包建、智能人工氣候箱生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)公司，此外國(guó)際環(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(guó)智能人工氣候箱動(dòng)態(tài)，國(guó)際環(huán)境控制協(xié)會(huì)總部設(shè)在法國(guó)巴黎。我國(guó)1973年在上海植生所建成了第一個(gè)智能人工氣候箱(控制濕、溫、光照)屬通用型(概況見(jiàn)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(duì)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(cè)、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(zhǎng)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�1萬(wàn)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(yáng)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(duì)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(kāi)這一區(qū)域。工作區(qū)流速小于。.5米/秒�？装鍨殄冧\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(lái)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(guó)外多用離心式，由于水質(zhì)要求高(用離于水)，國(guó)內(nèi)使用有困難。電極加濕對(duì)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(chēng)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(guò)程最好自動(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(guò)濾裝置。作物對(duì)振動(dòng)、噪音比較敏感，盡可能考慮避震措施。自然光智能光照培養(yǎng)箱需在玻璃外表面淋水，吸收太陽(yáng)輻射熱。水膜厚0.5cm，可吸收多達(dá)85%太陽(yáng)輻射熱(循環(huán)水)。
自然光室可按地板面積計(jì)算太陽(yáng)輻射熱(各方向射入太陽(yáng)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(yáng)光(光量及光質(zhì))。為了模擬太陽(yáng)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(zhǎng)。通用型的人工光源，光譜近似太陽(yáng)光，光強(qiáng)滿足作物光補(bǔ)償點(diǎn)以上進(jìn)行調(diào)節(jié)。專(zhuān)用型對(duì)某段光譜有專(zhuān)門(mén)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(lèi)有太陽(yáng)燈、金屬鹵化物燈、熒光燈、白熾燈、氖燈。近似太陽(yáng)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(zhǎng)要求，紫蘭光還少一點(diǎn)(波長(zhǎng)400-490毫微米占22%，僅有太陽(yáng)光一半)。缺點(diǎn)是功率太小(250W，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，如專(zhuān)用型還需用混合光源。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(guò)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(zhǎng)的紅外線對(duì)植物只能起到熱作用，對(duì)生理無(wú)益。
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(duì)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(cè)、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(zhǎng)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�1萬(wàn)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(yáng)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(duì)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(kāi)這一區(qū)域。工作區(qū)流速小于。.5米/秒�？装鍨殄冧\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(lái)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(guó)外多用離心式，由于水質(zhì)要求高(用離于水)，國(guó)內(nèi)使用有困難。電極加濕對(duì)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(chēng)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(guò)程最好自動(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(guò)濾裝置。作物對(duì)振動(dòng)、噪音比較敏感，盡可能考慮避震措施。自然光智能光照培養(yǎng)箱需在玻璃外表面淋水，吸收太陽(yáng)輻射熱。水膜厚0.5cm，可吸收多達(dá)85%太陽(yáng)輻射熱(循環(huán)水)。
自然光室可按地板面積計(jì)算太陽(yáng)輻射熱(各方向射入太陽(yáng)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(yáng)光(光量及光質(zhì))。為了模擬太陽(yáng)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(zhǎng)。通用型的人工光源，光譜近似太陽(yáng)光，光強(qiáng)滿足作物光補(bǔ)償點(diǎn)以上進(jìn)行調(diào)節(jié)。專(zhuān)用型對(duì)某段光譜有專(zhuān)門(mén)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(lèi)有太陽(yáng)燈、金屬鹵化物燈、熒光燈、白熾燈、氖燈。近似太陽(yáng)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(zhǎng)要求，紫蘭光還少一點(diǎn)(波長(zhǎng)400-490毫微米占22%，僅有太陽(yáng)光一半)。缺點(diǎn)是功率太小(250W，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，如專(zhuān)用型還需用混合光源。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(guò)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(zhǎng)的紅外線對(duì)植物只能起到熱作用，對(duì)生理無(wú)益。
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