人工气候室介绍

一、仪器定位与学术定义

托普云农步入式人工气候室（典型定制代号RTOP系列）系依据植物生理学与环境控制工程原理设计的模块化拼装式大型受控环境实验设施。通过在气密围护舱体内集成工业级制冷/加热、加湿/除湿、全光谱LED照明及CO₂补气单元，对温度、相对湿度、光合有效辐射（PAR）/光量子通量密度（PPFD）、CO₂浓度及气流速度实施独立或耦合的闭环PID调控，可在数十至数百立方米空间内复现昼夜交替、季节更迭及特定气候胁迫事件（高温热害、低温冷害、干旱模拟等）。其实质是研究基因型—表型—环境互作（G×E）的"环境发生器"，属作物遗传育种加代、逆境生物学、植物生态模拟及种子检验领域的基准科研平台，区别于台式人工气候箱的有限容积与粗放单因子控制。

二、系统硬件构成

围护保温结构：采用双面彩钢或不锈钢面板夹高密度聚氨酯/岩棉保温板拼装，板间接缝以耐候密封胶处理，底板设承重防腐层或防滑花纹铝板；配气密平移/平开门、双层钢化玻璃观察窗（附遮光帘）及安全逃生装置，满足气密与隔热要求。

温湿度调控系统：由变频制冷压缩机组、电加热管、超声波或电极式加湿器、电子膨胀阀及冷凝除湿组件构成，配合顶部均流孔板与底部回风风道的强制对流风场（经CFD仿真优化），消除大空间温度分层与湿度梯度。

光照系统：顶置或侧置全光谱/多波段LED植物生长灯阵列，支持无级调光与红/蓝/远红光比例可编程，可模拟自然光周期、渐变晨昏及不同纬度的日总辐射量。

气体与新风系统：配置非扩散红外（NDIR）CO₂传感器及补气电磁阀，支持设定CO₂浓度梯度；配备全热新风换热器或定风量新风阀按换气次数引入过滤后室外空气，排出植物代谢产生的乙烯等副产物，维持O₂/CO₂平衡。

中央控制与传感单元：Pt100铂电阻测温、电容式湿敏元件测湿、光量子/照度计测光、NDIR测CO₂，各传感器实时采样反馈至工业计算机或PLC，驱动执行器修正偏差。

三、控制原理与工作逻辑

多回路PID闭环反馈：各环境因子由对应高精度传感器实时采样，与程序设定值比较后经比例—积分—微分算法运算，输出PWM或模拟信号驱动压缩机变频、电加热功率、加湿占空比、CO₂电磁阀开度及EC变频风机转速，消除稳态偏差并按预设时序渐变。

多段程序化环境编排：支持将全天划分为若干时段（段数可达数十至上百段），每段独立定义温、湿、光、CO₂、风速参数，可模拟自然光周期、渐变晨昏、季节性温度漂移及突发性气候胁迫；支持昼夜差异化CO₂设定与休眠/假日模式。

双机热备与异常处置：主控系统与备用系统实时同步，主控故障时备用系统自动无缝接管；具备传感器断线、超温、缺相、压缩机高低压保护及声光/远程推送报警功能。

物联网云端监管：通过现场触摸屏、PC端及移动终端实现远程实时监控、历史数据曲线回放、Excel/PDF格式数据导出及多级权限管理，满足科研记录可追溯性要求。

四、主要功能特性

1、控制器：智能人工气候室采用PLC编程，具备超温报警、远程报警、监控，手机APP实时查看、复位等。

2、围护部分：六面体双面彩钢/不锈钢聚胺脂高密度B1级环保保温材料；地面采用环保无毒材料，防潮防霉变。

3、恒温恒湿控制系统：全新动态恒温恒湿控制系统，响应快，精度高。

4、温湿度任意设定：任意设定的温度、湿度控制参数，自动构成局部的微气候环境。

5、新风换气系统：可定时进行换气，下面进新风，顶置排风。

6、风幕隔离系统：防止内外气流交换节约能耗。

7、内部循环通风、加湿系统：使库房内送风均匀、加湿均匀，不会出现局部区域温度偏差大。

8、光照系统：可量身打造特定植物生长习性的LED生长灯，寿命长、光效高。

9、制冷部分：冷冻机组，全自动控温。

10、暖通管道系统：内部材料为铜管，易安装，耐腐蚀，换热效率高。

11、断电记忆功能：各档程序参数长期记忆，系统意外断电后可以自动恢复运行。

12、报警功能：具有高温报警，异常报警功能。

13、双备份控制系统：主控制系统出现控制故障时，可用另一套控制系统进行应急控制。其中一套管路出现问题时，也能确保系统稳定工作，对库体控制环境不产生过大影响。

控制系统

1、控制系统：10寸超大全彩触摸屏，可设置温度、湿度、光照、时间、模式等参数，具有实时以及历史温湿度、光照等数据曲线，设备运行状态显示，故障图形代码显示等专用功能。

2、远程控制：带WIFI/4G/5G无线上传功能，无论在何时何地只要能上网即可通过手机和电脑远程对温湿度、光照数据进行查看，数据存储云端不丢失；远程复位、紧急开关机。

3、多种形式数据监管：可实现7*24小时不间断数据记录、存储，可按天、周、月查看历史数据，温湿度数据、不同库数据都可同一坐标轴显示。

4、异常情况报警：人工气候室具有超温报警、异常报警功能，可设定温度、湿度报警上下限值，数据异常、突然断电时可自动发出报警信号。

5、动态恒温恒湿控制系统：可任意设定温度、湿度参数，构成局部微气候环境，响应快。

6、断电记忆功能：系统意外断电后可自动恢复运行，充分保证试验工作的连续性。

五、典型应用领域

作物遗传育种与加代：水稻、小麦、玉米等作物反季节栽培与加代繁殖，缩短育种周期，开展品种适应性筛选。

植物逆境生理与生态：高温/低温/干旱/盐碱等单因子或多因子复合胁迫实验，解析植物抗逆机制与生理阈值。

种子检验与发芽试验：参照GB/T 3543《农作物种子检验规程》及ISTA规范营造标准发芽环境，保障发芽率测定的重复性与可比性。

组培快繁与药用植物驯化：组织培养苗继代、驯化用植物引种驯化的受控条件摸索。

昆虫饲养与生物防治研究：为特定昆虫提供适宜温湿光周期条件，用于生命科学、植保及生物防治基础实验。

六、设计与建造依据

人工气候室工程设计参照JB/T《生物人工气候箱》相关技术要求及建筑节能与暖通空调设计规范，环境控制指标满足GB/T 3543《农作物种子检验规程》中发芽试验环境均一性要求及国际种子检验协会（ISTA）相关条款，围护结构防火、保温性能符合国家现行建筑材料标准。项目实行从现场勘察、方案定制、工厂预制、现场安装调试至验收交付的全流程闭环服务。

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