日光型人工气候室介绍

一、仪器定义与用途

托普云农日光型人工气候室（亦称自然光型人工气候室/阳光型植物生长室，属RTOP系列定制工程）系国产户外或半户外大型受控环境生物培养系统。以双层中空钢化玻璃或PC板构成透光围护结构，直接利用自然全光谱太阳光为主光源，辅以智能外遮阳/内遮阳调控光强及LED补光灯填补阴雨天光周期缺口；通过PLC集散控制系统对室内温度、相对湿度、光照强度、CO₂浓度及新风换气率进行多因子闭环精准调控，可在不受自然季节与天气干扰的条件下开展植物全生育期培养、育种加代、抗逆性筛选及表型分析。该设施适用于农业科研院所、种业企业、高等院校及作物改良中心的长期栽培实验需求，是衔接实验室微型培养箱与田间大田的中间尺度科研基础设施。

二、工作原理

自然光利用与光环境调控：南北向或合理朝向布置的高透光围护结构使自然光合有效辐射（PAR）进入室内。外遮阳系统（铝合金百叶或阻燃遮阳网）根据光强传感器反馈自动开合/角度调节，将室内光照控制在设定阈值内防止光抑制；自然光不足（夜间、阴雨雪天）或需延长光周期时，顶部/侧部全光谱LED植物生长灯按预设光周期与光强自动开启补光。

温湿度动态平衡控制：室内布设多点Pt100或NTC温度探头及电容式湿度传感器，反馈信号传入PLC控制器。夏季通过压缩机制冷+室外水喷淋/湿帘降温系统抵消太阳辐射得热；冬季通过热水/电加热盘管制热；加湿采用电极/超声波加湿器，除湿采用表冷器过冷析湿或转轮除湿，PID算法维持温湿度设定点及均匀场分布。

CO₂浓度反馈补气：红外CO₂传感器实时监测室内浓度，低于设定下自动开启气瓶/发生器电磁阀补气，高于上限启动新风换气稀释，模拟不同大气CO₂水平对光合与生长发育的影响。

新风与微环境循环：定时或按室内CO₂/VOC水平启动新风系统（下送顶排或顶送下排），引入过滤后外界空气置换废气，配合内部循环风扇消除温湿梯度，保证植株冠层微气候均一。

三、系统结构与组成

围护结构：热镀锌钢骨架+双层中空钢化玻璃（或UV稳定PC耐力板）墙体与顶棚，接缝处三元乙丙（EPDM）密封胶条防水防渗；地面为防滑防腐环氧/防滑地砖+防潮层，北墙或部分墙体可做保温夹芯板以节能。

光照系统：外遮阳帘/内遮阳帘+顶部LED全光谱补光灯阵列（红蓝白比例可调或太阳光谱模拟型），支持0～100%无级调光及分段光周期编程。

暖通空调系统（HVAC）：涡旋/活塞压缩机并联机组（可双备份），风冷冷凝器或水冷系统，表冷器+电/热水再热盘管，低噪音EC循环风机，夏季可选屋顶淋水降温装置降低围护得热。

加湿除湿单元：不锈钢电极加湿桶或高压微雾加湿；制冷盘管深度除湿+再热补偿防过冷。

CO₂补气与新风模块：红外CO₂变送器、电磁补气阀、新风过滤箱（初效+中效）、排风止回阀。

中央控制系统：工业PC或PLC+10英寸及以上彩色触摸屏，支持多时段程序编排（温度/湿度/光照/CO₂各时段独立设定）、实时曲线显示、历史数据存储（U盘/网络导出）、异常声光报警（超温/断电/传感器故障）及手机APP/Web端远程监控。

栽培配套设施：可定制高度与层数的镀锌钢或不锈钢植物培养架、水培/基质培槽体、营养液循环与EC/pH在线调控单元（选配）、紫外灭菌灯、安防摄像头。

四、功能特点

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、典型应用场景

主要农作物（水稻、小麦、玉米、大豆等）及园艺作物育种加代与纯度鉴定，缩短育种周期1.5～2倍。

植物逆境生理研究——模拟高温、干旱（配合控水栽培）、盐碱、高CO₂等单因子或多因子复合胁迫，解析抗逆机制。

作物品种区域适应性预试与环境变异响应评估，为品种审定提供可控重复数据。

植物—昆虫互作、植物病理学人工接种与病害发展条件标准化控制。

特种经济植物、药用植物及濒危物种驯化栽培与种质保种。

六、建造与运维注意事项

选址应避开高大建筑物与树木遮挡以确保自然采光，地基需做防潮及承重处理；室外型须按当地风压雪载设计骨架锚固。

初次投运须对温湿度传感器、CO₂探头及光照计进行现场标定或委托第三方检定；遮阳系统行程限位须调试防过冲。

长期运行中定期清洁玻璃/PC板外表面灰尘以维持透光率；检查密封胶条老化情况，及时更换防止漏雨漏气。

HVAC滤网按使用环境定期更换（通常每季度或按压差报警），压缩机冷凝器翅片年度除尘，加湿桶除垢以防传感器漂移。

实验期间避免频繁随意开门造成微气候扰动，建议通过观察窗或内置摄像头巡检；长期停用应排空加湿水路、断电并按说明书做防潮保养。

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