步入式人工气候箱产品介绍

一、系统定义与学术定位

托普云农步入式人工气候箱（典型系列 TP‑ZWC，浙江托普云农科技股份有限公司研制）是介于台式人工气候箱与土建步入式气候室之间的大型拼装式/箱式受控环境实验设施。该系统以植物环境生理学与建筑热工学为理论基础，通过工业级制冷/加热、超声波/电极加湿与冷凝除湿、全光谱 LED 光配方照明及 CO₂ 补气单元，在聚氨酯夹芯板围护构建的气密舱体内对温度、相对湿度、光合有效辐射（PAR/PPFD）、CO₂ 浓度及气流速度实施多参数独立或耦合的 PID 闭环调控，可在数立方米至百余立方米空间内精确复现昼夜交替、季节更迭及气候胁迫（高温热害、低温冷害、干旱模拟等）。其本质是研究基因型—表型—环境互作（G×P×E）关系的大型"环境发生器"，解决台式培养箱无法容纳高秆作物（玉米拔节期、果树幼苗）及群体栽培样本量不足的瓶颈，属植物生理学、逆境生物学、作物遗传育种加代及生态模拟领域的基准科研平台。

二、核心硬件构成与围护结构

模块化围护保温结构：外壳采用高性能碳钢或双面彩钢板，夹层填充高密度聚氨酯泡沫（通常≥75 mm），底板设承重防腐层或防滑花纹铝板；阴阳角及板间接缝施耐候密封胶形成气密舱体。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/急停装置，有效隔绝外部热湿扰。

温湿度调控单元：工业级二元或三元变频制冷压缩机组配合镍铬合金电加热管实现宽温域调节；超声波或电极式加湿器与冷凝除湿盘管联用，经 CFD 优化的顶部均流孔板或背部矩阵出风配合 EC 离心风机形成均匀湍流场，消除大空间温度分层与湿度梯度。

全光谱 LED 照明系统：顶部及可选侧置四色/多色 LED 生长灯阵列（含红光 660 nm、蓝光 450 nm、白光 400–700 nm、远红光 730 nm），支持光强无级调光与红蓝光比编程，非对称配光设计确保各层培养架及室体角落 PPFD 分布均匀，可模拟自然光周期、晨昏渐变及不同生育期"光配方"。

CO₂ 与新风交换系统：配置非扩散红外（NDIR）CO₂ 传感器与补气/排气电磁阀，按设定浓度自动启闭 CO₂ 钢瓶或发生器；全热新风换热器或定风量新风阀按设定换气次数引入过滤后室外空气并排出植物代谢副产物（乙烯等），维持 O₂/CO₂ 平衡。

立体培养架与栽培支持：镀锌钢喷塑或不锈钢多层可调距培养架，适配盆钵、组培架、水培/雾培槽；可选配自动灌溉系统（含 pH、EC 在线监测与配肥）及高光谱/RGB 作物长势监测模块。

智能控制与物联终端：基于工业 PLC/SCADA 的中央控制器，多点布设 Pt100 铂电阻温度传感器、电容式湿度传感器、光量子传感器及 NDIR CO₂ 分析仪实时采样，驱动执行器消除偏差。支持现场触摸屏操作，通过 IoT 网关接入 PC 端或移动 APP 实现远程监控、历史曲线回溯、异常报警推送及 GLP 合规审计追踪。

灭菌与安全系统：室内配置紫外线灯管与臭氧发生器实现定期或批次间 360° 灭菌防止交叉污染；具备超温、传感器故障、缺相、压缩机高低压等多重声光报警及电磁锁+屏幕锁双重防护。

三、控制原理与运行机制

多回路 PID 闭环反馈控制：各环境因子由对应高精度传感器实时采样，与设定程序值比较后经比例—积分—微分算法计算控制量，分别调节变频压缩机转速、电子膨胀阀开度、电加热功率、加湿器占空比、CO₂ 电磁阀脉宽及 EC 风机转速，将各参数稳态偏差控制在科研允许范围内。

CFD 优化强制对流风场：经计算流体动力学仿真设计送回风结构，在大空间内形成低湍流度均匀气流组织，确保同一气候箱内不同水平/垂直位置微环境变异系数满足重复实验要求，避免局部"热点""冷点"或 CO₂ 分层。

多段程序化环境编排：支持将全天划分为数十至上百个时段，每段独立定义温、湿、光、气、风参数，可模拟自然光周期渐变、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、假日/休眠模式及多套环境模板存储调用。

梯度气候与分区独立控制（选配）：大型多间或单间多区设施可配置独立环控回路，在同一建筑内并行运行不同温光条件（对照 vs 高温胁迫 vs 低温胁迫），或在单室内构建可控温湿梯度带供筛选实验。

四、典型实验工作流

方案设定与程序下载：研究人员依据实验设计（如育种加代长日照条件、干旱胁迫低湿条件、昼夜温周期）在控制软件中编辑多段温光湿气程序并下发至现场 PLC。

舱体预平衡：启动系统使气候箱各环境因子达到设定初值并稳定，确认均匀性合格后放入试材（种子、组培苗、盆栽植株或高秆作物）。

受控培养与动态监测：培养期间系统按预设程序自动运行，人员可步入室内进行观测、取样、调换位置或灌溉；所有环境参数及设备运行状态被连续记录。

逆境模拟与胁迫施加：在预定时间点修改程序中某时段参数（如降温至冷害阈值、降湿至干旱模拟值、升 CO₂ 至倍增条件）触发气候事件，观察植物响应。

数据导出与审计追溯：实验结束后导出带时间戳的环境元数据（温湿光气曲线、报警记录），与植物表型/生理测定数据匹配，用于 G×E 互作分析及论文方法学描述，符合 GLP 数据完整性要求。

批次间灭菌与重置：实验结束取出试材，启动 UV＋臭氧联合灭菌程序，待残留消散后清洗舱体，载入下一批次程序开始新实验。

五、关键技术创新点

大空间 CFD 均风设计＋多点传感融合：解决步入式舱体温度/CO₂ 分层与光照不均问题，保障群体尺度植物实验的可重复性。

全光谱可调 LED 光配方编程：超越固定光谱荧光灯，支持按作物种类与生育阶段定制红蓝比、远红光补充及光周期渐变，贴近生理最适光环境。

多因子耦合程序编排与 GLP 审计追踪：将复杂气候情景（如先干旱后高温骤发）固化为可复用程序，全过程环境数据加密存档满足科研发表与认证审查需求。

模块化拼装/集装箱式设计与功能可扩展：围护结构为螺栓连接夹芯板或标准海运集装箱改造，可依场地定制长宽高；可选配自动水肥、高光谱表型成像、种质资源邻接分区等，融入数字农业综合实验平台。

六、核心功能

1、全天候模拟：系统支持24小时全天候环境模拟，标配48组独立参数组（涵盖温湿度、光照等各参数），精确复刻自然界昼夜变化的微妙差异。

2、高性能碳钢外壳，美观大方：箱体外壳为高性能碳钢，表面喷涂防锈漆，保温夹层采用不锈钢聚氨酯保温板，高阻燃、抗压强。

3、可视化设计：配置双层钢化玻璃观察窗及遮光帘，方便观察试样品试验状态。

4、数据采集与调控：室内环境参数实时采集，自动智能控制温度、湿度、光照、新风、杀菌；

5、自动化编排管理：根据植物全生育周期，自定义编排运行计划，实现从播种到成熟全过程的自动化环境管理。

6、湿度均匀：室内使用超声波加湿器加湿，加湿可靠。

7、风道式通风，温度均匀：全热新风换热系统，确保室内温度均匀度。

8、360度灭菌：配备了*的灭菌设备，包括紫外线灭菌设备和臭氧发生器等，确保物品在优良状态下保存和使用。

9、定制式育苗培养架：采用全光谱适用于植物生长光照，实现增产增效，具有发光效率高，节能省电的特点，支持光配方和灯外观设计。

10、智能控制系统：设备运行工况显示，当前时间、温度、湿度、冷媒压力、压缩机工作状态、蒸发器工作状态、化霜状态、冷凝器工作状态、报警、历史报警、当前设定等。

11、配备远程通讯模块：在物联网控制软件中实现，连接网络后，可实现远程联网监测功能，全程记录参数及温湿度等曲线图变化，可让操作人员通过办公室的电脑、手机APP等及时观察及控制库运行。

七、学术意义与技术价值

该设施将传统依赖自然大田季节性栽培、受气候随机性严重干扰的作物试材培育与胁迫处理，升级为空间大尺度、时间可编程、多环境因子解耦/耦合控制的基准受控实验范式，消除自然变率对基因型—表型关联分析的混淆效应，为作物抗逆机理阐明、育种效率提升及植物对全球气候变化响应的预测性研究提供可重复、可量化、具完整环境审计轨迹的实验基座。其"模块化气密围护—CFD 优化强制对流—多回路 PID 光温湿气闭环—多段程序化气候编排—IoT 数据审计追溯"的技术路线，构成了国产大型植物受控环境设施的工程化与标准化解决方案。

浙江托普云农科技股份有限公司专业研发生产供应（销售）步入式人工气候箱，厂家直销，欢迎新老用户了解咨询！