基于农学类的智能人工气候室建设

基于农学类的智能人工气候室建设
作者：魏艳　曲宝涵　郝双红
来源：《课程教育研究·上》2016年第02期

        【摘要】本文详述了基于农学类的智能人工气候室建设的基本作用以及详细参数，为此类实验室建设提供参考依据。

        【关键词】人工气候室 生测 农学类

        【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）02-0256-01

        随着科学技术的不断发展，人工气候室在工业、农业、航空航天和宇宙开发等领域都得到了广泛的应用。作为一个和农业发展息息相关的单位，我们每年有大量的生物测定要做，涉及植物、真菌、昆虫等。一般的气候培养箱已无法满足我们的需求，所以建设一个具有光照、加湿功能的高精度冷热恒温恒湿设备，可根据实验需要分时段设定不同的温度、湿度和光照度的智能人工气候室，提供理想的人工气候实验环境，保证室内生测的进行势在必行。这个气候室的建设将会加快我们的科研步伐，对于农药学科的发展具有现实意义。

        人工气候室按结构类型的不同，可分为阳光型、高照度、培养架等三种。作为农药学科我们主要需要的是培养架型人工气候室。其特点是通过培养架的立体结构，可提高气候室的空间利用率。其典型用途是适宜于培养植物苗类，也可用于组织培养，还可进行一些昆虫的养殖，为最终进行农药活性测定提供实验材料和场地。在此目的和考量下，我们设计了农学类智能人工气候室。

        一、项目概况

        本建设项目位于山东青岛，主要内容包括：人工气候室的平面布局、围护结构、空调系统、植物生长光源及计算机控制系统等的设计、设备安装及调试、人员培训及其他相关的技术服务。

        本设计为适用于进行不同农药活性测定的、能模拟自然界气候条件（温度、湿度、照度）的人工气候室，质量达到国内先进水平，可以满足不同植物和实验材料的研究要求。

        二、项目设计依据

        符合国家及行业的有关法规、规范、标准、条例、规定以及使用单位提出的建设要求。

        三、环境要求

        1.设计时所需的外界环境参数：

        设计的人工气候室性能及配备的设备满足在山东青岛自然环境（温度、湿度、光照等气象条件）下能够正常运行，耐受不良气象条件的能力强。

        2.场地面积（以现场确认为准）：35平方。

        四、技术参数

        培养室一共分为八个。一号培养室主要用于温度控制范围：5℃～40℃，温度均匀度：≤±1.0℃，湿度控制范围：50～85%RH，湿度控制精度：≤±7%RH（25至40℃时，工作区内）；光照度控制，光照强度：0～3000Lux（灯下100mm处）；新风换气，新风换气量：200m3/小时，可任意设定换气时间及换气次数。

        二号和三号培养室温度控制范围：20℃～40℃，温度均匀度：≤±1.0℃，湿度控制范围：50～85%RH，湿度控制精度：≤±7%RH（25至40℃时，工作区内）；光照强度：0～8000Lux（灯下 100mm处）；新风换气量：200m3/小时，可任意设定换气时间及换气次数。

        四号和五号号培养室温度控制范围：5℃～40℃，温度均匀度：≤±1.0℃，湿度控制范围：50～85%RH，湿度控制精度：≤±7%RH（25至40℃时，工作区内）；光照强度：0～3000Lux（灯下 100mm处），强光光照强度：0～80000Lux（中间区域为强光区）；新风换气量：200m3/小时，可任意设定换气时间及换气次数。

        七号和八号培养室温度控制范围：0℃～40℃，温度均匀度：≤±1.0℃，湿度控制范围：50～85%RH，湿度控制精度：≤±7%RH（25至40℃时，工作区内）；光照强度：0～8000Lux（灯下100mm处）；新风换气量：200m3/小时，可任意设定换气时间及换气次数。

        五、设备配备要求

        （1）气候室保温维护系统 主体材料为：聚氨酯夹芯板，密封胶及铝合金连接件等五金配件。聚氨酯夹芯板：保温板厚为 H=50mm，双面彩钢，钢板厚度δ=0.5，大于40千克双面覆膜，泡沫导热系数≤0.024w/（M-K）；吸水率≤4%（v/v）；减少导热损失，维持室内温度稳定；有良好的气密性，防止室外水蒸气分子的渗透，维持室内稳定。

        气候室门：门采用冷库专用保温门，开关灵活、无变形，密封良好。门装有安全脱锁装置，人工气候室内外均能开启，门上装有双层中空钢化玻璃观察窗。

        库体内部地面铺设2mmPVC塑胶地板，直角处采用铝型材圆弧过渡，圆弧铝采用厚度为1.2mm的喷塑铝合金型，无死角，易清洁除菌，处理后的接缝使用优质环保玻璃胶密封处理，整个人工气候室的围护结构按洁净室GMP国家标准施工。

        （2）制冷系统 制冷系统选用全封闭涡旋压缩机及高效低噪音吊顶冷风机，压缩机安装在室外，冷风机采用暗藏式安装，通过风道将冷量均匀的送入室内，美观大方不占用室内空间。

        （3）加热系统及加除湿系统 加热系统采用PTC陶瓷芯加热器，升温速度快，零氧耗，不影响室内湿度。人工气候室采用超声波加湿器，专业高效管道式除湿机进行除湿，除湿效果好，不占用室内空间。

        （4）换新风系统 新风换气机是一种新型的通风换气设备，它采用双向换气，把室外新鲜空气（新风）送入室内的同时，也把室内污浊空气（旧风）排向室外。送入室内的新风经空气过滤器过滤，保障了室内空气的洁净。此外，由于冬季和夏季室内外存在较大温差，为了不因双向换气而造成室内温度有较大的波动，新风换气机内设置了热交换器，令旧风和新风交换温度，达到既通风换气又维持室内温度稳定的效果。

        新风换气机采用全送新风、全排旧风的工作方式，不会造成交叉污染。并且选用了低噪声风机，进行消声处理，可足以保障人工气候室内的安静。新风换气系统采用节能型新风换气机，具有热交换功能，保证温度的稳定。

        （5）室内气流循环系统 采用合理的气流循环方式，保证室内温湿度的均匀。

        （6）照明和杀菌系统 室内均配备照明灯和紫外线杀菌灯，并配备备用插座等。

        （7）光源配备 气候室光源采用飞利浦 T5灯作为补光光源；光照均匀，光照强度可分级控制，可按设定的程序打开和关闭，控制的最小间隔为1分钟，24小时循环。

        （8）培养架配备 气候室培养架（苗床）为单层立柱式结构，材质为304不锈钢。

        （9）智能控制系统 人工气候室为一个独立单元系统，即在门外设置独立的配电智能控制系统，设置触摸屏显示器作为人-机界面，所有的参数显示和每间设定均可在触摸显示器上进行。控制器可实现自动/手动双向无扰动切换，可随时进行参数的修正或设置，实时显示人工气候室设备状态和测试的数据；所有单元系统可由一台管理计算机进行集中管理；所有的操作均在计算机屏幕上按菜单提示进行，操作使用极其方便。系统不设外露的按键开关，适应人工气候室高湿环境的安全防水要求。能模拟自然界气候条件的变化，按设定的程序对温湿度、光照等进行有规律的控制，可限时或无限循环运行。为了保证历史数据安全性，具有历史数据储存功能（USB5年以上）和远程网络管理软件通讯接口，同时能通过USB接口将历史数据导出。具有短信报警功能，网络管理功能；采用网络化的分层管理系统，实现与在人工气候室单元控制计算机上相同的功能，并可接入局域网和Internet实现远程管理。

        （10）整套培养室的设计 在满足使用要求的前提下，具有相应的节能措施，最大限度地减少其运行费用。