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高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成

发布日期: 2017- 12- 19 字体:[ ]

获奖项目:高光效低能耗LED智能植物工厂关键技术及系统集成

主要完成人:杨其长,魏灵玲,宋卫堂,周增产,刘文科,郭文忠,张国义,程瑞锋,李琨,李成宇

主要完成单位:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,中国农业大学,北京大学东莞光电研究院,北京农业智能装备技术研究中心,北京中环易达设施园艺科技有限公司,北京京鹏环球科技股份有限公司,四川新力光源股份有限公司

推荐单位:北京市

获奖等级:国家科技进步奖二等奖

项目简介:

植物工厂是一种环境高度可控、产能倍增的高效生产方式,不受或很少受自然资源限制,可实现在垂直立体空间的规模化周年生产,甚至可在岛礁、极地、太空等特殊场所应用,对保障菜篮子供给、拓展耕地空间与支撑国防战略具有重要意义。植物工厂发展潜力大,但产业化应用面临成本控制与效益提升等问题,亟待突破光源光效低、系统能耗大、蔬菜品质调控与多因子协同管控难等关键技术难题。项目团队历经12 年系统研究,在植物工厂关键技术及系统集成方面取得重大创新和突破。

率先提出植物光配方概念,创制出基于光配方的LED 节能光源及其控制技术装备,显著提高光效。探明了PAR 单色光、UV 和FR 对植物产量与品质形成的机制,提出了植物工厂主要作物光配方优化参数;创制出红蓝芯片组合与荧光粉激发两大类LED 光源;研发出移动与聚焦LED 光源及其调控技术装备,实现节能50.9%。

首次提出了植物工厂光-温耦合节能调温方法,研发出室外冷源与空调协同降温控制技术装备,大幅降低系统能耗。阐明了植物工厂光期热负荷与室外冷源之间的匹配关系及调控机制,将光期置于夜晚并利用室外冷源调温,研制出协同调温策略及其节能控制技术装备。与传统降温相比,节能24.6%-63.0%。

率先提出光与营养协同调控蔬菜品质方法,研发出采前短期连续光照与营养液耦合调控技术,有效提升蔬菜品质。阐明了水培叶菜光、暗期硝酸盐-碳水化合物代谢机理,提出了采收前短期连续光照提升蔬菜品质方法,降低叶菜硝酸盐30%以上,提升Vc 和可溶性糖38%和46%。

研发出光效、能效与营养品质提升的多因子协同调控技术,集成创制出3个系列智能LED 植物工厂成套产品,实现规模化应用。集成创制出规模量产型、可移动型、家庭微型3 个系列植物工厂成套技术产品。

该项目获授权专利86 件,其中发明专利42 件(美国等国际专利4 件),发表论文112 篇(SCI、EI 38 篇),出版专著5 部。获军队推广特等奖、省部级一等奖、著作一等奖各1 项。整体水平达国际先进,光配方构建以及光-温耦合节能技术居国际领先。项目入选国家“十二五”科技创新成就展,并荣膺13 项重大科技成果之一。成果已实现在北京、广东、浙江等22 个省区、南海岛礁部队与航天系统以及美国、英国、新加坡等国内外应用。近3 年直接效益6.3 亿元,间接效益35.8 亿元,社会、经济与生态效益显著,应用前景广阔。

 

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