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水培煙草植物工廠的溫度控制系統是實現高效、穩定生產的關鍵技術環節。該系統通過集成傳感器、控制器和執行器，結合先進的控制算法，實現對根區營養液溫度和空氣溫濕度的精準、協同調控，從而為煙草（尤其是本氏煙草這類對溫度敏感的科研模式植物）的生長創造最佳環境。



一、溫度控制系統的核心構成與工作原理

一個完整的水培煙草植物工廠溫度控制系統，通常由感知層、決策層和執行層三部分構成，其核心目標是維持根區溫度和空氣溫度在設定范圍內。

根區（營養液）溫度控制：這是水培系統的核心。系統通過浸入營養液或水浴液中的溫度傳感器實時監測溫度。當溫度低于設定值時（例如，本氏煙草適宜的根區溫度為19–23℃），控制器會啟動加熱絲等加熱元件對水浴液進行加熱；當溫度達到上限時則停止加熱，以此將營養液溫度保持在適宜范圍內。一些設計還會采用具有保溫腔的雙層結構來減少熱量散失。

空氣溫濕度協同控制：植物工廠內的空氣溫度與濕度高度耦合，相互影響。傳統的PID控制器在單獨調節溫度或濕度時，容易對另一個變量產生干擾。因此，現代系統采用更先進的方法，例如利用前饋補償器對PID控制器的輸出信號進行補償解耦，以消除溫濕度控制之間的相互干擾。同時，結合RBF神經網絡等算法，能夠根據系統實時響應動態調整PID控制參數（Kp， Ki， Kd），實現更快速、更精準的控制。空氣溫度的控制通常通過空調、新風系統以及利用LED余熱回收來實現。

二、系統設計的關鍵技術要點與挑戰

在設計水培煙草溫度控制系統時，需要綜合考慮以下技術要點以應對實際挑戰：

高精度與穩定性要求：本氏煙草等作物對溫度波動敏感，日間適宜溫度為22–25℃，夜間為19–22℃。集裝箱等封閉空間內，若系統故障導致溫濕度失控，極易引發頂芽木質化或根系缺氧等問題。因此，系統需要具備高精度傳感器（控制精度可達±0.5℃）和可靠的執行機構。

應對環境突變的能力：外界環境或內部負載變化可能導致溫濕度劇烈波動。系統需配備緩沖加溫裝置以穩定晝夜溫差（最好小于5℃），并采用移動式環境探測器進行全覆蓋監測，以便快速響應。對于營養液，新舊液溫差應控制在≤2℃，以避免根系應激。

能耗優化與系統集成：溫度控制（尤其是空調制冷/制熱）是植物工廠的主要能耗來源之一。先進的系統會通過回收LED燈具產生的余熱用于加溫，這可以降低空調能耗高達56%。同時，系統需要與光照、CO?補充、營養液循環等子系統無縫集成，實現光-溫-氣-肥的協同調控。

文章來源：葉菜俠科技