原文信息：
Significantly Enhanced Energy Efficiency through Reflective Materials Integration in Plant Factories with Artificial Light
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924019706
Highlights
• 系统集成的自制低成本PET-Ag-EP膜，在400-700nm中的反射率高达96.5%
•通过计算流体力学和蒙特卡洛光线追踪方法构建培育单元仿真模型
•集成反射材料的新型全人工光植物工厂系统可将照明能耗降低36%以上
•集成反射材料的新型全人工光植物工厂系统可在降低能耗的同时提高植物的生长指标
Research gap
与传统农业和温室农业相比，全人工光植物工厂的能源消耗尤其是光能消耗非常高，这严重影响了植物工厂的发展。我们希望能够提出一种稳定可靠的、简易低成本且高效的节能方法，能够和现有的一些节能方法耦合，有效降低全人工光植物工厂的光能能耗。
Abstract
Plant factory with artificial light (PFAL) based on vertical farming is a promising technology for resource-efficient plant production, especially in urban areas or arid regions. However, the lighting system of PFAL requires a large amount of energy, which makes the total energy cost much higher than open-field and greenhouse farming. To address this issue, in this work, a cultivation system integrated with highly reflective materials is demonstrated in PFAL, which reduces light energy consumption by more than 36%. A low-cost reflective film is fabricated with an overall reflectivity of 96.5% in the entire photosynthetically active radiation spectrum. The effectiveness of this reflective film in reducing energy consumption is further demonstrated with optical simulation analysis and the corresponding computational fluid dynamics simulation based on an experimental cultivation rack. The corresponding field experiments of 3 different types of lettuce, Crunchy, Butterhead and Grand Rapids, under different light intensities are conducted in the cultivation unit. With reflective film properly installed, a 36% reduction of light energy consumption is demonstrated while the dry weight and fresh weight still increase. An additional benefit is that the light reception area of lettuce becomes larger due to the more uniform lighting with the integration of reflective material. This work presents a simple yet reliable strategy for enhancing the energy efficiency in PFAL systems and can achieve the cost-effective daily production of lettuce with significantly reduced energy input.
Keywords
Reflective material integration
Plant factory with artificial light
Energy-saving
Optical model simulation
Computational fluid dynamics simulation
Graphics
图1 反射材料集成示意图
图2 不同高度和不同反射率的材料集成的光学仿真
图3 PET-Ag-EP反射膜的结构与表征结果
图4 光学仿真模型的验证
图5 植物生长表现和干鲜重的种植实验结果
团队介绍
团队介绍：
本研究由上海交通大学密西根学院、溥渊未来技术学院、农业与生物学院的研究人员共同完成。
通讯作者简介：
鲍华，博士，上海交通大学溥渊未来技术学院教授、绿色能源与未来农业研究中心主任，博士生导师，国家自然科学基金优秀青年基金获得者。主要从事能源管理与工程热物理的研究，研究成果应用在太阳能光伏光热利用、植物工厂能源管理、辐射制冷、建筑热管理等领域。担任中国材料与测试标准团体委员会（CSTM）材料基因工程领域委员。在Nature Communications, Nano Energy, Applied Energy, International Journal of Heat and Mass Transfer等高水平学术期刊发表SCI论文100余篇，引用5600余次。授权国家发明专利3项。在IMECE, IEEE-NEMS, MRS Spring Meeting，ASME IMECE等国内外学术会议上做主旨、邀请报告十余次。主持3项国家自然科学基金、JWGF创新特区项目、上海市自然科学基金项目。
第一作者简介：
蔡文逸，博士研究生，从事植物工厂能源管理、太阳能光热利用的研究。在Applied Energy、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊发表一作论文2篇。
关于Applied Energy
本期小编：林成楷 ；审核人：鲍华
《Applied Energy》是世界能源领域著名学术期刊，在全球出版巨头爱思唯尔 (Elsevier) 旗下，1975年创刊，影响因子10.1，CiteScore 21.2，本刊旨在为清洁能源转换技术、能源过程和系统优化、能源效率、智慧能源、环境污染物及温室气体减排、能源与其他学科交叉融合、以及能源可持续发展等领域提供交流分享和合作的平台。开源（Open Access）姊妹新刊《Advances in Applied Energy》影响因子13.0，CiteScore 23.9。全部论文可以免费下载。在《Applied Energy》的成功经验基础上，致力于发表应用能源领域顶尖科研成果，并为广大科研人员提供一个快速权威的学术交流和发表平台，欢迎关注！
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