CN102835278A - 一种多源冷热联供的模拟实验温室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多源冷热联供的模拟实验温室，包括用于围成温室内部空间的侧壁和顶棚，设置在温室外部的气象站，以及用于调节温室内部空间环境参数的温室环境调节系统，所述温室环境调节系统包括用热单元、向用热单元供热的热源以及协调热源和用热单元能量传递的控制单元，所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉，所述太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，三者的水循环管路并联的接入一集热水箱，该集热水箱向各个用热单元供热。本发明多源冷热联供的模拟实验温室，建立多种能源转化的冷热联供系统，根据温室内部栽培作物的生长需要，提供适宜的环境温度，可以大大减少常规能源的消耗，达到能耗优化的效果。

Description

一种多源冷热联供的模拟实验温室

技术领域

本发明涉及温室模拟装置领域，具体涉及一种多源冷热联供的模拟实验温室。

背景技术

植物温室等农业设施是集生物工程、农业工程、环境工程、自动化控制为一体，多学科综合应用的系统工程。利用工程技术手段和工业化生产方式，通过各种设施调控温室内部环境，为作物营造适宜的生长环境，进而获得高产优产。

由于植物生长对环境温度具有高度依赖性，能耗优化及温度调控技术一直以来是植物温室领域研究的重点。传统植物温室设施依赖煤炭、柴油、电能等常规能源供应能量，随着常规能源的日益紧张，太阳能等可再生能源的应用成了新的研究热点。

现代农业设施中，温度控制技术大多借鉴建筑供热方面的研究成果，以建筑热负荷为基础进行能耗计算得到了较为广泛的研究。植物温室与民用建筑在不仅在建筑结构、温度需求等方面存在的差异，植物温室供能系统设计还必须遵循作物生长与温度之间的规律。

针对不同植物温室的类型、朝向、结构以及作物种类，从植物温室的选址、外形设计、覆盖材料的选择，到植物温室的负荷计算、供热系统设计和运行控制，以及植物温室的保温节能系统的选择和使用管理，都需要考虑能耗优化，才能达到最高效率的能量利用。

以色列、希腊等国家从经济方面对温室地热能利用进行了分析，对几种供热系统进行了比较研究，给出了高效可行的供热方案。而在我国，温室供热方面研究较少，随着能源的综合开发和应用，新能源在温室供热方面的高效利用将成为亟待解决的问题。

因此，需要提供一种模拟实验温室，研究各种能源的供应和使用规律，根据作物的生长机理，得到温室微气候环境温度控制的模型，提高各种能源的利用效率，达到能耗优化和节能减排的效果。

发明内容

本发明提供了一种多源冷热联供的模拟实验温室，建立多种能源转化的冷热联供系统，根据温室内部栽培作物的生长需要，提供适宜的环境温度，可以大大减少常规能源的消耗，达到能耗优化的效果。

一种多源冷热联供的模拟实验温室，包括用于围成温室内部空间的侧壁和顶棚，设置在温室外部的气象站，以及用于调节温室内部空间环境参数的温室环境调节系统，所述温室环境调节系统包括用热单元、向用热单元供热的热源以及协调热源和用热单元能量传递的控制单元，其特征在于，所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉，所述太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，三者的水循环管路并联的接入一集热水箱，该集热水箱向各个用热单元供热。

所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉用于提供温室所需要的能源，地热集热装置所提供的能量较为稳定，但是，在需要供热的季节(外界温度较低，难以满足温室内作物的生长需要)，单一的地热集热装置难以满足能量供应需求，太阳能集热器集热效率较高，可用于补偿地热集热装置的供能不足，如果太阳能集热装置、地热集热装置的能量供给仍不能满足温室内作物的生长需要，则启动锅炉。

太阳能集热装置、地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，所述控制单元采集温室内部温度，太阳能集热装置的出水口和回水口、地热集热装置出水口和回水口以及锅炉的出水口和回水口的温度以及用热单元的温度，依据温室内部的设定温度(设定温度依据作物的类型及生长周期设置)，当温室内部温度高于设定温度时，所述集热水箱向用热单元供热，降低温室内部温度，当温室内部温度低于设定值时，热源向集热水箱供应热水，提高温室内部温度。

当太阳能集热装置和地热集热装置不足以提供所需热水时，开启锅炉向集热水箱供水。

作为优选，所述温室环境调节系统还包括通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统、湿度调节子系统，所述控制单元接收气象站信号，同时协调这些子系统；

所述温度调节子系统中包括第一温度传感器和空调机组，所述控制单元根据第一温度传感器采集的温室内部温度信号控制空调机组；

所述湿度调节子系统中包括第一湿度传感器、喷淋装置和蒸发装置；所述控制单元根据第一湿度传感器采集的温室内部湿度信号控制喷淋装置和蒸发装置；

所述通风调节子系统中包括第一通风传感器和通风装置；所述控制单元根据第一通风传感器采集的温室内部风速和风向信号控制通风装置；

所述光照调节子系统中包括第一光照传感器、光源和遮阳装置，所述控制单元根据第一光照传感器采集的温室内部光强信号控制光源和遮阳装置。

所述气象站用于收集温室外部温度、湿度、风向、风速、日照辐射和雨量等信息，可以采用农业生产专用的小型气象站。

所述控制单元收集所述气象站以及室内温度、湿度、通风以及光照信号，控制所述的空调机组、喷淋装置、蒸发装置、通风装置、光源以及遮阳装置，调节温室内部的微气候，以适应不同作物的不同的需求。

也可以通过人为输入相应的环境参数(例如温度、湿度等)，对控制单元的输入信号做调整，增加控制单元工作的合理性。

所述控制单元根据不同植物生长的需求参数，根据机理模型计算得到植物生长的理想环境参数。

作为优选，所述空调机组和蒸发装置作为所述的用热单元与集热水箱中的热水换热或直接通过管路与集热水箱连通。

模拟实验温室内部的温度高于设定温度时，集热水箱中的热水向空调机组供应热水，空调机组制冷，当温室内部湿度小于设定湿度(设定湿度依据作物种类及生长周期设定)时，集热水箱向蒸发装置供水，用于增加温室内部空气湿度。

作为优选，所述集热水箱的热水出口还连接有温控水箱，所述温控水箱向蒸发装置供水。

当温室内部温度高于设定温度时，温控水箱作为用热单元，由集热水箱供水。

作为优选，模拟实验温室还包括杀菌装置和干燥装置，所述温控水箱向杀菌装置和干燥装置供水。

所述温控水箱向杀菌装置和干燥装置供水，增加能量的利用途径，提高能量的利用效率。

作为优选，所述通风装置包括设置在温室内的风机以及设置在侧壁和/或顶棚部位的自动窗，所述风机以及自动窗均受控于所述控制单元。

所述自动窗设置在温室的侧壁或者顶棚，也可侧壁和顶棚均设置自动窗，所述控制单元依据温室内部第一通风传感器以及气象站中采集到的通风信息，控制自动窗的打开和关闭，来控制温室内部的通风。

作为优选，所述遮阳装置为遮光幕以及控制该遮光幕张合的驱动电机，所述驱动电机受控于所述控制单元。

所述遮光幕用于遮挡外界光线，所述控制单元依据气象站采集的光照信号以及第一光照传感器采集的室内光照信号，控制遮光幕的打开和关闭，从而调节温室内部的光照。

为了控制温室内部微环境失衡对作物造成不可逆的损坏，优选地，所述模拟实验温室还设有安全监控装置，所述安全监控装置受控于所述控制单元。当温室内部环境参数超过极限值(作物所能承受的极端环境下的各环境参数值)后，所述安全监控装置发出报警信号，人工及时控制所需要的改变。

作为优选，所述控制单元中带有温室环境耗能平衡模型，该温室环境耗能平衡模型以温室内外的环境参数为输入，向通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统以及湿度调节子系统发送控制信号。

假设温室内部空气混合均匀，同时忽略作物呼吸作用和光合作用消耗的能量，则温室内空气的温度主要是由入射到温室内的太阳辐射能量决定。

在白天，太阳辐射透过侧壁和顶棚照进温室，自然加热温室，入射的太阳辐射在接触到各种表面时转换为热能，这些热能通过对流等方式散布到温室的空气中。

在夜间，存储在土壤中的热量以长波辐射形式向四周散发，补偿温室所散失的热量。

综前所述，考虑蒸腾作用和通风作用，建立温室环境耗能平衡模型，模型方程如下所示：

ΔQ＝Q_rad+Q_heat+Q_vent+Q_cac+Q_crad+Q_soil+Q_leaf-Q_cool-Q_tran-Q_p-Q_s

式中：ΔQ为温室内部空气的显热增量，单位为W；

$\mathrm{\ΔQ}=\mathrm{V\ρ}{c}_p\frac{\∂T_{\mathrm{ai}}}{\∂t}$

其中，

V：温室内部空间的体积，单位为m³；

ρ：温室内部空气的密度，单位为kg/m³；

c_p：温室内部空气的比热，单位为J/(kg·K)；

T_ai：温室内部空气的温度，单位为K；

Q_rad：太阳光照辐射能量，单位为W；

Q_rad＝AR_n

其中，

A：温室地表面积，单位为m²；

R_n：太阳光热辐射能量密度，单位为Wm^-2；

Q_heat：加热能量(不加热时忽略)，单位为W；

Q_vent：通风热交换能量，单位为W；

Q_vent＝ρc_p(T_ao-T_ai)VR

其中，

ρ：温室内部空气的密度，单位为kg/m³；

c_p：温室内部空气的比热，单位为J/(kg·K)；

V：为通风窗有效的通风面积(m²)；

R：通风率系数，单位为ms^-1；

T_ao：温室外部的温度，单位为K；

T_ai：温室内部的温度，单位为K；

Q_cac：与外界热传导能量，单位为W；

Q_cac＝q_i*A_c＝h_ciA_c(T_ao-T_ai)

其中，

q_i：热流密度，单位为wm^-2；

h_ci：空气的导热系数，单位为wm^-1k^-1；

A_c：温室覆盖层面积，单位为m²；

T_ao：温室外部的温度，单位为K；

T_ai：温室内部的温度，单位为K；

Q_crad：长波辐射能量，单位为W，水培温室忽略；

Q_soil：与土壤热交换能量，单位为W；水培温室忽略；

Q_leaf：温室内部空气与作物叶面的热传导能量，单位为W；

Q_leaf＝2A_ph_p(T_p-T_ai)

其中，

A_p：作物叶片的总面积；

h_p：叶片的导热系数，单位为wm^-1k^-1；

T_p：植物叶片的温度，单位为K；

T_ai：温室内部的温度，单位为K；

Q_cool：用热单元所带走的能量，单位为W；

Q_tran：作物蒸腾所需要的能量，单位为W；

Q_tran＝H*m_tr

其中，

H：蒸发热；

m_tr：蒸腾量；

Q_p：作物光合作用所需的能量(忽略)；

Q_s：温室周边的散热量，单位为W，对于容积较大、周围又有其他温室相连的温室，此项可忽略；

综上所述，可得到温室环境耗能平衡方程式为：

${\mathrm{Vpc}}_p\frac{\∂T_{\mathrm{ai}}}{\∂t}={\mathrm{AR}}_n+h_{\mathrm{ci}}{A}_c(T_{\mathrm{ai}}-T_{\mathrm{ao}})+\mathrm{\ρ}{c}_p(T_{\mathrm{ao}}-T_{\mathrm{ai}})\mathrm{VR}+2A_p{h}_p(T_p-T_{\mathrm{ai}})+Q_{\mathrm{heat}}-Q_{\mathrm{cool}}-Q_{\mathrm{tran}}$

热源和用热单元之间的热传递，可根据冷热联供系统的实际运行模式及相应设备的功率计算得到。

作为优选，所述气象站包括用于采集温室外部环境参数的第二通风传感器、第二温度传感器、第二光照传感器、第二湿度传感器和雨量传感器。

所述气象站的第二通风传感器、第二温度传感器、第二光照传感器、第二湿度传感器和雨量传感器，用于采集温室外部环境参数，依据这些环境参数，通过控制单元，控制温室内部环境参数，形成适合作物生长的微气候。

本发明多源冷热联供的模拟实验温室，利用多种热源以及用热单元，建立冷热联供系统，根据温室内部的作物生长需要，提供适宜的生长环境，同时可以进行温室供热效能的实验，研究温室微气候环境温度控制的机理模型，减少常规能源的消耗，达到能耗优化以及节能减排的效果。

附图说明

图1为本发明多源冷热联供的模拟实验温室组成示意图；

图2为本发明多源冷热联供的模拟实验温室能量转换示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做详细描述。

一种多源冷热联供的模拟实验温室，包括用于围成温室内部空间的侧壁和顶棚，设置在温室外部的气象站，以及用于调节温室内部空间环境参数的温室环境调节系统，温室环境调节系统包括用热单元、向用热单元供热的热源以及协调热源和用热单元能量传递的控制单元，其特征在于，所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉，所述太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，三者的水循环管路并联的接入一集热水箱，该集热水箱向各个用热单元供热。

温室选取三尖顶的“文洛”温室结构，温室屋面及四周覆盖材料均采用4mm玻璃围护，透光率高、使用寿命长、成本低、便于维护，该温室设计具有小屋顶、多雨槽、结露少等特点。由于设置多跨度，温室内可方便地设置隔间。温室屋面相对低矮，可节省利用空间，结构稳定，外观现代、视觉流畅。

太阳能集热装置为太阳能集热器，选用1m²大小普通平板型，总面积6m²。太阳能投射在太阳能集热器吸收表面被转换为热能，并以热量形式传递给内部的传热工质，使传热工质温度升高，加热水，通过水循环通道将热量散发到温室内部空间。

地热集热装置包括地埋管、土壤蓄热换热器以及地热集热器，选用加长型立式双螺旋盘管型，内径为20mm抗压耐腐蚀聚乙烯塑料管，管长50m。以沙土和粘土回填，并设土壤加湿装置，强化土壤传热、

土壤蓄热换热器将地埋管热水和供热介质隔开，防止地热水对供热管道的腐蚀和结垢。土壤蓄热温度比较稳定，但一般只能达到6～15℃。在供热季节，土壤蓄热温度难以超过15℃，但对于地热集热器，在10～20℃的集热温度范围，即使室外气温不高，地热集热器的效率也比较高。即地热集热器提供的热源温度可以轻而易举地达到或超过空气、地表水、地下水和土壤等低温热源的温度。

太阳能集热装置、地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，控制单元采集温室内部温度，太阳能集热装置的出水口和回水口、地热集热装置出水口和回水口以及锅炉的出水口和回水口的温度以及用热单元的温度，依据温室内部的设定温度(设定温度依据作物的类型及生长周期设置)，当温室内部温度高于设定温度时，集热水箱向用热单元供热，降低温室内部温度，当温室内部温度低于设定值时，热源向集热水箱供应热水，提高温室内部温度。

当太阳能集热装置和地热集热装置不足以提供所需热水时，开启锅炉向集热水箱供水。

如图1所示，温室环境调节系统还包括通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统、湿度调节子系统以及气象站，控制单元接收气象站的信号，同时协调这些子系统；

温度调节子系统中包括第一温度传感器和空调机组，控制单元根据第一温度传感器采集的温室内部温度信号控制空调机组；

湿度调节子系统中包括第一湿度传感器、喷淋装置和蒸发装置；控制单元根据第一湿度传感器采集的温室内部湿度信号控制喷淋装置和蒸发装置；

通风调节子系统中包括第一通风传感器和通风装置；控制单元根据第一通风传感器采集的温室内部风速和风向信号控制通风装置；

光照调节子系统中包括第一光照传感器、光源和遮阳装置，控制单元根据第一光照传感器采集的温室内部光强信号控制光源和遮阳装置。

气象站用于收集温室外部温度、湿度、风向、风速、日照辐射和雨量等信息，可以采用农业生产专用的小型气象站。

控制单元收集气象站以及室内温度、湿度、通风以及光照信号，控制的空调机组、喷淋装置、蒸发装置、通风装置、光源以及遮阳装置，调节温室内部的微气候，以适应不同作物的不同的需求。

也可以通过人为输入相应的环境参数(例如温度、湿度等)，对控制单元的输入信号做调整，增加控制单元工作的合理性。

如图2所示，空调机组和蒸发装置作为的用热单元与集热水箱中的热水换热或直接通过管路与集热水箱连通。

模拟实验温室内部的温度高于设定温度时，集热水箱中的热水向空调机组供应热水，空调机组制冷，当温室内部湿度小于设定湿度(设定湿度依据作物种类及生长周期设定)时，集热水箱向蒸发装置供水，用于增加温室内部空气湿度。

集热水箱的热水出口还连接有温控水箱，温控水箱向蒸发装置供水。当温室内部温度高于设定温度时，温控水箱作为用热单元，由集热水箱供水。

模拟实验温室还包括杀菌装置和干燥装置，温控水箱向杀菌装置和干燥装置供水。

通风装置包括设置在温室内的风机以及设置在侧壁和/或顶棚部位的自动窗，风机以及自动窗均受控于控制单元。

自动窗设置在温室的侧壁或者顶棚，也可侧壁和顶棚均设置自动窗，控制单元依据温室内部第一通风传感器以及气象站中采集到的通风信息，控制自动窗的打开和关闭，来控制温室内部的通风。

遮阳装置为遮光幕以及控制该遮光幕张合的驱动电机，驱动电机受控于控制单元。遮光幕用于遮挡外界光线，控制单元依据气象站采集的光照信号以及第一光照传感器采集的室内光照信号，控制遮光幕的打开和关闭，从而调节温室内部的光照。

为了控制温室内部微环境失衡对作物造成不可逆的损坏，模拟实验温室还设有安全监控装置，安全监控装置受控于控制单元。当温室内部环境参数超过极限值(作物所能承受的极端环境下的各环境参数值)后，安全监控装置发出报警信号，人工及时控制所需要的改变。

控制单元中带有温室环境耗能平衡模型，该温室环境耗能平衡模型以温室内外的环境参数为输入，向通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统以及湿度调节子系统发送控制信号。

温室环境耗能平衡模型方程如下所示：

ΔQ＝Q_rad+Q_heat+Q_vebt+Q_cac+Q_crad+Q_soil+Q_leaf-Q_cool-Q_trap-Q_p-Q_s

式中：ΔQ为温室内部空气的显热增量，单位为W；

$\mathrm{\ΔQ}=\mathrm{V\ρ}{c}_p\frac{\∂T_{\mathrm{ai}}}{\∂t}$

其中，

V：温室内部空间的体积，单位为m³；

ρ：温室内部空气的密度，单位为kg/m³；

c_p：温室内部空气的比热，单位为J/(kg·K)；

T_ai：温室内部空气的温度，单位为K；

Q_rad：太阳光照辐射能量，单位为W；

Q_rad＝AR_p

其中，

A：温室地表面积，单位为m²；

R_n：太阳光热辐射能量密度，单位为Wm^-2；

Q_heat：加热能量(不加热时忽略)，单位为W；

Q_vent：通风热交换能量，单位为W；

Q_vent＝ρc_p(T_ao-T_ai)VR

其中，

ρ：温室内部空气的密度，单位为kg/m³；

c_p：温室内部空气的比热，单位为J/(kg·K)；

V：为通风窗有效的通风面积(m²)；

R：通风率系数，单位为ms^-1；

T_ao：温室外部的温度，单位为K；

T_ai：温室内部的温度，单位为K；

Q_cac：与外界热传导能量，单位为W；

Q_cac＝q_i*A_c＝h_ciA_c(T_ao-T_ai)

其中，

q_i：热流密度，单位为wm^-2；

h_ci：空气的导热系数，单位为wm^-1k^-1；

A_c：温室覆盖层面积，单位为m²；

T_ao：温室外部的温度，单位为K；

T_ai：温室内部的温度，单位为K；

Q_card：长波辐射能量，单位为W，水培温室忽略；

Q_soil：与土壤热交换能量，单位为W；水培温室忽略

Q_leaf：温室内部空气与作物叶面的热传导能量，单位为W；

Q_leaf＝2A_ph_p(T_p-T_ai)

其中，

A_p：作物叶片的总面积；

h_p：叶片的导热系数，单位为wm^-1k^-1；

T_p：植物叶片的温度，单位为K；

T_ai：温室内部的温度，单位为K；

Q_cool：用热单元所带走的能量，单位为W；

Q_tran：作物蒸腾所需要的能量，单位为W；

Q_tran＝H*m_tr

其中，

H：蒸发热；

m_tr：蒸腾量；

Q_p：作物光合作用所需的能量(忽略)；

Q_s：温室周边的散热量，单位为W，对于容积较大、周围又有其他温室相连的温室，此项可忽略；

综上所述，可得到温室环境耗能平衡方程式为：

${\mathrm{Vpc}}_p\frac{\∂T_{\mathrm{ai}}}{\∂t}={\mathrm{AR}}_n+h_{\mathrm{ci}}{A}_c(T_{\mathrm{ai}}-T_{\mathrm{ao}})+\mathrm{\ρ}{c}_p(T_{\mathrm{ao}}-T_{\mathrm{ai}})\mathrm{VR}+2A_p{h}_p(T_p-T_{\mathrm{ai}})+Q_{\mathrm{heat}}-Q_{\mathrm{cool}}-Q_{\mathrm{tran}}$

热源和用热单元之间的热传递，可根据冷热联供系统的实际运行模式及相应设备的功率计算得到。

气象站包括用于采集温室外部环境参数的第二通风传感器、第二温度传感器、第二光照传感器、第二湿度传感器和雨量传感器。

气象站采用农业生产专用的小型室外气象站，第二温度传感器被遮蔽，太阳辐射不影响第二温度传感器。雨量传感器置于无阴影的地方，以免影响太阳辐射的测量。

气象站的第二通风传感器、第二温度传感器、第二光照传感器、第二湿度传感器和雨量传感器，用于采集温室外部环境参数，依据这些环境参数，通过控制单元，控制温室内部环境参数，形成适合作物生长的微气候。

第一温度传感器和第二温度传感器：精度：+1％，范围在0～50度。

第一湿度传感器和第二湿度传感器：精度+3％RH(相对湿度)，范围10～100％。

第一光照传感器和第二光照传感器：精度+8％，范围在0～10万LUX。

所述控制单元采用西门子S7-300系列PLC模块，所有输入输出接口电路均采用光电隔离，使温室外部电路与PLC内部的电路在电气上实现隔离，具有完整的监视和诊断功能，一旦电源或其它软、硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，防止故障扩大，在紧急状态下，可以手动控制。配套使用液晶显示和触摸屏，使人机界面大大改善。

所述控制单元软件部分采用专家分析系统，通过接收外部原始信息(温室外各参数与温室内各参数)，以内部储存的大量专业标准，对各原始参数进行分析，再得出优化调整信息，送达执行机构，从而实现对温室科学的自动化控制。具体实现的功能有：

1)、传感器的信息监测：采集各种传感器信息，并实时显示在屏幕上，便于观察。

2)、温室设备控制模块：可以通过各个模块控制对应的各个环境调节设备，比如温室环境调节系统中的各个电磁阀、湿帘、风机等等。根据设定的控制方式，可以采用手动控制(直接从屏幕上点击要控制的设备)、自动控制两种模式。而且不同的设备还可以单独设定采用不同的控制策略。

3)、报警功能：过高或者过低的绝对值报警(如温度、湿度)；过高或者过低的漂浮值形式报警(如加温设定)；有条件的连接式报警(如温室内外温度比较)；有差异值设定形式报警(如控制设备)等。所有的报警功能可以设定他们的优先级别，并且当有警报时可以设定相关的设备自动失效一段时间，使整个系统具有一定的安全性。

4)、数据记录模块：该模块可以完成从控制器中下载已经存储的各种数据，既有传感器数据，也有各种控制设备的状态数据，并且可以通过图形或报表的方式将其表现在屏幕上，有利于使用者观察、分析数据。同时可以将数据保存成通用的文本格式，使用其他软件来分析数据。

5)、事件记录功能：可以保存设备操作的记录，或者其他的任何事件的记录，这些记录可以提供使用者了解对该设备的操作次数和状态；从而对设备的保养和维修进行正确地判断。例如：可以判断马达皮带磨损和电风扇马达的损坏，可计算能源的消耗量等。

6)、屏幕显示项目设定：使用者可以自己设定屏幕显示的项目，比如各种传感器的信息，设备的状态，或者是一些图片，能让使用者更加一目了然的了解温室的状况。

本发明一种多源冷热联供的模拟实验温室，可用于深入研究温室微气候环境耗能机理模型，解决在环境参数非线性特性下稳定优化控制的难题，进而开展相应的实验研究。

通过分析温室微气候中辐射、通风、对流和作物蒸腾作用引起的热质交换物理过程，以温室能量平衡和质量平衡为基础，建立温室内微气候机理分析模型，以全光型温室为原型，以沪杭地区气候状况为边界条件，考虑内部作物与微气候的相互作用，提供温室环境动态模拟实验；基于温室机理模型，可以预测分析微气候环境中光照、温湿度等变化趋势，为温室控制系统给出控制调整策略，输出控制指令下达各个执行模块(驱动电机、开关等机构)，从而实现对模拟实验温室的自动控制。

利用该多源冷热联供的模拟实验温室进行实验的步骤如下：

1)启动光源，模拟太阳光，达到设置光照强度后，控制单元启动遮光幕展开，光源强度降低；

2)控制单元启动热源及用热单元，将温度稳定控制在设定温度；

3)启动喷淋装置模拟降水，控制单元控制自动窗关闭；

4)喷淋装置模拟灌溉与施肥；

5)控制单元启动空调机组降温；

6)温室内部环境参数稳定后，采集传感器数据，进行分析研究实验。

Claims (10)

1.一种多源冷热联供的模拟实验温室，包括用于围成温室内部空间的侧壁和顶棚，设置在温室外部的气象站，以及用于调节温室内部空间环境参数的温室环境调节系统，所述温室环境调节系统包括用热单元、向用热单元供热的热源以及协调热源和用热单元能量传递的控制单元，其特征在于，所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉，所述太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，三者的水循环管路并联的接入一集热水箱，该集热水箱向各个用热单元供热。

2.如权利要求1所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述温室环境调节系统还包括通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统、湿度调节子系统，所述控制单元接收气象站信号，同时协调这些子系统；

所述温度调节子系统中包括第一温度传感器和空调机组，所述控制单元根据第一温度传感器采集的温室内部温度信号控制空调机组；

所述湿度调节子系统中包括第一湿度传感器、喷淋装置和蒸发装置；所述控制单元根据第一湿度传感器采集的温室内部湿度信号控制喷淋装置和蒸发装置；

所述通风调节子系统中包括第一通风传感器和通风装置；所述控制单元根据第一通风传感器采集的温室内部风速和风向信号控制通风装置；

所述光照调节子系统中包括第一光照传感器、光源和遮阳装置，所述控制单元根据第一光照传感器采集的温室内部光强信号控制光源和遮阳装置。

3.如权利要求2所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述空调机组和蒸发装置作为所述的用热单元与集热水箱中的热水换热或直接通过管路与集热水箱连通。

4.如权利要求3所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述集热水箱的热水出口还连接有温控水箱，所述温控水箱向蒸发装置供水。

5.如权利要求4所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，模拟实验温室还包括杀菌装置和干燥装置，所述温控水箱向杀菌装置和干燥装置供水。

6.如权利要求5所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述通风装置包括设置在温室内的风机以及设置在侧壁和/或顶棚部位的自动窗，所述风机以及自动窗均受控于所述控制单元。

7.如权利要求6所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述遮阳装置为遮光幕以及控制该遮光幕张合的驱动电机，所述驱动电机受控于所述控制单元。

8.如权利要求7所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述模拟实验温室还设有安全监控装置，所述安全监控装置受控于所述控制单元。

9.如权利要求8所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述控制单元中带有温室环境耗能平衡模型，该温室环境耗能平衡模型以温室内外的环境参数为输入，向通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统以及湿度调节子系统发送控制信号。

10.如权利要求9所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述气象站包括用于采集温室外部环境参数的第二通风传感器、第二温度传感器、第二光照传感器、第二湿度传感器和雨量传感器，所述传感器均受控于所述控制单元。

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