CN112015207A - 一种野外人工气候室温度控制系统及温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及恒温恒湿试验室、人工气候室等人工环境控制领域，具体地说，涉及一种野外人工气候室温度控制系统及温度控制方法，包括恒温水箱、冷水机组、模温机、空气换热器一和空气换热器二，所述恒温水箱出水口与冷水机组进水口通过水管相连通。本发明的设计能够精准控温人工气候室，可以根据实验要求模拟自然条件下农作物生长气候环境，解决了传统气候室内空气温度控制误差大、室内温度均匀度误差大、环境湿度改变大与能源消耗大的问题。

Description

一种野外人工气候室温度控制系统及温度控制方法

技术领域

本发明涉及恒温恒湿试验室、人工气候室等人工环境控制领域，具体地说，涉及一种野外人工气候室温度控制系统及温度控制方法。

背景技术

随着农业科研与农业生产技术的发展，越来越多的人工气候室随之出现。人工气候室是在充分利用自然资源的基础上，综合运用生物科学、信息科学、管理科学和自动控制科学等相关学科知识，模拟自然界中气候变换的实验环境。能根据不同科研与农业生产的需求对室内的温度、湿度、光照和CO2浓度等，进行自动控制和调节，以满足特定环境生物生长的需求。

传统的人工气候室温度控制系统为实现室内的温湿度的控制主要采用的是工业空调与降温水帘+负压风机方式。工业空调的控温方式：主要是利用压缩机将气态的氟利昂压缩为高温高压的气态氟利昂送到室外机冷凝器为液态氟利昂，液态的氟利昂经毛细管进入室内机吸收室内空气中的热量而汽化，变成气态氟利昂，然后气态的氟利昂回到压缩机继续压缩，继续循环进行制冷。此控温方式室内的缺点是室内空气干燥、温度控制精度不高、能耗大。降温水帘+负压风机的控温方式：是利用“水蒸发吸收热量”这一自然的物理现象。即水在重力的作用下从上往下流在湿帘波纹状的纤维表面形成水膜，当快速流动的空气穿过湿帘时水膜中的水会吸收空气中的热量后蒸发带走大量的热使经过湿帘的空气温度降低从而达到降温的目的。此控温方式室内的缺点是室内空气湿度高、温度控制精度低、噪音大。

为解决上面二种控温方式的缺点，我们发明了一种野外人工气候室温度控制系统及温度控制方法，从而解决了这些问题并提高了人工气候室的温度控末日浩劫精度。

发明内容

本发明的目的在于提供野外人工气候室温度控制系统及温度控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种野外人工气候室温度控制系统，包括恒温水箱、冷水机组、模温机、空气换热器一和空气换热器二，所述恒温水箱出水口与冷水机组进水口通过水管相连通，所述冷水机组出水口与恒温水箱冷媒水回水口相连通形成一个冷媒水制冷循环，所述恒温水箱冷媒水出水口通过水管与模温机进水口相连通，所述模温机的出水口分别与空气换热器一、空气换热器二的进水口相连通且经过风机盘管后从空气换热器一、空气换热器二的出水口回到恒温水箱形成一个加热与散热控制循环，进而形成一个二级控温系统。

作为优选，所述恒温水箱内的水位控制器与水箱补水水泵连接，当恒温水箱内水位传感器检测到水位低于下限时会启动补水水泵给水箱补水；当水位传感器检测到水位达到上限时会关停补水水泵。

作为优选，所述恒温水箱内的冷媒水经冷水机组制冷后再次回到恒温水箱形成一个循环温控过程，一直保证水箱内的冷媒水温度恒定，形成一个一级控温系统。

作为优选，所述恒温水箱内经过一级控温后的冷媒水再由模温机加热进行二级精准控温，其控温精度可达0.3℃。

作为优选，所述恒温水箱内经过二级控温后的流入空气换热器一、空气换热器二的冷媒水温度一直处于气候室内空气温度的露点之上，从而对室内的空气湿度没有影响。

作为优选，所述空气换热器一和空气换热器二采用斜对安装方式，利用墙面天然挡风面的特点形成一个自然的空气的内循环；且换热器采用直接室内空气循环，空气循环效率更高，所以室内温度均匀度更高，恒温水箱内的水温自动检测与判断，水温高于要求上限时自动启动冷水机组制冷系统开始制冷、水温满足要求后关停冷水机制冷系统达到上限时关停补水。

作为优选，所述恒温水箱内的水温控制取决于二级控温时温度，且一级控温温度一直比二级控温温度低±5℃。

本发明中，恒温水箱内冷媒水由冷水机组一级控温至8℃±2℃，再回到恒温水箱形成一个控温循环，恒温水箱内经过一级控温后的冷媒水再送至模温机二级控温加热至10℃-60℃±0.3℃之间(二级控温实际温度根据气候室内温度要求来调节)流入空气换热器一、空气换热器二，经过空气换热器一、空气换热器二换热后的冷媒水再回到恒温水箱经过一级控温后，再次送至模温机形成另一个控温循环(见图1二级控温原理图)，空气换热器一、空气换热器二的风机盘管表冷器，通过里面流动的冷媒水把流经管外换热翅片的空气冷却，风机将降温后的冷空气送到使用场所供冷，冷媒水从表冷器的回水管道将所吸收的热量带回模温机，放出热量、降温或升温后再被送回表冷器吸热、冷却流经的空气，不断循环，空气换热器一、空气换热器二采用双风机方式风机风量吹出后，喇叭口向外扩散，吹向房间每个角落，风量采用每秒钟5m，出风口风量吹到对面物体后再向四周扩散，进行二次热交换，风量设6800M3/h，基本上1分钟使室内空气交换一次，风量可以根据实际需求进行调节，空气换热器一、空气换热器二回风装置采用四面回风设计(利用墙壁天然的挡风面)，确保整个试验室无死角。

另一方面，本发明还提供一种野外人工气候室温度控制方法，包括上述任一所述的野外人工气候室温度控制系统，其操作步骤如下：

步骤S1：开启冷水机组，设置一级控温控制温度开始循环制冷，使恒温水箱内的水温恒定在设置值；

步骤S2：启动模温机，模温机内置水泵开始抽取恒温水箱内的冷媒水送到加热装置内开始二级控温；

步骤S3：经过二级控温后的冷媒水经过增压后送到空气换热器一、空气换热器二，进入空气换热器一、空气换热器二的冷媒水流经风机盘管换热后再回到恒温水箱；

步骤S4：空气换热器一和空气换热器二内的风机抽取室内的空气吹过风机盘管表面翅片形成空气热交换，交换后的空气通过喇叭风口再均匀吹到室内，从而达到升温或降温的目的。

另一方面，上述的野外人工气候室温度控制方法，还包括用于调节的控制野外气候室内的温度，尤其在调节温度同时不改变当前室内空气湿度，且应用于恒温恒湿试验室和人工气候室的温控系统中，其具体步骤如下：

1)恒温水箱温度控制：采集当前恒温水箱内冷媒水温度与设置温度进行对比。当恒温水箱内冷媒水温度大于设置温度+3℃时，启动冷水机组开始制冷工作，使恒温水箱内的冷媒水温度降设置温度±2℃的范围内；

2)气候室室内温度调节与控制：采集当前气候室内的空气温度XK与试验设置温度X进行对比，当室内的空气温度大于设置温度时调整模温机出水温度至X-10℃进行降温工作；反之室内的空气温度XK小于设置温度X时，调整模温机出水温度至X+10℃进行升温处理工作；

3)气候室室内温度恒定：当升温或降温活动达到设置要求后，模温机稳定当前出水温度并调节出水口自带流量阀控制进入空气换热器的冷媒水流量，使室内换交换形成一个平衡稳定当前室内温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的设计能够精准控温人工气候室，可以根据实验要求模拟自然条件下农作物生长气候环境，解决了传统气候室内空气温度控制误差大、室内温度均匀度误差大、环境湿度改变大与能源消耗大的问题。

附图说明

图1是本发明温度控制系统原理图；

图2是本发明控温系统结构布置图；

图3是本发明控温方法流程图；

图中各个标号意义为：1.恒温水箱；2.冷水机；3.模温机；4.空气换热器一；5.空气换热器二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本发明提供一种技术方案：一种野外人工气候室温度控制系统，包括恒温水箱1、冷水机组2、模温机3、空气换热器一4和空气换热器二5，恒温水箱1出水口与冷水机组2进水口通过水管相连通，冷水机组2出水口与恒温水箱1冷媒水回水口相连通形成一个冷媒水制冷循环，恒温水箱1冷媒水出水口通过水管与模温机3进水口相连通，模温机3的出水口分别与空气换热器一4、空气换热器二5的进水口相连通且经过风机盘管后从空气换热器一4、空气换热器二5的出水口回到恒温水箱1形成一个加热与散热控制循环，进而形成一个二级控温系统。

本实施例中，恒温水箱1内的水位控制器与水箱补水水泵连接，当恒温水箱内水位传感器检测到水位低于下限时会启动补水水泵给水箱补水；当水位传感器检测到水位达到上限时会关停补水水泵。

本实施例中，恒温水箱1内的冷媒水经冷水机组2制冷后再次回到恒温水箱1，一直保证水箱内的冷媒水温度恒定，形成一个一级控温系统。

本实施例中，恒温水箱1内经过一级控温后的冷媒水再由模温机3加热进行二级精准控温，其控温精度可达0.3℃。

本实施例中，恒温水箱1内经过二级控温后的流入空气换热器一4、空气换热器二5的冷媒水温度一直处于气候室内空气温度的露点之上，从而对室内的空气湿度没有影响。

本实施例中，空气换热器一4和空气换热器二5采用斜对安装方式，利用墙面天然挡风面的特点形成一个自然的空气的内循环；且换热器采用直接室内空气循环，空气循环效率更高，所以室内温度均匀度更高，恒温水箱内的水温自动检测与判断，水温高于要求上限时自动启动冷水机组制冷系统开始制冷、水温满足要求后关停冷水机制冷系统达到上限时关停补水。

本实施例中，恒温水箱1内的水温控制取决于二级控温时温度，且一级控温温度一直比二级控温温度低±5℃。

本发明中，恒温水箱1内冷媒水由冷水机组一级控温至8℃±2℃，再回到恒温水箱1形成一个控温循环，恒温水箱1内经过一级控温后的冷媒水再送至模温机3二级控温加热至10℃-60℃±0.3℃之间(二级控温实际温度根据气候室内温度要求来调节)流入空气换热器一4、空气换热器二5，经过空气换热器一4、空气换热器二5换热后的冷媒水再回到恒温水箱1经过一级控温后，再次送至模温机3形成另一个控温循环(见图1二级控温原理图)，空气换热器一4、空气换热器二5的风机盘管表冷器，通过里面流动的冷媒水把流经管外换热翅片的空气冷却，风机将降温后的冷空气送到使用场所供冷，冷媒水从表冷器的回水管道将所吸收的热量带回模温机，放出热量、降温或升温后再被送回表冷器吸热、冷却流经的空气，不断循环，空气换热器一4、空气换热器二5采用双风机方式风机风量吹出后，喇叭口向外扩散，吹向房间每个角落，风量采用每秒钟5m，出风口风量吹到对面物体后再向四周扩散，进行二次热交换，风量设6800M3/h，基本上1分钟使室内空气交换一次，风量可以根据实际需求进行调节，空气换热器一4、空气换热器二5回风装置采用四面回风设计(利用墙壁天然的挡风面)，确保整个试验室无死角

另一方面，本发明还提供一种野外人工气候室温度控制方法，包括上述的野外人工气候室温度控制系统，其操作步骤如下：

步骤S1：开启冷水机组2，设置一级控温控制温度开始循环制冷，使恒温水箱1内的水温恒定在设置值；

步骤S2：启动模温机3，模温机3内置水泵开始抽取恒温水箱1内的冷媒水送到加热装置内开始二级控温；

步骤S3：经过二级控温后的冷媒水经过增压后送到空气换热器一4、空气换热器二5，进入空气换热器一4、空气换热器二5的冷媒水流经风机盘管换热后再回到恒温水箱1；

步骤S4：空气换热器一4和空气换热器二5内的风机抽取室内的空气吹过风机盘管表面翅片形成空气热交换，交换后的空气通过喇叭风口再均匀吹到室内。

另一方面，上述的野外人工气候室温度控制方法，还包括用于调节的控制野外气候室内的温度，尤其在调节温度同时不改变当前室内空气湿度，且应用于恒温恒湿试验室和人工气候室的温控系统中，其具体步骤如下：

1)恒温水箱温度控制：采集当前恒温水箱1内冷媒水温度与设置温度进行对比。当恒温水箱1内冷媒水温度大于设置温度+3℃时，启动冷水机组2开始制冷工作，使恒温水箱1内的冷媒水温度降设置温度±2℃的范围内；

2)气候室室内温度调节与控制：采集当前气候室内的空气温度XK与试验设置温度X进行对比，当室内的空气温度大于设置温度时调整模温机3出水温度至X-10℃进行降温工作；反之室内的空气温度XK小于设置温度X时，调整模温机3出水温度至X+10℃进行升温处理工作；

3)气候室室内温度恒定：当升温或降温活动达到设置要求后，模温机3稳定当前出水温度并调节出水口自带流量阀控制进入空气换热器的冷媒水流量，使室内换交换形成一个平衡稳定当前室内温度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种野外人工气候室温度控制系统，包括恒温水箱(1)、冷水机组(2)、模温机(3)、空气换热器一(4)和空气换热器二(5)，所述恒温水箱(1)出水口与冷水机组(2)进水口通过水管相连通，所述冷水机组(2)出水口与恒温水箱(1)冷媒水回水口相连通形成一个冷媒水制冷循环，所述恒温水箱(1)冷媒水出水口通过水管与模温机(3)进水口相连通，所述模温机(3)的出水口分别与空气换热器一(4)、空气换热器二(5)的进水口相连通且经过风机盘管后从空气换热器一(4)、空气换热器二(5)的出水口回到恒温水箱(1)形成一个加热与散热控制循环，进而形成一个二级控温系统。

2.根据权利要求1所述的野外人工气候室温度控制系统，其特征在于：所述恒温水箱(1)内的水位控制器与水箱补水水泵连接。

3.根据权利要求2所述的野外人工气候室温度控制系统，其特征在于：所述恒温水箱(1)内的冷媒水经冷水机组(2)制冷后再次回到恒温水箱(1)形成一个一级控温系统。

4.根据权利要求3所述的野外人工气候室温度控制系统，其特征在于：所述恒温水箱(1)内经过一级控温后的冷媒水再由模温机(3)加热进行二级精准控温，其控温精度可达0.3℃。

5.根据权利要求4所述的野外人工气候室温度控制系统，其特征在于：所述恒温水箱(1)内经过二级控温后的流入空气换热器一(4)、空气换热器二(5)的冷媒水温度一直处于气候室内空气温度的露点之上。

6.根据权利要求5所述的野外人工气候室温度控制系统，其特征在于：所述空气换热器一(4)和空气换热器二(5)采用斜对安装方式。

7.根据权利要求6所述的野外人工气候室温度控制系统，其特征在于：所述恒温水箱(1)内的水温控制取决于二级控温时温度，且一级控温温度一直比二级控温温度低±5℃。

8.一种野外人工气候室温度控制方法，包括权利要求1-7任一所述的野外人工气候室温度控制系统，其特征在于：其操作步骤如下：

步骤S1：开启冷水机组(2)，设置一级控温控制温度开始循环制冷，使恒温水箱(1)内的水温恒定在设置值；

步骤S2：启动模温机(3)，模温机(3)内置水泵开始抽取恒温水箱(1)内的冷媒水送到加热装置内开始二级控温；

步骤S3：经过二级控温后的冷媒水经过增压后送到空气换热器一(4)、空气换热器二(5)，进入空气换热器一(4)、空气换热器二(5)的冷媒水流经风机盘管换热后再回到恒温水箱(1)；

步骤S4：空气换热器一(4)和空气换热器二(5)内的风机抽取室内的空气吹过风机盘管表面翅片形成空气热交换，交换后的空气通过喇叭风口再均匀吹到室内。

9.根据权利要求8所述的野外人工气候室温度控制方法，其特征在于：还包括用于调节的控制野外气候室内的温度，尤其在调节温度同时不改变当前室内空气湿度，且应用于恒温恒湿试验室和人工气候室的温控系统中，其具体步骤如下：

1)恒温水箱温度控制：采集当前恒温水箱(1)内冷媒水温度与设置温度进行对比。当恒温水箱(1)内冷媒水温度大于设置温度+3℃时，启动冷水机组(2)开始制冷工作，使恒温水箱(1)内的冷媒水温度降设置温度±2℃的范围内；

2)气候室室内温度调节与控制：采集当前气候室内的空气温度XK与试验设置温度X进行对比，当室内的空气温度大于设置温度时调整模温机(3)出水温度至X-10℃进行降温工作；反之室内的空气温度XK小于设置温度X时，调整模温机(3)出水温度至X+10℃进行升温处理工作；

3)气候室室内温度恒定：当升温或降温活动达到设置要求后，模温机(3)稳定当前出水温度并调节出水口自带流量阀控制进入空气换热器的冷媒水流量，使室内换交换形成一个平衡稳定当前室内温度。

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