CN112684833A - 一种正压温室二氧化碳浓度调控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种正压温室二氧化碳浓度调控系统及方法，通过判断净光合作用速率与0的大小关系，调节正压温室中的CO₂浓度；若正压温室中CO₂浓度C_p≤C₁，向正压温室中补充CO₂，同时计算风机运行时间t_v，防止温室内CO₂补充过多；若C₁<C_p<C₂，计算出当前作物生长区域中CO₂量所能维持的时间t_f，并计算下一次补充CO₂时间间隔t_n，精准控制补充CO₂的时间；当C_p>C₂或温室作物CO₂极限浓度C_m≤C_p，控制CO₂吸附板处于水平位置，CO₂吸附板吸收正压温室中的CO₂。本发明根据不同情况，实时调节正压温室中CO₂的浓度，有效保证正压温室内CO₂浓度始终处于适宜的设定值范围。

Description

一种正压温室二氧化碳浓度调控系统及方法

技术领域

本发明属于温室环境调控领域，具体涉及温室作物生长所需的二氧化碳浓度的控制系统和控制方法。

背景技术

与传统连栋温室相比，正压温室能够维持更高的CO₂浓度，且能精确地控制温度、湿度和CO₂浓度。CO₂是温室作物进行光合作用的重要原料之一，其浓度不仅直接影响温室作物的光合作用速率，对温室作物各发育期、发育进程也有很重要的影响。当CO₂浓度过低时，温室作物停止光合作用；而当CO₂浓度过高时，会使气孔张度减小、蒸腾速度降低、叶温升高，导致萎蔫、黄化落叶，同时也不经济。所以适宜的CO₂浓度对提高温室作物光合作用效率、提升温室作物品质、增加温室作物产量十分重要。

现有正压温室通常在空气送风走廊中布置一根CO₂输送管道或在作物生长区域布置几根CO₂输送管道，这种CO₂增施方式无法根据正压温室相应的通风模式精确调控温室内CO₂浓度。现有的温室CO₂调控模式都是设定目标CO₂浓度值，当环境CO₂浓度低于或高于目标值时，系统进行调控，这种调控方式具有滞后性，会造成温室内CO₂浓度与设定值偏差较大，从而影响温室作物正常生长。在调控方式上，当正压温室内CO₂浓度过高时，通常采用与外界通风的方式，以降低温室内CO₂浓度，与外界通风会造成温室内各环境因子产生波动。尤其在寒冷冬季夜晚，与外界通风虽然可以降低温室内CO₂浓度，但对温室内各环境因子造成较大影响，从而影响温室作物的生长。因此，当前的正压温室CO₂调控方式具有不均匀性、滞后性以及无法有效降低温室内CO₂浓度等诸多问题。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种正压温室二氧化碳浓度调控系统及方法，可以有效保证正压温室内CO₂浓度始终处于适宜的设定值范围，有利于温室作物的生长。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种正压温室二氧化碳浓度调控方法，包括如下步骤：

S1，判断当前温室作物的净光合作用速率S_c与0的大小关系，若S_c<0，则执行S2，若S_c>0，则执行S3；

S2，处理器分析正压温室中CO₂浓度C_p，若C_p≤C₂，则不进行调控；若C_p>C₂，则打开循环窗、关闭湿帘，开启风机，正压温室内空气进行内循环，控制CO₂吸附板处于水平位置，CO₂吸附板吸收正压温室中的CO₂，直至C_p≤C₂时，关闭循环窗与风机，控制CO₂吸附板处于竖直位置；

S3，处理器将所述CO₂浓度C_p与设定值做对比：

若C_p≤C₁，打开循环窗、关闭湿帘，正压温室进行空气内循环，作物生长区域各子区域中间位置的风机运行，与运行风机相连的气体流量控制阀组打开，向风机中输送CO₂，补充正压温室中CO₂，将正压温室内CO₂浓度调节至C₂，同时计算风机运行时间t_v；

若C₁<C_p<C₂，计算出当前作物生长区域中CO₂量所能维持的时间t_f，并计算下一次补充CO₂时间间隔t_n，到达下一次补充CO₂时间时，处理器打开气体流量控制阀组和循环窗、关闭湿帘，开启各子区域中间位置处的风机，向正压温室中补充CO₂，正压温室进行空气内循环；

若C₂≤C_p<C_m，不进行调控；

若C_m≤C_p，则打开循环窗、关闭湿帘，开启风机，正压温室内空气进行内循环，控制CO₂吸附板处于水平位置，CO₂吸附板吸收正压温室中的CO₂，直至C_p≤C₂；

在任意时刻，当正压温室需要降温时，湿帘与所有风机开启、循环窗关闭，正压温室进行空气外循环，通过气体流量控制阀组控制进入风机的CO₂流量，使混合后空气中CO₂浓度为C₂；

所述C₂为当前生长状态下，最佳CO₂浓度范围的上限；C₁为当前生长状态下，最佳CO₂浓度范围的下限；C_m为温室作物CO₂极限浓度。

进一步，所述风机运行时间

V为正压温室体积，C_e为CO₂输送装置(6)中的CO₂浓度，V_ce为CO₂输送装置各支管中CO₂流量，n为正压温室划分的区域个数。

进一步，所述下一次补充CO₂时间间隔t_n＝t_f-t_p，t_p是开启风机到CO₂进入作物生长区域的时间间隔，所述当前作物生长区域中CO₂量所能维持的时间

S为正压温室中总叶面积。

进一步，所述进入风机的CO₂流量

C_f为进入风机空气的CO₂浓度，P_f为进入风机空气的压力，T_f为进入风机空气的温度，V_f为进入风机空气的流速，T_e为CO₂输送装置主管道中空气的温度，P_e为CO₂输送装置主管道中空气的压力，C_e为CO₂输送装置主管道中空气的CO₂浓度，R_f为风机(5)入口半径。

进一步，在向正压温室补充CO₂时，通过控制加热盘管和冷却盘管的工作，调节混合气体的温度。

一种正压温室二氧化碳浓度调控系统，包括若干风机、CO₂输送装置、若干通风管、CO₂吸附板、循环窗和处理器；

所述风机与送风管连接，送风管上设有通风孔；

所述CO₂吸附板转动连接于设置在正压温室内的隔板上，隔板与温室侧壁形成空气走廊；所述循环窗安装在正压温室顶部，能够实现作物生长区域与空气走廊的通断；所述温室侧壁设有湿帘；所述正压温室中设有CO₂温度传感器组、CO₂浓度传感器组和光照强度传感器组；

所述风机入口处设有空气流速传感器、第一压力传感器、CO₂浓度传感器和第一温度传感器，风机内部设有第二温度传感器和第二压力传感器；

所述CO₂输送装置的支管末端设置在风机入口处，CO₂输送装置的主管道中设有第二CO₂浓度传感、第三温度传感器和第三压力传感器，CO₂输送装置支管中设有气体流量控制阀组；

所述空气流速传感器、第一压力传感器、CO₂浓度传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、第二CO₂浓度传感、第三温度传感器和第三压力传感器均将采集的信息传输给处理器，所述处理器控制风机、循环窗、CO₂吸附板、湿帘和气体流量控制阀组动作。

所述风机内部设有盘管壳体，所述盘管壳体内部设有加热盘管和冷却盘管，所述正压温室顶部设有通风窗，所述风机入口处设有过滤网。

本发明的有益效果为：

(1)本发明使用CO₂浓度传感器组、温度传感器组、光照强度传感器组分别检测组温室环境中当前的CO₂浓度、温度与光照强度，计算温室内温室作物的净光合作用速率，通过判断净光合作用速率与0的大小关系，调节正压温室中的CO₂浓度；若正压温室中CO₂浓度C_p≤C₁(最佳CO₂浓度范围的下限)，向正压温室中补充CO₂，同时计算风机运行时间t_v，防止温室内CO₂补充过多；若C₁<C_p<C₂(最佳CO₂浓度范围的上限)，计算出当前作物生长区域中CO₂量所能维持的时间t_f，并计算下一次补充CO₂时间间隔t_n，精准控制补充CO₂的时间；当C_p>C₂或温室作物CO₂极限浓度C_m≤C_p，控制CO₂吸附板处于水平位置，CO₂吸附板吸收正压温室中的CO₂；本发明根据不同的情况，实时调节正压温室中CO₂的浓度，有效避免常规CO₂调节系统的滞后性。

(2)本发明将CO₂输送装置的支管末端设置在风机5入口与风扇21之间，可以精确控制不同通风模式下(内循环通风与外循环通风)温室内CO₂浓度，有效保证正压温室中CO₂浓度始终处于设定范围浓度内。

(3)本发明的CO₂吸附板能够吸收CO₂，降低正压温室中CO₂浓度，避免正压温室通过外循环降低温室中CO₂浓度而影响温室内其他环境因子量。

(4)本发明在正压温室进行空气内循环时，采用分区域调控，将作物生长区域划分n个区域，每个区域根据实际需要设置风机的个数，内循环时各区域中间位置风机运行，以节省能源。

(5)本发明在向正压温室补充CO₂时，通过控制风机中的加热盘管和冷却盘管的工作，调节混合气体的温度。

附图说明

图1是本发明所述一种正压温室二氧化碳浓度调控系统结构示意图；

图2是图1中的风机内部结构示意图；

图3是图1中的CO₂输送装置内部结构示意图；

图4是本发明所述一种正压温室二氧化碳浓度调控系统结构俯视图；

图5是本发明的正压温室CO₂控制流程图；

图中，1-作物生长区域，2-通风窗，3-通风管，4-通风孔，5-风机，6-CO₂输送装置，7-湿帘，8-空气走廊，9-CO₂吸附板，10-循环窗，11-空气流速传感器，12-第一压力传感器，13-第一CO₂浓度传感器，14-第一温度传感器，15-过滤网，16-加热盘管，17-冷却盘管，18-第二温度传感器，19-第二压力传感器，20-盘管壳体，21-风扇，22-第三压力传感器，23-第三温度传感器，24-第二CO₂浓度传感器，25-气体流量控制阀组，27-区域A，28-温度传感器组，29-CO₂浓度传感器组，30-光照强度传感器组，31-处理器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、4所示，一种正压温室二氧化碳浓度调控系统，包括若干风机5、CO₂输送装置6、若干通风管3、CO₂吸附板9、循环窗10、温度传感器组28、CO₂浓度传感器组29、光照强度传感器组30以及处理器31。风机5与送风管3连接，送风管3上设有通风孔4，当风机5开启时，空气走廊8内的空气进入风机5，通过风机5进入送风管3，再由通风孔4进入作物生长区域1(空气走廊8是由设置在温室内的隔板与温室侧壁形成的)。正压温室顶部设有通风窗2，当作物生长区域1内气压过高时，自动打开通风窗2，以维持作物生长区域1内气压稳定。安装在正压温室顶部的循环窗10，用于实现作物生长区域1与空气走廊8的连通或隔断，控制和切换正压温室的通风模式。转动连接在隔板上的CO₂吸附板9内含有CO₂吸附剂，用于吸收正压温室中的CO₂温度传感器组28、CO₂浓度传感器组29以及光照强度传感器组30设置在正压温室中，所述传感器组距离地面的高度与各时期作物的冠层高度相同，分别用于检测作物生长区域1内的温度、CO₂浓度以及光照强度。

如图2所示，风机5入口处设有过滤网15，用于防止进入风机5中的空气含有灰尘或杂质，影响风机5正常运作；风机5入口处还设有空气流速传感器11、第一压力传感器12、CO₂浓度传感器13、第一温度传感器14，分别用于测量进入风机5空气的流速、压力、CO₂浓度以及温度；风机5内部设有第二温度传感器18和第二压力传感器19，用于监测混合后空气的温度、压力。风机5内部设有盘管壳体20，盘管壳体20内部设有加热盘管16和冷却盘管17，加热盘管16、冷却盘管17分别与外部热源连通。风机5内部还设有风扇21，风扇21与电机相连，当风机5需开启时，处理器31控制电机运转，从而带动风扇21转动；风扇21正对风机5入口处，CO₂输送装置6的支管末端设置在风机5入口与风扇21之间。当温度传感器18检测到混合气体温度低于设定目标值温度时，则开启加热盘管16，以提高混合气体温度；当温度传感器18检测到混合气体温度高于设定目标值温度时，则开启冷却盘管17，以降低混合气体温度。

如图3所示，CO₂输送装置6包括第三压力传感器22、第三温度传感器23、第二CO₂浓度传感器24和气体流量控制阀组25，第二CO₂浓度传感24、第三温度传感器23和第三压力传感器22设置在CO₂输送装置6的主管道中，分别用于测量CO₂输送管道中空气的CO₂浓度、温度以及压力。CO₂输送装置6通过支管将CO₂直接输送至风机5中，接入每个风机5的CO₂输送装置6支管中都设有气体流量控制阀组25，用于精确控制进入各风机5的CO₂流量。

当正压温室内CO₂浓度过低，需要补充CO₂时，可通过温室空气内循环和空气外循环两种方式来调节，此时CO₂吸附板9在处理器1的控制下处于竖直位置。空气内循环：关闭温室侧壁的湿帘7、打开循环窗10和气体流量控制阀组25，开启风机5，作物生长区域1内的空气经空气走廊8中被吸入风机5，CO₂输送装置6中的CO₂经过支管进入风机5内，两种空气混合后依次通过通风管3、通风孔4进入作物生长区域1，从而提高作物生长区域1内CO₂浓度；由于作物生长区域1内的空气经空气走廊8中被吸入风机5，使得作物生长区域1内气压升高，空气走廊8中气压降低，作物生长区域1中空气经过循环窗10进入的空气走廊8，正压温室内的空气进行内循环。空气外循环：打开湿帘7和气体流量控制阀组25、关闭循环窗10，开启风机A5，空气走廊8中的空气被吸入风机5，CO₂输送装置6中的CO₂经过支管进入风机5内，两种空气混合后依次通过通风管3、通风孔4进入作物生长区域1，提高作物生长区域1内CO₂浓度；由于空气走廊8中的空气被吸入风机5，使得空气走廊8中气压降低，形成负压，外界空气会不断通过湿帘7进入的空气走廊8；由于空气不断进入作物生长区域1，当作物生长区域1内气压过高时，温室顶部通风窗2打开，过多的空气溢出，以维持作物生长区域1内气压稳定，从而形成温室空气的外循环。

当正压温室内CO₂浓度过高时，需要降低CO₂浓度，此时也可通过空气内循环与外循环两种方法进行调控。内循环调控：此时CO₂吸附板9在处理器1的控制下处于水平位置，关闭湿帘7与气体流量控制阀组25、打开循环窗10，开启风机5，作物生长区域1内的空气经空气走廊8中被吸入风机5，最后经通风管3、通风孔4进入作物生长区域1，正压温室空气进行内循环；当空气经过CO₂吸附板9时，空气中的CO₂与CO₂吸附板9中的吸附剂发生反应，从而降低正压温室中的CO₂浓度。外循环调控：打开湿帘7、关闭循环窗10与气体流量控制阀组25、开启风机5，外界空气不断通过湿帘7进入空气走廊8，再经过风机5进入作物生长区域1，从而达到降低作物生长区域1内CO₂浓度的效果。

当正压温室进行空气内循环时，可以采用分区域调控，将作物生长区域1划分n个区域，每个区域根据实际需要设置风机5的个数，内循环时各区域中间位置风机运行，以节省能源。在补充温室中CO₂时，只开启某区域中间位置的一个风机5及相应CO₂输送装置6支管中的气体流量控制阀组25，向正压温室中补充CO₂，以节约能源。在降低温室中CO₂浓度时，同样只开启某区域中间位置的一个风机5，并关闭相应CO₂输送装置6支管中的气体流量控制阀组25，同时升起CO₂吸附板9，以降低正压温室中的CO₂浓度。如图4所示，当正压温室内进行空气内循环时，以区域A27为例，可以只开启区域A27中的风机。但是，当正压温室进行外循环时，由于有降温需求，不采用分区调控，开启所有风机5，此时打开所有风机5对应的CO₂输送装置气体流量控制阀组25，通过气体流量控制阀组25，控制输入风机5中CO₂的量，使得混合后空气中的CO₂浓度仍处于最佳浓度范围内，以有效保证温室作物的生长。

如图5所示，正压温室外部设有处理器31，与处理器31相连接的有三组传感器系统：正压温室作物生长区域传感器系统、风机传感器系统以及CO₂输送装置传感器系统。其中正压温室作物生长区域传感器系统包括温度传感器组28、CO₂浓度传感器组29以及光照强度传感器组30，所述传感器组分布在正压温室的不同位置，安装在温室作物冠层高度附近；每个传感器组测量的数据传输至处理器31后，处理器31取各传感器组测量数据的平均值。风机传感器系统包括空气流速传感器11、第一压力传感器12、CO₂浓度传感器13、第一温度传感器14、第二温度传感器18和第二压力传感器19。CO₂输送装置传感器系统包括第三压力传感器22、第三温度传感器23和第二CO₂浓度传感器24。处理器31控制的执行机构包括风机5、循环窗10、CO₂吸附板9、湿帘7、加热盘管16、冷却盘管17和气体流量控制阀组25。各传感器将测得数据传输至处理器31，处理器31根据接受数据控制各执行机构。

一种正压温室二氧化碳浓度调控方法，具体的实施步骤为：

S1，根据温室作物不同生长阶段，在处理器31中设定作物生长区域1的最佳CO₂浓度范围为C₁～C₂，最佳CO₂浓度范围的平均值为C_s，温室作物CO₂极限浓度为C_m；每次风机5工作完成后，作物生长区域1的内温度传感器组28、CO₂浓度传感器组29以及光照强度传感器组30实时检测当前正压温室内温度T_p、CO₂浓度C_p、光照强度i，并将检测数值传输至处理器31。

S2，处理器31通过获得的数据计算出当前温室作物的净光合作用速率S_c，计算方法如下：

S_c＝Pr_b-Pr_g-Pr_m (1)

式中：Pr_b为总光合作用速率，Pr_g为增长呼吸速率，Pr_m为维持呼吸速率；且：

式中：

LAD、L_c(ms^-1)与ρ均为常数，分别是叶面积密度、叶片电导与空气密度；

Pr_g＝Pr_gn/(24*3600) (3)

Pr_m＝Pr_mn/(24*3600) (4)

其中：Pr_gn＝0.2(Pr_bn-Pr_mn)，Pr_b＝Pr_bn/(24*3600)，

Pr_gn为日生长光合速率，Pr_bn为日总光合速率，Pr_mn为日维持光合速率；常数Q＝1.4；T_L是叶片温度，T_L＝T_p；

为干物质中二氧化碳的浓度，

W、

和M_dm为常量，分别是每平方米干物质重、二氧化碳和植物干物质的分子质量。

S2.1，若S_c＜0，则当前状态的真正光合作用速率小于呼吸速率，温室作物向外界释放CO₂，此时通过作物生长区域1内CO₂浓度传感器组29检测CO₂浓度C_p，并传至处理器31进行分析：

S2.1.1，若C_p≤C₂，则不进行调控；

S2.1.2，若C_p＞C₂，则打开循环窗10、关闭湿帘7，控制CO₂吸附板9处于水平位置，开启风机5，正压温室内空气进行内循环，通过CO₂吸附板9降低正压温室中CO₂浓度；CO₂浓度传感器组29检测当前温室内CO₂浓度并传至处理器31，当检测到C_p≤C₂时，处理器31关闭循环窗10与风机5，控制CO₂吸附板9处于竖直位置；

S2.2，若S_c＞0，则温室作物真正光合作用速率大于呼吸速率，此时温室作物从外界吸收CO₂，处理器31将获得的CO₂浓度值C_p与设定值做对比：

S2.2.1，若C_p≤C₁，此时正压温室中CO₂浓度过低，需向正压温室中补充CO₂，打开循环窗10、关闭湿帘7，开启风机5，此时正压温室进行空气内循环；将正压温室划分n个区域，内循环时各区域中间位置风机运行，与运行风机相连的气体流量控制阀组25打开，向风机5中输送CO₂，补充正压温室中CO₂，将温室内CO₂浓度调节至C₂，并计算风机运行时间t_v，防止温室内CO₂补充过多；风机运行时间为t_v计算方法为：

式中：C₂为当前生长状态下，最佳CO₂浓度范围的上限；V为正压温室体积；C_e为CO₂输送装置6中主管道的CO₂浓度，由第二CO₂浓度传感器24检测得出；C_p为正压温室中当前CO₂浓度；V_ce为CO₂输送装置各支管中CO₂流量；

S2.2.2，若C₁＜C_p＜C₂，计算出当前作物生长区域1中CO₂量C_vp(C_vp＝C_p*V)所能维持的时间t_f(即温室中CO₂浓度从C_p降至C₁所用时间)，并测定出准备时间t_p(即从处理器31开启风机5、循环窗10到CO₂进入作物生长区域1的时间间隔)、计算下一次补充CO₂时间间隔t_n；当到达下一次补充CO₂时间，处理器31打开气体流量控制阀组25、关闭湿帘7、打开循环窗10和风机5，正压温室进行空气内循环，同样只开启各区域中间位置处风机5，以向正压温室中补充CO₂，并根据下列公式计算出下一次补充CO₂时间间隔t_n：

t_n＝t_f-t_p (6)

其中：

式中：C₁为当前生长状态下，最佳CO₂浓度范围的下限；S为正压温室中总叶面积，且S＝LAD*V；

S2.2.3，若C₂≤C_p＜C_m，由于此时未达到温室作物CO₂极限浓度，故不进行调控；

S2.2.4，若C_m≤C_p，此时温室内CO₂浓度过高，为了降低温室中CO₂浓度，执行S2.1.2的过程。

S3，在任意时刻，当正压温室需要降温时，处理器31控制湿帘7与所有风机5开启、循环窗10关闭，正压温室进行空气外循环；此时外界空气进入正压温室，由于外界空气中CO₂浓度较低，通风时会影响作物生长区域1内CO₂浓度，可在外界空气进入风机5后，补充CO₂；通过气体流量控制阀组25控制进入风机5的CO₂流量，使混合后空气中CO₂浓度为C₂，以保证作物生长区域1内CO₂浓度始终保持在最佳范围内。

由于当正压温室进行外循环时空气来自于室外，所以吸入风机5的空气中CO₂浓度不会产生较大波动。根据风机5入口处第一温度传感器14、第一压力传感器12、空气流速传感器11以及CO₂浓度传感器13分别测得进入风机空气的温度T_f、压力P_f、流速V_f以及空气中的CO₂浓度C_f。CO₂由CO₂输送装置6送入风机，第三温度传感器23与第三压力传感器22与第二CO₂浓度传感器24，分别测得CO₂主管道中空气的温度T_e、压力P_e以及CO₂浓度C_e。由CO₂输送装置6支管中的气体流量控制阀组25控制管道中CO₂气体流量C_ve。风机5内部的第二温度传感器18和第二压力传感器19，检测混合后气体的温度T_m和压力P_m，由于输送管道中CO2气体的压力、温度与进入风机空气的压力、温度不同，所以混合后气体体积会产生变化。为了保证混合后空气中CO2浓度为C₂，需通过气体流量控制阀组25控制各支管中的CO₂流量，则应向风机5中输送的CO₂量为：

其中：根据理想气体状态方程：

可得

所以

目

V_cf＝S_f*V_f，S_f＝π*R² _f，式中：R_f为风机5入口半径，S_f为风机5入口面积，V_cf是进入风机5的空气流量，V′_cf是进入风机空气流量V_cf与CO₂混合后空气的量，V′_ce是从CO₂输送装置各支管进入风机的CO₂流量与外界空气混合后的量，T_m为混合后气体温度，P_m为混合后气体气压，V_ce为CO₂输送装置各支管中CO₂流量。

S4，由于进入风机的空气与CO₂输送装置支管的CO₂混合后温度会发生变化，为了使混合后空气温度与温室作物当前生长阶段目标温度一致，在每次补充CO₂时可通过风机中的加热盘管16、冷却盘管17，调节混合气体的温度。

S5，将每次调节数据上传至处理器31，以供后续查看。

实施例

根据查阅相关文献以及实际正压温室经验得知，番茄适宜CO₂浓度为800-1200μmol·mol^-1、极限浓度为1800μmol·mol^-1、适宜温度为27.5-30℃，设定作物生长区域1适宜CO₂浓度为800-1000μmol·mol^-1，番茄极限浓度C_m为1500μmol·mol^-1，适宜温度为27.5-30℃。

在夏季正午某次风机5工作完成后，检测的作物生长区域1内CO₂浓度C_p为985μmol·mol^-1、光照强度i为620μmol m^-2s^-1、温度C_p为29℃，具体调控步骤如下：

S1，处理器31根据检测的温度、CO₂浓度和光照强度计算出当前净光合作用速率S_c，当S_c＞0且C₁＜C_p＜C₂；计算出当前CO₂量C_vp所能维持的时间t_f，并计算下一次补充CO₂时间间隔t_n，；

S2，当到达下一次补充CO₂时间，打开CO₂输送装置中气体流量控制阀组25和循环窗10、关闭湿帘7，开启风机5，正压温室进行空气内循环，只开启各子区域中间风机以及与之相连的气体流量控制阀组，以向正压温室中补充CO₂，并根据公式(5)计算风机运行时间t_v；

S3，补充CO₂时，风机内第二温度传感器18检测到混合后空气温度T_m为32℃，高于温室设定目标温度，打开冷却盘管17，通过外界冷源降低混合后空气温度；

S4，CO₂补充结束后，关闭风机5、循环窗10、气体流量控制阀组以及冷却盘管17，此次调控完成。

在夏季正午某次风机5工作完成后，检测作物生长区域1内CO₂浓度C_p为850μmol·mol^-1、光照强度i为650μmol m^-2s^-1、温度为33℃；具体调控步骤如下：

S1，此时作物生长区域1中的温度高于设定温度，需要降温；

S2，处理器31关闭循环窗10、打开湿帘7，开启风机5，使正压温室进行空气外循环，以降低温室内作物生长区域温度，由于进行空气外循环，打开所有风机5及相连的气体流量控制阀组25；

S3，由于外界空气中CO₂浓度较低，且此时CO₂浓度处于设定的目标CO₂浓度内，所以在进行外循环时需向风机中补充CO₂，通过公式(7)计算出CO₂量V_ce，以保证输送至作物生长区域1内的CO₂浓度始终处于目标CO₂浓度内；

S4，温度调控完成后，关闭风机5、湿帘7以及气体流量控制阀组25，此次调控结束。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种正压温室二氧化碳浓度调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，判断当前温室作物的净光合作用速率S_c与0的大小关系，若S_c<0，则执行S2，若S_c>0，则执行S3；

S2，处理器(31)分析正压温室中CO₂浓度C_p，若C_p≤C₂，则不进行调控；若C_p>C₂，则打开循环窗(10)、关闭湿帘(7)，开启风机(5)，正压温室内空气进行内循环，控制CO₂吸附板(9)处于水平位置，CO₂吸附板(9)吸收正压温室中的CO₂，直至C_p≤C₂时，关闭循环窗(10)与风机(5)，控制CO₂吸附板(9)处于竖直位置；

S3，处理器(31)将所述CO₂浓度C_p与设定值做对比：

若C_p≤C₁，打开循环窗(10)、关闭湿帘(7)，正压温室进行空气内循环，作物生长区域(1)各子区域中间位置的风机(5)运行，与运行风机相连的气体流量控制阀组(25)打开，向风机(5)中输送CO₂，补充正压温室中CO₂，将正压温室内CO₂浓度调节至C₂，同时计算风机运行时间t_v；

若C₁<C_p<C₂，计算出当前作物生长区域(1)中CO₂量所能维持的时间t_f，并计算下一次补充CO₂时间间隔t_n，到达下一次补充CO₂时间时，处理器(31)打开气体流量控制阀组(25)和循环窗(10)、关闭湿帘(7)，开启各子区域中间位置处的风机(5)，向正压温室中补充CO₂，正压温室进行空气内循环；

若C₂≤C_p<C_m，不进行调控；

若C_m≤C_p，则打开循环窗(10)、关闭湿帘(7)，开启风机(5)，正压温室内空气进行内循环，控制CO₂吸附板(9)处于水平位置，CO₂吸附板(9)吸收正压温室中的CO₂，直至C_p≤C₂；

在任意时刻，当正压温室需要降温时，湿帘(7)与所有风机(5)开启、循环窗(10)关闭，正压温室进行空气外循环，通过气体流量控制阀组(25)控制进入风机(5)的CO₂流量，使混合后空气中CO₂浓度为C₂；

所述C₂为当前生长状态下，最佳CO₂浓度范围的上限；C₁为当前生长状态下，最佳CO₂浓度范围的下限；C_m为温室作物CO₂极限浓度。

2.根据权利要求1所述的正压温室二氧化碳浓度调控方法，其特征在于，所述风机运行时间

V为正压温室体积，C_e为CO₂输送装置(6)中的CO₂浓度，V_ce为CO₂输送装置各支管中CO₂流量，n为正压温室划分的区域个数。

3.根据权利要求1所述的正压温室二氧化碳浓度调控方法，其特征在于，所述下一次补充CO₂时间间隔t_n＝t_f-t_p，t_p是开启风机到CO₂进入作物生长区域(1)的时间间隔，所述当前作物生长区域(1)中CO₂量所能维持的时间

V为正压温室体积，S为正压温室中总叶面积。

4.根据权利要求1所述的正压温室二氧化碳浓度调控方法，其特征在于，所述进入风机(5)的CO₂流量

C_f为进入风机空气的CO₂浓度，P_f为进入风机空气的压力，T_f为进入风机空气的温度，V_f为进入风机空气的流速，T_e为CO₂输送装置主管道中空气的温度，P_e为CO₂输送装置主管道中空气的压力，C_e为CO₂输送装置主管道中空气的CO₂浓度，R_f为风机(5)入口半径。

5.根据权利要求1所述的正压温室二氧化碳浓度调控方法，其特征在于，在向正压温室补充CO₂时，通过控制加热盘管(16)和冷却盘管(17)的工作，调节混合气体的温度。

6.一种执行权利要求1-5所述的正压温室二氧化碳浓度调控方法的调控系统，其特征在于，包括若干风机(5)、CO₂输送装置(6)、若干通风管(3)、CO₂吸附板(9)、循环窗(10)和处理器(31)；

所述风机(5)与送风管(3)连接，送风管(3)上设有通风孔(4)；

所述CO₂吸附板(9)转动连接于设置在正压温室内的隔板上，隔板与温室侧壁形成空气走廊(8)；所述循环窗(10)安装在正压温室顶部，能够实现作物生长区域(1)与空气走廊(8)的通断；所述温室侧壁设有湿帘(7)；所述正压温室中设有CO₂温度传感器组(28)、CO₂浓度传感器组(29)和光照强度传感器组(30)；

所述风机(5)入口处设有空气流速传感器(11)、第一压力传感器(12)、CO₂浓度传感器(13)和第一温度传感器(14)，风机(5)内部设有第二温度传感器(18)和第二压力传感器(19)；

所述CO₂输送装置(6)的支管末端设置在风机(5)入口处，CO₂输送装置(6)的主管道中设有第二CO₂浓度传感(24)、第三温度传感器(23)和第三压力传感器(22)，CO₂输送装置(6)支管中设有气体流量控制阀组(25)；

所述空气流速传感器(11)、第一压力传感器(12)、CO₂浓度传感器(13)、第一温度传感器(14)、第二温度传感器(18)、第二压力传感器(19)、第二CO₂浓度传感(24)、第三温度传感器(23)和第三压力传感器(22)均将采集的信息传输给处理器(31)，所述处理器(31)控制风机(5)、循环窗(10)、CO₂吸附板(9)、湿帘(7)和气体流量控制阀组(25)动作。

7.根据权利要求6所述的调控系统，其特征在于，所述风机(5)内部设有盘管壳体(20)，所述盘管壳体(20)内部设有加热盘管(16)和冷却盘管(17)。

8.根据权利要求6所述的调控系统，其特征在于，所述正压温室顶部设有通风窗(2)。

9.根据权利要求6所述的调控系统，其特征在于，所述风机(5)入口处设有过滤网(15)。

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