CN113703494A - 一种湿帘智能化精准控温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种湿帘智能化精准控温方法，借助湿帘智能化控温系统模型，利用该模型自动调整湿帘水泵在当天中下一次运行过程中的启动时间和关闭时间，以实现在不同环境条件下，湿帘开启后都能获得预期的降温效果。本方法在控制畜禽舍最高温度的同时，保证舍内温度变化的稳定，避免造成湿帘附近的畜禽发生冷应激，具有参数实现自动化、调整智能化的特点，湿帘控温效果足够精准，可达到预期效果，保证每天早中晚、夏季初盛末季的湿帘发挥同样降温效果。
Description
技术领域
本专利申请属于夏季畜禽舍通风湿帘精准控温技术领域，更具体地说，是涉及一种湿帘智能化精准控温方法。
背景技术
湿帘，别名水帘及水幕，呈蜂窝结构，是由原纸加工生产而成，组成部件包括降温系统、增湿系统、过滤系统，降温系统由纸质多孔湿帘、水循环系统、风扇组成。未饱和的空气流经多孔、湿润的湿帘表面时，大量水分蒸发，空气中由温度体现的显热转化为蒸发潜热，从而降低空气自身的温度。风扇抽风时将经过湿帘降温的冷空气源源不断的引入室内，从而达到降温效果。
湿帘可应用于家禽、畜牧业、温室、园艺业、工业降温等，湿帘安装在窗户的另一侧，空气穿过湿帘蒸发，再由风扇吹向各个角落，致使室内温度迅速下降起来。
炎热夏季，科学合理的使用湿帘是控制高温天气对畜禽生产性能造成影响的有效措施。但也常常由于湿帘的使用不当，造成鸡舍的温度出现“非理想”状态。或在某些时段，湿帘开启后舍温无法降到理想温度，或者由于湿帘使用后温度出现骤然下降，导致畜禽在炎热天气出现冷应激(感冒)。以上问题的出现，都会造成经营效益的损失。
究其原因，主要是由于目前市场上现存湿帘控制系统存在的自动化、智能化程度不够，多数时间还需要人为参与参数的调整，也因此造成了湿帘控温效果不够精准，达不到预期效果。
目前市场上常用的自动化湿帘控制程序有以下两种模式：
模式一：
湿帘的降温效果除了湿帘自身的设计和型号之外，主要受外界环境气候的影响。温度升高则湿帘降温效果下降，湿度升高同样会造成湿帘降温效果下降。
模式一的这种设计模式，各个参数只能设计一个数值。我们为了实现正午高温时的降温效果，就必然会以此为准来设计湿帘使用的相关参数。而同样的水泵运行时间，在早晚外界气温较低时的降温效果要明显优于正午高温时候，这样在湿帘开启后降温幅度就会很大，极易造成距离湿帘较近的畜禽经历高低温的剧烈波动，从而产生冷应激或热应激，影响健康情况。
模式二：
模式二的这种设计模式，在模式一的基础上增加每天各个时段的设置，可以有效解决同一天内早晚湿帘使用时降幅较大的问题。但与此同时还存在的问题是，由初夏进入盛夏的阶段，外界温度和湿度都会增加，湿帘的降温效果就会降低。此时，就需要人为的调整水泵的上水时间，才能达到我们的降温目的。
因此，目前市场上流行的这两种湿帘自动控制模式的设计，不能满足养殖户对湿帘控温精准化、自动化、智能化的需求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种湿帘智能化精准控温方法，在控制畜禽舍最高温度的同时，保证舍内温度变化的稳定，避免造成湿帘附近的畜禽发生冷应激，具有参数实现自动化、调整智能化的特点，保证每天早中晚、夏季初/盛/末/季的湿帘发挥同样预期的降温效果。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种湿帘智能化精准控温方法，建立湿帘智能化控温系统模型，利用该模型自动调整湿帘的水泵在下一次的运行过程中的启动时间和关闭时间，来实现在不同外界环境条件下，湿帘开启后都能获得预期的降温效果。
本发明技术方案的进一步改进在于：包括如下步骤：
步骤一、明确湿帘智能化控温系统模型中的相关参数，包括如下参数：
目标降温幅度ΔT1：为湿帘启动后，管理者要追求的畜禽舍内整体温度的降幅，设定原则以湿帘附近的畜禽不受到温度的剧烈起伏波动而发生冷应激为准，单位为℃；
湿帘使用时间：设置湿帘使用的日龄、每天使用的时间段；
湿帘启动温度T1：畜禽舍内要求控制的最高温度，超过此温度湿帘中的水泵启动；
湿帘初始启动时间S1：为首次使用湿帘时的水泵运行时间，能够保证首次开启湿帘后温度降幅不超过ΔT1；
湿帘初始关闭时间S2：为首次使用湿帘时的水泵关闭时间，能够保证在S2时间内气温可以重新回到湿帘启动温度T1为宜；
湿帘停用湿度H：环境湿度高于此湿度时，湿帘停止使用；
步骤二、人工初始参数赋值，为目标降温幅度ΔT1、湿帘启动温度T1、湿帘初始启动时间S1和湿帘初始关闭时间S2赋值；
步骤三、随时监测畜禽舍内的温度，当畜禽舍的舍温到达T1后，湿帘的水泵开始启动，水泵初始启动使用的维持时间为S1；
步骤四、系统测算参数，湿帘初次投入使用时间S1结束后，获取畜禽舍内的实际降温幅度ΔT2、首次回归湿帘启动温度的时间S3、二次回归湿帘启动温度的时间S4，各参数释义如下：
ΔT2：湿帘启动后舍温降至最低点，是温度的降幅，单位为℃；
S3、S4：水泵开始启动至舍温首次回归到湿帘启动温度T1所用的时间计为S3，从水泵开始启动至舍温二次回归到湿帘启动温度T1所用时间计为S4；
步骤五、计算出系统职能运行参数结果，获得下一次的水泵自动启动时间S1(自动)和水泵自动关闭时间S2(自动)；
S1(自动)的确定分为三种情况：
第一种：ΔT2∈ΔT1±0.3，S1(自动)＝S1；
第二种：ΔT2＜ΔT1-0.3，S1(自动)＝S1+(1-ΔT2/(ΔT1-0.3))*S1；
第三种：ΔT2＞ΔT1+0.3，S1(自动)＝S1+(1-ΔT2/(ΔT1+0.3))*S1；
S2(自动)＝(S3+S4)/2；
步骤六、按照步骤五获得的水泵自动启动时间S1(自动)和水泵自动关闭时间S2(自动)，使水泵在当天中下次启动和关闭时按照这两个参数自动代入步骤三-步骤六中执行，如此循环。只有湿帘初始启动时间、初始关闭时间按照S2、S1，湿帘下次启动和关闭按照上一次计算得到的S1(自动)和S2(自动)执行。
进一步的，ΔT1的取值范围是0.5-1.5℃。
进一步的，ΔT2的取值范围是0-2℃。
进一步的，湿帘初始启动时间S1短于湿帘初始关闭时间S2。
进一步的，湿帘初始启动时间S1的设定时间偏短为宜，为20-60秒钟。
进一步的，湿帘初始关闭时间S2的设定时间偏长为宜，为300-600秒钟。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：
1.控制畜禽舍夏季的最高温度，保证畜禽尽量生活在适宜的气候环境中。
2.在控制畜禽舍最高温度的同时，保证舍内温度变化的稳定，避免温度大幅变动造成湿帘附近的畜禽发生冷应激现象，提高畜禽健康状况。
3.实现参数自动化、智能化的调整，湿帘控温效果足够精准，可达到预期效果，保证每天早中晚、夏季初/盛/末季的湿帘发挥同样预期的降温效果，降温针对性高。
附图说明
图1为本发明的温度变化示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明公开了一种湿帘智能化精准控温方法，控制过程参见图1。
湿帘精准控温的核心是建立湿帘智能化控温系统模型，利用该模型能够自动调整每天早中晚，或者夏季初/盛/末季时，湿帘的水泵在运行过程中的启动时间和关闭时间，以实现在不同环境条件下，由于具有不同的温度湿度，湿帘开启后都能获得预期的降温效果。
各参数具体说明：
1、ΔT1：目标降温幅度，为湿帘启动后，管理者要追求的舍内整体温度的降幅，设定原则是以湿帘附近的畜禽不受到温度的剧烈起伏波动而发生冷应激为准。
2、湿帘使用时间：设置湿帘使用的日龄、每天使用的时间段；比如设定夏季使用，五月份到九月份使用，每一天的早中晚时间段或者上午/中午/下午使用，设定好使用时间后，湿帘自动按此执行。这个根据自己习惯或喜好来定。
3、T1：湿帘启动温度，畜禽舍内要求控制的最高温度，超过此温度湿帘的水泵自动启动。一般来说，ΔT1的取值范围是0.5-1.5℃。
4、S1：湿帘初始启动时间，为首次使用湿帘时其水泵运行时间。设定时间偏短为好，能够保证首次开启湿帘后温度降幅不超过ΔT1。
5、S2：湿帘初始关闭时间，为首次使用湿帘时其水泵运行时间。设定时间偏长为好，能够保证在S2时间内气温可以重新回到湿帘启动温度T1为宜。
6、湿帘停用湿度H：环境湿度高于此湿度时，湿帘停止使用，比如高于60％的湿度后，停用。
在实际使用中，湿帘初始启动时间S1短于湿帘初始关闭时间S2。比如湿帘初始启动时间S1的设定时间偏短为宜，为20-60秒钟。湿帘初始关闭时间S2的设定时间偏长为宜，为300-600秒钟。
7、ΔT2：为湿帘启动后舍温降至最低点，温度的降幅，单位为℃。ΔT2的取值范围是0-2℃。
8、S3、S4：这两个参数为系统自动核算出来的参数。在日常生产中，以图1为例，舍温到达T1(比如29℃)后湿帘的水泵开始启动，而舍温往往会继续升高，一定时间后舍温会首次降至T1(降到29℃以下，比如27.4℃)以下，可以看到第一个小波峰；随着湿帘表面水分的蒸发温度会再次回升至T1(比如29℃)，可以看到第一个小波谷。我们把从水泵开始启动至舍温首次回归到T1所用的时间计为S3，也就是第一个小波峰的时间末端对应的时间点；从水泵开始启动至舍温二次回升到T1所用时间计为S4，也就是第一个小波谷的时间末端对应的时间点。
按照当次获取的S3、S4计算水泵下一次的自动启动和关闭。
9、计算出系统职能运行参数结果，获得下一次的水泵自动启动时间S1(自动)和水泵自动关闭时间S2(自动)；
S1(自动)的确定分为三种情况：
第一种：ΔT2∈ΔT1±0.3，S1(自动)＝S1；
第二种：ΔT2＜ΔT1-0.3，S1(自动)＝S1+(1-ΔT2/(ΔT1-0.3))*S1；
第三种：ΔT2＞ΔT1+0.3，S1(自动)＝S1+(1-ΔT2/(ΔT1+0.3))*S1；
S2(自动)＝(S3+S4)/2。
10、按照获得的水泵自动启动时间S1(自动)和水泵自动关闭时间S2(自动)，使水泵在下次启动和关闭时按照这两个参数自动执行，不断循环执行。
本发明在控温过程中，借助水泵启动时间和水泵关闭时间的初始设定值S1和S2，以及实际温度降幅发生值、温度实际回升所用时间，形成反馈闭环，最终实现在控制畜禽舍最高温度的同时，保证舍内温度变化的稳定，避免造成湿帘附近的畜禽发生冷应激。这种方法具有参数实现自动化、调整智能化、温控精度高的特点，保证每天早中晚时间段，或者夏季初盛末季的湿帘发挥同样降温效果。
以湿帘当天会启动多次为例，S1(自动)、S2(自动)充分体现了在当天中下一次自动启动的这个概念，由于水泵在一天中会启动、关闭多次，ΔT2每次都不尽相同，所以S1(自动)每次也都不一定相同。同理，一天中，S3+S4每次也都不尽相同，S2(自动)也是每次都在变化，这样精确的调整S1(自动)、S2(自动)，实现了当天实时的精准调控需求，符合生产实际，针对性更强，避免了温度骤降。
夏季初盛末季的调节也是按照此理念。
下面举例说明。
以山东济宁地区为例。5月末外界气温升至32℃以上，湿度50％左右。若不使用湿帘，鸡舍温度可升至35℃左右。
湿帘参数初始设置：
湿帘启动温度T1＝30℃，湿帘初始启动时间S1＝25秒，湿帘初始关闭时间S2＝300秒，湿帘停止湿度H＝95％，目标降温幅度ΔT1＝1℃，目标降幅允许的误差范围±0.3，这个误差范围±0.3在我们下面的计算中会用到。在某一天中，湿帘实际运行情况模拟：
情况一(上午)：
第一阶段：当鸡舍温度达到30℃(T1)，湿帘开始启动25秒(S1)，鸡舍温度持续上升，60秒后(首次回归启动温度的时间S3)鸡舍温度下降至30℃。
第二阶段：舍温继续下降，最低降至29.2℃，实际降温幅度0.8℃(ΔT2)。
第三阶段：温度降至最低后开始回升，480秒后(S4)舍温升至30℃(T1)。系统开始智能测算下次启动的参数：
确定S1(自动)：实际降幅0.8℃∈1±0.3℃。开启时间维持25秒(S1)，不变。
确定S2(自动)：S2(自动)＝(60+480)/2＝270秒。
情况二(中午)：外界温度持续升高，湿帘的降温效果下降。
前提：根据情况一系统测算的参数，湿帘开始启动25秒，关闭270秒。
第一阶段：温度达到30℃，湿帘开启25秒，温度持续上升，70秒后(S3)鸡舍温度下降至30℃。
第二阶段：舍温继续下降，最低降至29.4℃，实际降幅0.6℃(ΔT2)，降的较少。
第三阶段：温度降至最低后开始回升，420秒后(S4)舍温升至30℃。系统开始智能测算下次启动的参数：
确定S1(自动)：实际降幅0.6℃＜1±0.3℃。S1(自动)＝25+(1-0.6/(1-0.3))*25＝29秒。
确定S2(自动)：S2(自动)＝(70+420)/2＝245秒。
情况三(下午)：外界温度下降，湿帘的降温效果增强。
前提参数：根据情况二系统测算的参数，湿帘开启29秒，关闭245秒。
第一阶段：当鸡舍温度达到30℃(T1)，湿帘开始启动29秒，鸡舍温度持续上升，50秒后(S3)鸡舍温度下降至30℃。
第二阶段：舍温继续下降，最低降至28.5℃，实际降幅1.5℃(ΔT2)，降的较多。
第三阶段：温度降至最低后开始回升，540秒后(S4)舍温升至30℃。系统开始智能测算下次启动的参数：
确定S1(自动)：实际降幅1.5℃＞1±0.3℃。S1(自动)＝29+(1-1.5/(1+0.3))*29＝25秒。
确定S2(自动)：S2(自动)＝(50+540)/2＝295秒。
上面的三个情况都是以“目标降幅允许的误差范围±0.3”来计算的，如果将目标降幅允许的误差范围调整为其他数值，比如±0.4，或者±0.5，或者±0.2，则将S1(自动)计算公式中的0.3进行对应调整即可。
一般体而言，如果将“目标降幅允许的误差范围”以k来表示，k为自然数，则S1(自动)的确定可修订为三种情况：
第一种：ΔT2∈ΔT1±k，S1(自动)＝S1；
第二种：ΔT2＜ΔT1-k，S1(自动)＝S1+(1-ΔT2/(ΔT1-k))*S1；
第三种：ΔT2＞ΔT1+k，S1(自动)＝S1+(1-ΔT2/(ΔT1+k))*S1；
S2(自动)＝(S3+S4)/2。
目标降幅允许的误差范围k根据实际需要选用，满足自身的经济和养殖利益。更多的实例参照情况一～情况三，中心思想和处理流程是相同的，在此不再赘述。
湿帘运行以天为周期，每天的气温、湿度都不同，因此每天的调节数据也都不同，湿帘在完成当天的上午、中午、下午自动调整运行后，一个调节周期即完成，第二天的运行数据并不是按照头一天下午的数据继续执行，而是依然按照当天上午的具体情况具体执行。举例说，也就是继续按照湿帘参数初始设置的数值执行，当鸡舍温度达到30℃(T1)，湿帘开始启动25秒(S1)，鸡舍温度持续上升，首次回归启动温度的时间S3秒后鸡舍温度下降至30℃，后边的情况也就不再赘述了。第二天的S3并不一定还是头一天的60秒，也可能相同，也可能不同，这样就实现了当天实时的精准调控需求，符合生产实际。
Claims (7)
1.一种湿帘智能化精准控温方法，其特征在于：建立湿帘智能化控温系统模型，利用该模型自动调整湿帘水泵在当天中下一次运行过程中的启动时间和关闭时间，以实现在不同环境条件下，湿帘开启后都能获得预期的降温效果。
2.根据权利要求1所述的一种湿帘智能化精准控温方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、明确湿帘智能化控温系统模型中的相关参数，包括如下参数：
目标降温幅度ΔT1：为湿帘启动后，管理者要追求的畜禽舍内整体温度的降幅，设定原则以湿帘附近的畜禽不受到温度的剧烈起伏波动而发生冷应激为准，单位为℃；
湿帘使用时间：设置湿帘使用的日龄、每天使用的时间段；
湿帘启动温度T1：畜禽舍内要求控制的最高温度，超过此温度湿帘水泵启动；
湿帘初始启动时间S1：为首次使用湿帘时的水泵运行时间，能够保证首次开启湿帘后温度降幅不超过ΔT1；
湿帘初始关闭时间S2：为首次使用湿帘时的水泵关闭时间，能够保证在S2时间内气温可以重新回到湿帘启动温度T1；
湿帘停用湿度H：环境湿度高于此湿度时，湿帘停止使用；
步骤二、人工初始参数赋值，为目标降温幅度ΔT1、湿帘启动温度T1、湿帘初始启动时间S1和湿帘初始关闭时间S2赋值；
步骤三、随时监测畜禽舍内的温度，当畜禽舍的舍温到达T1后，湿帘水泵开始启动，水泵初始启动使用的维持时间为S1；
步骤四、系统测算参数，湿帘初次投入使用时间S1结束后，获取畜禽舍内的实际降温幅度ΔT2、首次回归湿帘启动温度的时间S3、二次回归湿帘启动温度的时间S4，各参数释义如下：
ΔT2：湿帘启动后舍温降至最低点，是温度的降幅，单位为℃；
S3、S4：水泵开始启动至舍温首次回归到湿帘启动温度T1所用的时间计为S3，从水泵开始启动至舍温二次回归到湿帘启动温度T1所用时间计为S4；
步骤五、计算出系统职能运行参数结果，获得下一次的水泵自动启动时间S1(自动)和水泵自动关闭时间S2(自动)；
S1(自动)的确定分为三种情况：
第一种：ΔT2∈ΔT1±0.3，S1(自动)＝S1；
第二种：ΔT2＜ΔT1-0.3，S1(自动)＝S1+(1-ΔT2/(ΔT1-0.3))*S1；
第三种：ΔT2＞ΔT1+0.3，S1(自动)＝S1+(1-ΔT2/(ΔT1+0.3))*S1；
S2(自动)＝(S3+S4)/2；
步骤六、按照步骤五获得的水泵自动启动时间S1(自动)和水泵自动关闭时间S2(自动)，使水泵在当天中下次启动和关闭时按照这两个参数自动执行，如此循环。
3.根据权利要求2所述的一种湿帘智能化精准控温方法，其特征在于：ΔT1的取值范围是0.5-1.5℃。
4.根据权利要求2所述的一种湿帘智能化精准控温方法，其特征在于：ΔT2的取值范围是0-2℃。
5.根据权利要求2所述的一种湿帘智能化精准控温方法，其特征在于：湿帘初始启动时间S1短于湿帘初始关闭时间S2。
6.根据权利要求2所述的一种湿帘智能化精准控温方法，其特征在于：湿帘初始启动时间S1为20-60秒钟。
7.根据权利要求2所述的一种湿帘智能化精准控温方法，其特征在于：湿帘初始关闭时间S2为300-600秒钟。
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Also Published As
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|---|---|
| CN113703494B (zh) | 2022-08-05 |
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