SU1438657A1 - Способ автоматического управлени температурным режимом в теплице - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сельскому хоз йству, точнее к технике обеспечени  микроклимата в сооружени х закрытого и защищенного грунта. Цель изобретени  - повышение эффективности . Весь период выращивани  растений делитс  на равные промежутки времени , продолжительность которых по крайней мере на пор док меньше посто нной времени самого быстродействующего возмущени . Дл  этого промежутка времени вычисл етс  оптимальна  из условий равенства нулю производной от экономического критери , температура . В соответствии с этой температурой измен етс  уставка задатчика температуры , обеспечивающа  поддержание посто нства температуры в течение выбранного промежутка времени. При изменении температуры в теплице включаетс  датчик 1 температуры воздуха в теплице, св занный с объектом регулировании 12 и через сравнивающий элемент 3-е задатчиком 2. В вычислительном блоке 11 производитс  обработка информации, поступающей с датчиков 8, 9, 10 контрол  состо ни  внепшей среды. Посредством ком- мутатора 5 производитс  опрос датчиков и передача управл кзщего сигнала на исполнительные механизмы 7 объек- ;Та регулировани  12, 1 з.п. ф-лы, ;2 ил. ю С 4 Од 00 О) СП Iг

Description

Изобретение относитс  к сельскому хоз йству, а tDvjeHHo к технике обеспечени  микроклимата в сооружени х закрытого и защищенного грунта и в первую очередь в теплрщах.

Цель изобретени  - повьшение эффективности .

На фиг. 1 изображена схема устройства автоматического управлени  температурным режимом в теплицеj на фиг,. 2 - график экономической эффективности способа.

В качестве критери  оптимизации в предлагаемом способе используют критерий экономической эффективности

,

де Б - от

ции;

Т - затраты на В свою очередь

,У,

(1).

реализации щ)одук- обогрев теплицы.

(2)

где У - величина урожа  овощей;;

Ц л - цена продукта. Урожай овощей  вл етс  функцией температуры и освещенности в теплит це. Зависимость эта в первом приближении может быть аппроксимирована параболой и в общем виде иметь выражение

y atg+bte+c+dE +fE+lEtj ,

(3).

ности. Естественно, что при изменении tg и Е мен етс  значение ЛУ дл  конкретных промежутков времени.

Затраты на обогрев теплицы опреде л ютс  по формуле

,(6)

где Ц - цена единицы тепловой энергии;

Q - расход энергии дл  получени  урожа .

Величина расхода энергии определ етс  из теплового баланса теплицы

Q UK{t,-t)-Qp Jcl P,

(7)

где

р«Г

рРА

количество энергии, поступающей в теплицу в единицу времени за счет солнечной радиации, вычисленное по формуле

Яр«А

(8)

25 Де А

ОГр

1

огр

30

К

площадь ограждени  тедли 1 цы, м ;

коэффициент ограждени , характеризующий прозрачность стекла;

удельный тепловой поток, завис щий от обласности Вт/м- ;

коэффициент теплопотерь, определ емый из выражени 

где

Ч (4)

температура воздуха в теплице ;

Е - освещенность;

а,Ъ,с ,cl,f ,1. - посто нные коэффшдиен- ты, определ емые экспериментально .

При моделировании делаетс  допущение , что в любые, равные по времени промежутки, формируетс  равна  часть урожа . Тогда за отрезок времени /з О получают урожай

tg+B tg+c+dfE -f-f ,E+l,Bt6,

где

i,d „f,1 , - новые коэффициенты , определ емые из соотношений

-3

f

1 -1 j:

, . , J. . -X --

где

-И - длительность вегетационного

. периода.

В вьфажении (4) t g и Е уже текущие значени  температуры и освещен35

K N+Dy+Lv+Fvl(,

(9)

40

45

S,0,L,F - тюсто нные коэффициенты, определ емые экспериментально и теоретически и характеризующие вли ние различных факторов на теплопо- те ри теплиц, и завис т от конструкции и размера теплицы;

V - скорость ветра, м/с; ц - влажность наружного воздуха , %; t - температура наружного возОр

. .

50

В

мени

духа, течение малого промежутка вреДь величины v, L/ , t

в

Н If

можно считать посто нными. Тогда количество энергии, поступающей за этот промежуток ,вычисл етс  как

(10)

:55 (tg-t J-Qp« d,

в тот же промежуток времени показатель эффективности

,,У-ЦуДЯ,(И)

где Ц

величина стоимости едкншда тепловой энергии.

Первый член этого показател  имеет максимум при температуре tg, (фиг.2). Второй член имеет линейный характер и разность также имеет максимум , но при другой меньшей температуре tgj. Чем больше разница между tg, и tg25 тем больше экономи  тепловой энергии. Максимальное значение показател  ЛЭ и соответствующа  ему температура t завис т от возмущений , вносимых изменением величин t,, 1, V, qp. ,

Таким образом, критерий экономической эффективности представл ет собой разность между вьфучкой от реализации урожа  и затратами энергии на обогрев теплицы. Способ предусмат ривает, что весь период выращивани  растений дел т на равные промежутки времени, продолжительность которых на пор док меньше посто нной времени самого бьютродействующе го возмзтценн  Дл  этого промежутка времени вычисл ют оптимум, из услови  равенства нулю производной от указанного эконо- шческого критери  эффективности и в соответствии с этим измен етс  уставка задатчика температуры, обеспечивающего поддержание посто нства температуры в течение выбранного промежутка времени.

При этом оптимальна  температура воздуха в теплице определ етс  по выражению

t,.(W.L.bV).(-.g),(l2)

где

Ч

V

Е

Д.

влажность воздуха скорость ветра; освещенность растений; Ц , Ц« - соответственно единнщл тепловой энергии выращи- ваемых овощей; продолжительность вегетационного периода;

a jbjljNjDjLjF - определ емые теоретически / или экспериментально ко эффициенты.

Устройство дл  осуществлени  способа (фиг. 1)содержит датчик 1 температуры воздуха в теплице, задатчик 2, сравниварщий элемент 3, усилитель 4, коммутатор 5, генератор 6 тактовы импульсов 5 исполнительный механизм 7, датчики контрол  состо ни , датчики влажности наружного воздуха 8,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

скорости ветра 9, осветенности 10, вычислительный блок 11, объект 12 регулировани .

Вегетационный период вьфащивани  растений, например огурцов, равный 5 мес, дел т на равные промежутки времени . Дл  этого предварительно вычисл ют длительность этого промежутка. При этом исход т из услови , что длительность его должна быть на пор док меньше посто нной времени самого быстродействующего возмущени . Например , самым быстродействуюгаим возмущением может быть изменение солнечной радиации, посто нна  времени которого равн етс  10-15 мин. Затем дл  каждого промежутка времени определ ютс  оптимальна  температура, котора  должна поддерживатьс  посто нной. Выбор дискретных промежутков времени, дл  которых определ ют оптимальную тем- пературу, объ сн ют следующим. Если вз ть эту продолжительность равной посто нной времени возмущени  или выше ее, то в течение такого промежутка определ ема  температура не остаетс  посто нной, а ее усреднение ведет к значительным ошибкам. Уменьшение же длительности промежутка более чем на . пор док мало вли ет на точность оптимизации .

После определени  продолжительности промежутка времени генератора 6 тактовых импульсов настраивают на этот промежуток. Генератор вьщает импульсы через указанные равные промежутки времени , в течение которых происходит обработка информации, получаемой от датчиков 8-iO.

Дл  каждого дискретного промежутка времени по выражению U2} вычислитель- ,ный блок И определ ет оптимальную температуру, в соответствии с которой измен етс  уставка задатчика 2, Система автоматической стабилизации, состо ща  из датчика 1 внутренней температуры , задатчика 2, сравнивающего элемента 3, усилител  4 и исполнительного механизма 7, который поддерживает эту температуру-.в течение выбранного дискретного промежутка времени, по окончании которого генератор тактовых импульсов сбрасывает результат предыдущего расчета и начинает новый, В реальной схеме может быть несколько вычислительных блоков дл  различных режимов работы (Ночь, Пасмурно

Солнечно). lix переклзочение осуще- стьл ют с помощью коммутатора 5„

В выражении (12) величины ц, v, Е измер ютс  соответствующими датчика ми, коэффициенты а, Ъ, 1, Kj D, /. L, F, а также продолжительность вегетационного периода ввод тс  по материалам расчета или эксперимента, при наладке системы Ц и Ц могз Т вводитс  в процессе работы.

Эффект от применени  предлагаемого способа автоматического управлени  складываетс  из экономии топлива и

снижени  расхода на ренозацгао устрой- g вой энергии с учетом влажности возду- ства, реализующего способ,

Экономнт1еский эффект от снижени  затрат на топливо легко определ етс  с помощью кривых (фиг, 2).Здесь Представлены результаты расчетов эко 20 комической эффективности выравнивани  огурцов. Расчеты проведены дл  одного оборота, (период но брь-март). Предполагают , что урожай формируетс  равномерно в течение всего периода вы- 25 ращивани  (продолжительность 3600 tr),

Весь период распредел етс  между трем  режимами: Ночь (2290 ч), когда солнечна  радиаци  отсутствует, Солнечно (760 ч), когда, в дневное врем  отсутствует облачность и Пасмурно (550 ч), когда в дневное врем  солнце закрыто облаками. Дп  к к- дого из этих режимов существует сво  оптимальна  температура и может быть построен график, аналогичный представленному на фиг. 2 (представлен гра фик дл  основного режима Ночь, на долю которого приходитс  63,67 врем  ьфащивани ).

Согласно графику функции (tg) рпри температуре 20°С, рекомендуемой в ночной период дл  выращивани  огзФ цов, 3 72460 руб, а при средней пературе.

хар, скорости ветра и освещенности растений, .отличающийс  тем, чтос, с целью повьшени  эффективности , вегетационный период растений дел т на равные промежутки времени, продолжительность которых на пор док меньше посто нной времени самого бы- стродействзпощего возмущени , вли ющего на затраты энергии, вьтисл ют дл  промежутка времени оптимальную темпе™ ратуру из услови  равенства 1Г/лю про-: изводной от Указанной разности, причем эту оптимальную температуру поддерживают посто нной в течении всего промежутка времени. 2 . Способ по п. 1, отличающийс  тем, что оптимальную температуру определ ют по формуле

J5 4 :ii|-()-(5S |Ь

30

где

40

4f - V - Е - Ч л Ц -С поддерживаемой по предполагаемому способу, равной 6 С, Э

45

влажность воздухаJ скорость ветра; освещенность;

соответственно цены единицы тепловой энергии и выращиваемой продукции (овощей); продолжительность вегетационного периода выращиваемых растений (овощей);

a5bsl,K,D5F,L - коэффициенты.

U38657

72880 руб, Такш образом, экономи  на одну теплицу составл ет 320 руб. С учетом дневных режимов эта цифра увеличиваетс  примерно до 500 руб.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   о Способ автоматического управлени  температурным режимом в теплиц, содержащий поддержание оптимального значени  температурного режима.в зависимости от разности между выручкой от реализации урожа  затратами тепловой энергии с учетом влажности возду-

   хар, скорости ветра и освещенности растений, .отличающийс  тем, чтос, с целью повьшени  эффективности , вегетационный период растений дел т на равные промежутки времени, продолжительность которых на пор док меньше посто нной времени самого бы- стродействзпощего возмущени , вли ющего на затраты энергии, вьтисл ют дл  промежутка времени оптимальную темпе™ ратуру из услови  равенства 1Г/лю про-: изводной от Указанной разности, причем эту оптимальную температуру поддерживают посто нной в течении всего промежутка времени. 2 . Способ по п. 1, отличающийс  тем, что оптимальную температуру определ ют по формуле

   4 :ii|-()-(5S |Ь

   где

   0

   4f - V - Е - Ч л Ц -С 5

   влажность воздухаJ скорость ветра; освещенность;

   соответственно цены единицы тепловой энергии и выращиваемой продукции (овощей); продолжительность вегетационного периода выращиваемых растений (овощей);

   a5bsl,K,D5F,L - коэффициенты.

   It т

   Фиг. 2

   22 С