Способ автоматического управления температурным режимом в теплице Советский патент 1988 года по МПК A01G9/26 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а tDvjeHHo к технике обеспечения микроклимата в сооружениях закрытого и защищенного грунта и в первую очередь в теплрщах.

Цель изобретения - повьшение эффективности.

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

В качестве критерия 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 урожая овощей;;

Ц л - цена продукта. Урожай овощей является 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 меняется значение ЛУ для конкретных промежутков времени.

Затраты на обогрев теплицы опреде ляются по формуле

,(6)

где Ц - цена единицы тепловой энергии;

Q - расход энергии для получения урожая.

Величина расхода энергии определяется 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 ограждения тедли 1цы, м ;

коэффициент ограждения, характеризующий прозрачность стекла;

удельный тепловой поток, зависящий от обласности Вт/м- ;

коэффициент теплопотерь, определяемый из выражения

Изобретение относится к сельскому хозяйству, точнее к технике обеспечения микроклимата в сооружениях закрытого и защищенного грунта. Цель изобретения - повышение эффективности. Весь период выращивания растений делится на равные промежутки времени, продолжительность которых по крайней мере на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения. Для этого промежутка времени вычисляется оптимальная из условий равенства нулю производной от экономического критерия, температура. В соответствии с этой температурой изменяется уставка задатчика температуры, обеспечивающая поддержание постоянства температуры в течение выбранного промежутка времени. При изменении температуры в теплице включается датчик 1 температуры воздуха в теплице, связанный с объектом регулировании 12 и через сравнивающий элемент 3-е задатчиком 2. В вычислительном блоке 11 производится обработка информации, поступающей с датчиков 8, 9, 10 контроля состояния внепшей среды. Посредством ком- мутатора 5 производится опрос датчиков и передача управлякзщего сигнала на исполнительные механизмы 7 объек- ;Та регулирования 12, 1 з.п. ф-лы, ;2 ил. ю С 4 Од 00 О) СП Iг

где

Ч (4)

температура воздуха в теплице ;

Е - освещенность;

а,Ъ,с ,cl,f ,1. - постоянные коэффшдиен- ты, определяемые экспериментально .

При моделировании делается допущение, что в любые, равные по времени промежутки, формируется равная часть урожая. 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, определяемые из соотношений

-3

f

1 -1 j:

, . , J. . -X --

где

-И - длительность вегетационного

. периода.

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

K N+Dy+Lv+Fvl(,

(9)

40

45

S,0,L,F - тюстоянные коэффициенты, определяемые экспериментально и теоретически и характеризующие влияние различных факторов на теплопо- те ри теплиц, и зависят 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 постоянными. Тогда количество энергии, поступающей за этот промежуток ,вычисляется 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 показателя 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 экономия тепловой энергии. Максимальное значение показателя ЛЭ и соответствующая ему температура t зависят от возмущений, вносимых изменением величин t,, 1, V, qp. ,

Таким образом, критерий экономической эффективности представляет собой разность между вьфучкой от реализации урожая и затратами энергии на обогрев теплицы. Способ предусмат ривает, что весь период выращивания растений делят на равные промежутки времени, продолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого бьютродействующе го возмзтцення Для этого промежутка времени вычисляют оптимум, из условия равенства нулю производной от указанного эконо- шческого критерия эффективности и в соответствии с этим изменяется уставка задатчика температуры, обеспечивающего поддержание постоянства температуры в течение выбранного промежутка времени.

При этом оптимальная температура воздуха в теплице определяется 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 - определяемые теоретически / или экспериментально ко эффициенты.

Устройство для осуществления 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 контроля состояния, 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 регулирования.

Вегетационный период вьфащивания растений, например огурцов, равный 5 мес, делят на равные промежутки времени. Для этого предварительно вычисляют длительность этого промежутка. При этом исходят из условия, что длительность его должна быть на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения. Например, самым быстродействуюгаим возмущением может быть изменение солнечной радиации, постоянная времени которого равняется 10-15 мин. Затем для каждого промежутка времени определяются оптимальная температура, которая должна поддерживаться постоянной. Выбор дискретных промежутков времени, для которых определяют оптимальную тем- пературу, объясняют следующим. Если взять эту продолжительность равной постоянной времени возмущения или выше ее, то в течение такого промежутка определяемая температура не остается постоянной, а ее усреднение ведет к значительным ошибкам. Уменьшение же длительности промежутка более чем на . порядок мало влияет на точность оптимизации.

После определения 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.

Для каждого дискретного промежутка времени по выражению U2} вычислитель- ,ный блок И определяет оптимальную температуру, в соответствии с которой изменяется уставка задатчика 2, Система автоматической стабилизации, состоящая из датчика 1 внутренней температуры, задатчика 2, сравнивающего элемента 3, усилителя 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 для различных режимов работы (Ночь, Пасмурно

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

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

Эффект от применения предлагаемого способа автоматического управления складывается из экономии топлива и

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

Экономнт1еский эффект от снижения затрат на топливо легко определяется с помощью кривых (фиг, 2).Здесь Представлены результаты расчетов эко 20 комической эффективности выравнивания огурцов. Расчеты проведены для одного оборота, (период ноябрь-март). Предполагают, что урожай формируется равномерно в течение всего периода вы- 25 ращивания (продолжительность 3600 tr),

Весь период распределяется между тремя режимами: Ночь (2290 ч), когда солнечная радиация отсутствует, Солнечно (760 ч), когда, в дневное время отсутствует облачность и Пасмурно (550 ч), когда в дневное время солнце закрыто облаками. Дпя кяк- дого из этих режимов существует своя оптимальная температура и может быть построен график, аналогичный представленному на фиг. 2 (представлен гра фик для основного режима Ночь, на долю которого приходится 63,67 время ьфащивания).

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

хар, скорости ветра и освещенности растений, .отличающийся тем, чтос, с целью повьшения эффективности, вегетационный период растений делят на равные промежутки времени, продолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого бы- стродействзпощего возмущения, влияющего на затраты энергии, вьтисляют для промежутка времени оптимальную темпе™ ратуру из условия равенства 1Г/лю про-: изводной от Указанной разности, причем эту оптимальную температуру поддерживают постоянной в течении всего промежутка времени. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптимальную температуру определяют 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, экономия на одну теплицу составляет 320 руб. С учетом дневных режимов эта цифра увеличивается примерно до 500 руб.

Формула изобретения

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

хар, скорости ветра и освещенности растений, .отличающийся тем, чтос, с целью повьшения эффективности, вегетационный период растений делят на равные промежутки времени, продолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого бы- стродействзпощего возмущения, влияющего на затраты энергии, вьтисляют для промежутка времени оптимальную темпе™ ратуру из условия равенства 1Г/лю про-: изводной от Указанной разности, причем эту оптимальную температуру поддерживают постоянной в течении всего промежутка времени. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптимальную температуру определяют 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