Способ автоматического управления температурным режимом в теплице

 

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 коммутатора 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕС11УБЛИН

„„SU„„1438657 А1 (51)4 А 01 а 9/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО;ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3738938/30-15 (22) 20 ° 01.84 (46) 23.) 1.88. Бюл. )) 43 (71) Челябинский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (72) Ф.Я.Изаков, С.А.Попова, .

Е.В,Стрельникова и Л.E,Ãðåáåíêèíà (53) 631.551,584(088,8) (56) Разработка и исследование энергосберегающих систем автоматического управления микроклиматов в сельскохозяйственных помещениях. Научный отчет Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства. Челябинск, 1981, )1 госрегистрации 01826042742, инвентарный

9 02821036428, (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ В ТЕПЛИЦЕ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, точнее к технике обеспечения микроклимата в сооружениях закрытогб и защищенного грунта. Цель изобретения — повышение эффективности, Весь период выращивания растений

f 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 регулирования 12 и через сравнивающий элемент 3 — с задатчиком 2. В вычис- ур лительном блоке 11 производится обработка информации, поступающей с датчиков 8, 9, 10 контроля состоя:ния внешней среды, Посредством ком- ф мутатора 5 производится опрос датчиков и передача управляющего сигнала на исполнительные механизмы 7 объек та регулирования 12. 1 з.п. ф-лы, ;2 ил.

С5

1438657

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

Цель изобретения — повьппение эффективности.

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

В качестве критерия оптимизации в предлагаемом способе используют 15 критерий экономической эффективности

3=--::B-Т, где  — выручка от реализации продук. ции;

Т вЂ” затраты на обогрев теплицы.

В свою очередь

У=а1 +t)t()+(+dЕ +fE+lEt»

2 2 в (3) . где t — температура воздуха в тепв лице;

Š— освещенность; а,b с,d,f,l. — постоянные коэффициенты, определяемые экспериментально.

При моделировании делается допущение, что в любые, равные по времени промежутки, формируется равная часть урожая. Тогда за отрезок времени д7 получают урожай

dY=a >tв+В(ив+с+6,Е +f Å+1,Etg (4) 35

45 где а,,> „,с,,(1 „,f„,,l — новые коэффициенты, определяемые из соотношений

d(, а, =я, Ъ

>п л

1з =1) — ...1 =1 р 1 п где .7 — длительность вегетационного периода.

В выражении (4) tв и F. Уже текущие значения температуры и освещен(5) 55

В=Ц ° У, где У - величина урожая овощей"„

Ц вЂ” цена продукта.

Урожай овощей является функцией темпера туры и о свещенно с ти в теплит це, Зависимость эта B первом приближении может быть аппроксимирована параболой и в общем ниде иметь выражение ности. Естественно, что при измене- нии t> и Е меняется значениеМУ для конкретных промежутков времени.

Затраты на обогрев теплицы определяются по формуле

T=-Il" Q в (6) где Ц вЂ” цена единицы тепловой энергии;

Q — расход энергии для получения урожая.

Величина расхода энергии определяется из теплового баланса теплицы л

g,= I (к(,-с„)-z,.„)di, (z) а где ц — количество энергии, постуР(:(А пающей в теплицу в единицу времени за счет солнечной радиации, вычисленное по формуле (9) K= I(I+D7+Lv+Fv(, Я,О,Ь,F — .постоянные коэффициенты, определяемые экспериментально и теоретически и характеризующие влияние различных факторов на теплопо1 терн теплиц, и зависят от конструкции и размера теплицы:

v — - скорость ветра, м/с, - влажность наружного воздуха, 7.; температура наружного воздуха, С. о

В течение малого промежутка времени D(величины v, p, tz, t„., цр .п можно считать постоянными. Тогда количество энергии, поступающей за этот промежуток, вычисляется как

4 Q; — (K(t 8-t (() -Qp" À)4 ", (! О) в тот же промежуток времени показатель эффективности а З=Ц„У-Ц, ЬЯФ р()(д 1 А()(р "ого (8), где А — площадь ограждения теддиOtp цы, м ; — коэффициент ограждения, характеризующий прозрачность стекла;

q -.- удельный тепловой поток, заР висящий от обласности, Вт/м., К вЂ” коэффициент теплопотерь, определяемый из выражения

38657

3 14 где Ц вЂ” величина стоимости единицы тепловой энергии.

Первый член этого показателя имеет максимум при температуре t, (фиг.2). Второй член имеет линейный характер и разность также имеет максимум, но при другой меньшей температуре t z. Чем больше разница между 18, и Сз, тем больше экономия тепловой энергии, Максимальное значение показателя ЛЭ и соответствующая ему температура t зависят от возмущений, вносимых изменением величин

1;,,p,ч, Таким образом, критерий экономической эффективности представляет собой разность между выручкой от реализации урожая и затратами энергии на обогрев теплицы. Способ предусматривает, что весь период выращивания растений делят на равные промежутки времени, продолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения.

Для этого промежутка времени вычисляют оптимум из условия равенства нулю производной от указанного экономического критерия эффективности и в соответствии с этим изменяется уставка задатчика температуры, обеспе,чивающего поддержание постоянства температуры в течение выбранного промежутка времени.

При этом оптимальная температура воздуха в теплице определяется но выражению

40 скорости ветра 9, освещенности 10, вычислительный блок 11, объект 12 регулирования.

Вегетационный период выращивания 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 быстродействующим возмущением может быть изменение солнечной радиации, постоянная времени которого равняется 10-15 мин. Затем для каждого промежутка времени определяются оптимальная температура, которая должна подцерживаться 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 продолжительнос ти промежутка времени генератора 6 тактовых импульсов настраивают на этот промежуток. Генератор выдает импульсы через указанные равные промежутки времени, в течение которых происходит обработка информации, получаемой от датчиков 8-10. где q — влажность воздуха;

v — скорость ветра;

E — освещенность растений;

Ц,, Ц вЂ” соответственно цены единицы т тепловой энергии и выращиваемых овощей; — продолжительность вегетационного периода;

a,Ú,l, N,D,L,F — определяемые теоретически или экспериментально ко эффициенты.

Устройство для осуществления способа (фиг. 1}содержит датчик 1 температуры воздуха в теплице, задатчик

2, сравнивающий элемент 3, усилитель

4, коммутатор 5, генератор 6 тактовых импульсов, исполнительный механизм

7, датчики контроля состояния, датчики влажности наружного воздуха 8, Для каждого дискретного промежутка времени по выражению (12 ) вычислительный блок 11 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 предЫдушего расчета и начинает новый. В реальной схеме может быть несколько вычислительных блоков для различных режимов работы (" Ночь", "Пасмурно"

7 6

=72880 руб, Таким образом, экономия на одну теплицу составляет 320 руб.

С учетом дневных режимов эта цифра увеличивается примерно до 500 руб, 1 . Способ автоматическо го управления температурным режимом в теплице, содержащий поддержание оптимального значения температурного режима в зависимости от разности между выручкой от реализации урожая затратами тепловой энергии с учетом влажности воздуza,-. скорости ветра и освещенности растений, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, вегетационный период растений делят на равные промежутки времени, процолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения„ влияющего на затраты энергии, вычисляют для промежутка времени оптимальную температуру из условия равенства нулю производной от указанной разности, причем эту оптимальную температуру поддерживают постоянной в течении всего промежутка времени.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что оптимальную температуру определяют по формуле т (1+11 + +1 ) (+ )

Ц Ъ 1Е

В 2аЦ

2а 2а где Ц вЂ” влажность воздуха, v — скорость ветра;

К вЂ” освещенность;

Ц Ц вЂ” соответственно цены единицы т тепловой энергии и выращиваемой продукции (овощей);

- продолжительность вегетационного периода выращиваемых растений (овощей);

a,b,1,N,D,F,L — коэффициенты.

5 l 4 3865

"Солнечно" ). Их переключение осущестьляют с помощью коммутатора 5.

В выражении (12) величины y, v, Е измеряются соответствующими датчикаЯ ми, коэффициенты а Ь, 1, И, D, .

L, F, а также продолжительность ве- Формула и з о б р е т е н и я гетационного периода вводятся по ма— териалам расчета или эксперимента, при наладке системы Ц „ и Ц могут вводится в процессе работы.

Эффект от применения предлагаемо-! го способа автоматического управления складывается из экономии топлива и снижения расхода на ренозацию устрой —;r ства, реализующего способ.

Экономический эффект от снижения затрат на топливо легко определяется с помощью кривых (фиг. 2).Здесь представлены результаты расчетов эко- 20 номической эффективности выращивания огурцов. Расчеты проведены для одного оборота (период ноябрь-март). Предполагают, что урожай формируется рав1 номерно в течение всего периода вы- 2Б ращивания (продолжительность 3600 ч) .

Весь период распределяется между тремя режимами: "Ночь" (2290 ч), когда солнечная радиация отсутствует„

"Солнечно" (760 ч), когда, в дневное д0 время отсутствует облачность и "Пасмурно" (550 ч), когда в дневное время солнце закрыто облаками. Для каждого из этих режимов существует своя оптимальная температура и может быть построен график, аналогичный представленному на фиг. 2 (представлен график для основного режима "Ночь", на долю которого приходится 63,6Х. время

ыращивания).

4О

Согласно графику функции Э=f(t 8) йри температуре 20 С, рекомендуемой в ночной период для выращивания огур цов, Э=72460 руб, а при средней температуре, поддерживаемой по предполао гаемому способу, равной 16 С, Э=

1438657

Фи@ 2

Составитель Б.Кузьмич

Редактор М.Бланар Техред N. Ходанич

Корректор Н.Король

Заказ 5982/2

Тирам 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Укгород, ул. Проектная, 4