Устройство для управления температурным режимом в теплице

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области теплоэнергетики в сооружениях защищенного грунта, и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в замкнутом пространстве упомянутых сооружений. Устройство для управления температурным режимом в теплице содержит подсистему измерительных датчиков, блок контроллера, блок управления и исполнительные устройства. Дополнительно в устройство включен приемный блок прогноза погоды, выполненный на базе микропроцессорной техники, который включает в себя антенну для приема прогнозируемых изменений погодных условий и передачи полученных данных по коаксиальному кабелю в блок контроллера. Устройство позволит уменьшить влияние внешних воздействий на колебания температуры внутри теплицы и обеспечит поддержание ее в оптимальном режиме. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к сельскому хозяйству, к области теплоэнергетики в сооружениях защищенного грунта, и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в замкнутом пространстве упомянутых сооружений.

Технический результат - повышение эффективности использования теплиц достигается за счет более экономичной системы управления температурным режимом. Новым является то, что в устройство дополнительно включен приемный блок прогноза погоды, выполненный на базе микропроцессорной техники, для надежного приема сигнала включающий в себя антенну и коаксиальный кабель, а теплоносителем для исполнительных устройств является воздух, который циркулирует внутри теплицы по теплообменным контурам, а способ отличается тем, что в теплице создают дополнительный запас тепла (холода) который позволит поддержать (обеспечить и сохранить) установленную температуру в теплице с учетом прогноза погоды.

Известен способ (пат. РФ №2586923, МПК A01G 9/24, A01G 9/24, заявлен 27.11.2014) автоматического управления свето-температурным режимом в теплице, в котором авторы предлагают рассчитывать прогнозируемую температуру на основе средней за прошедшую ночь температурой, и с ее учетом компьютерный задатчик вычисляет и устанавливает многомерные оптимальные значения температуры. Этот способ управления применительно к регулированию температурного режима не позволяет оперативно реагировать на изменение текущей температуры воздуха и не использует термоаккумулирующие свойства грунта и почвы, что делает его малоэффективным в условиях резкоконтинентального климата, в котором находится большая часть территории России, где интенсивно используются тепличные хозяйства.

Известно также устройство (пат РФ №80308, МПК A01G 9/24, заявлен 04.05.2008, Кольцевая система теплоснабжения теплицы), указывается возможность повышения эффективности регулирования температуры в теплице за счет управления замкнутым контуром тепловой энергии. Система выполнена в виде замкнутого контура, состоящего из водяного циркулирующего насоса и аккумулятора тепловой энергии, в которую включены два тепловых насоса, один из которых соединен с грунтовым коллектором, а другой с воздушно-водяным коллектором. Данное утверждение ничем не подтверждается, но очевидно, что это крайне сложно выполнить, т.к. неизвестны условия регулирования контурами, а эффективность регулирования такой системы сложна ввиду использования различных носителей тепловой энергии. Управление системой основывается на текущих показателях температуры, что затрудняет управление системой из-за ее инерционности и при резком изменении погодных условий.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является система для управления микроклиматом в теплице (пат. РФ №2467557, МПК A01G 9/24, заявлен 02.06.2011), содержащая блок контроллера, блок управления, подсистему измерительных датчиков и исполнительные устройства (ИУ), подсистема измерительных датчиков включает датчики параметров воздуха и почвы в теплице и датчики параметров окружающей среды, которые подключены к входам блока контроллера, в качестве ИУ система включает обогревающий и охлаждающий контур, выходы блока управления соединены с ИУ с возможностью управления ими в зависимости от значений измеряемых датчиками параметров, а вход блока управления соединен с выходом блока управляющего контроллера. Используемые для регулирования температурного режима фрамуги оказываются не эффективными при внешних температурах воздуха выше оптимально необходимого для роста растений, при повышенной влажности воздуха подсистема испарительного охлаждения также оказывается не эффективна.

Задачей предлагаемого устройства является обеспечение постоянного диапазона в теплице при любых изменениях климата.

Под воздействием внешних факторов функционирование теплицы связано с постоянным периодическим изменением температурного режима в теплице, как в течение года, так и суток. Поддержание оптимального температурного режима требует дополнительных энергетических затрат на снижение высоких температур и повышение низких. Колебания суточных температур могут достигать 40°С, а годовых 70°С в то время как колебания температур благоприятных для роста растений, как правило, не превышает 10°С. Наиболее изменяющимся параметром является температура воздуха в теплице, на его показания могут временно влиять: наличие облаков, перекрытие солнечной энергии листвой и конструктивными элементами теплицы, месторасположение датчика. Такие временные изменения температуры в течение нескольких минут могут достигать до 10°С. Неравномерность распределения температурного поля в теплице связана с ее расположением на местности, например, в южной части теплицы температура может быть выше оптимальной, а в северной ниже.

Предлагаемое устройство направлено на увеличение эффективности регулирования температуры в теплице за счет введения блока, принимающего прогнозируемые изменения погодных условий, рассчитывающего и подающего блоку управления данные для опережающего реагирования ИУ с учетом прогнозируемой температуры. Для надежного приема сигнала блок, принимающий прогнозируемые изменения погодных условий, включает в себя антенну и коаксиальный кабель. Для более оперативного реагирования теплоносителем для исполнительных устройств является воздух, который циркулирует внутри теплицы по теплообменным контурам. В теплице создают дополнительный запас тепла (холода) который позволит поддержать (обеспечить и сохранить) установленную температуру в теплице с учетом прогноза погоды.

Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для управления температурным режимом в теплице содержит блок, принимающий прогнозируемые изменения погодных условий, антенну и коаксиальный кабель, блок контроллера, блок управления, подсистему измерительных датчиков и исполнительные механизмы, подсистема измерительных датчиков включает датчики параметров воздуха в теплице и вне ее. Причем теплоносителем для исполнительных устройств является воздух, который циркулирует внутри теплицы по теплообменным контурам. Все это в теплице создает дополнительный запас тепла (холода) который позволит поддержать (обеспечить и сохранить) установленную температуру в теплице с учетом прогноза погоды.

Работа устройства

В блок контроллера загружается программа поддержания температурного режима с учетом вида, сорта, этапа роста и развития растения. Программа содержит данные, с которыми сравниваются показания датчиков: tвопт, tпопт - оптимальные температуры воздуха и почвы; tвmin, tпmin, tвmax, tпmax - минимальные и максимальные значения температур воздуха и почвы при которых еще возможен эффективный рост растения.

Для эффективного развития растений необходимо поддерживать температуру воздуха (tвопт) и почвы (tпопт) в оптимальном режиме, который лежит в интервале между минимальным (tmin) и максимальным (tmax) значением температур. В процессе управления принимаем

tопт=(tmin+tmax)/2.

Время необходимое для корректировки температурного режима в теплице зависит от размеров теплицы, массы и теплоемкости ее составляющих, мощности; расположения и конструкции устройств, регулирующих нагревающие и охлаждающие потоки. Мощное оборудование позволяет подавать или отводить большое количество теплоты, но при этом наблюдается неравномерность температурного поля. Например, растения находящиеся рядом с нагревательным устройством перегреваются, а в отдалении от него попадают в зону пониженных температур. Использование такого оборудования, хотя и позволяет оперативно изменять температурный режим, приводит к повышенным затратам. Использование оборудования меньшей мощности не позволяет оперативно реагировать на резкое изменение внешних условий. Устранение подобных недостатков позволит использование при управлении температурным режимом дополнительного блока получения данных прогнозируемой температуры (tпрогн). Сравнивая внешнюю температуру воздуха (tвнеш) и прогнозируемую появляется возможность заранее увеличить или уменьшить количество аккумулированной теплоты в связи с предстоящим похолоданием или наступлением жаркой погоды при этом не выходя из режима оптимального роста растений.

Управление температурным полем теплицы (см. фиг. 1) осуществляется через блок управления связанный с автономным модулем (см. фиг. 2), содержащим: датчик температуры потока воздуха (1), подаваемого на вентилятор; датчик температуры потока воздуха (2), прошедшего через вентилятор; вентилятор воздушный (3); обогреватель воздуха (4); переключатель потоков воздуха (5); теплообменные контуру (6), (7) и (8). При необходимости в исполнительные устройства (вентилятор воздушный (3), обогреватель воздуха (4), переключатель потоков воздуха (5)) могут включаться дополнительные нагревательные и охлаждающие элементы. Температурные датчики модуля связаны с общим для теплицы блоком контроллера.

Количество модулей определяется размером и расположением теплицы. Пример теплицы, содержащей два модуля, представлен на фигуре 1.

При использовании стандартного оборудования одинаковые модули могут поддерживать температуру на разных площадях. При многомодульной системе при аварийном отключении модуля возможно продолжение функционирования теплицы в аварийном режиме (при повышенной нагрузке на остальные модули).

Работа модуля осуществляется следующим образом избыточная теплота, содержащаяся в воздухе теплицы, через вентилятор отправляется на обогрев грядки или термоаккумуляцию в грунт, откуда охлажденный воздух подается опять в теплицу. При низких температурах проводят обогрев части воздуха, который используется для поддержания оптимальной температуры почвы и воздуха в теплице. Из-за низкой теплоемкости воздуха его температура подвержена кратковременному, быстрому и сильному изменению в различных точках теплицы, что может привести к ошибкам в управлении исполнительными устройствами. Для устранения этого недостатка предлагается устанавливать датчики в потоке воздуха, подаваемого на вентилятор (датчик 1) и после его нагрева или охлаждения (датчик 2), что позволит получать усредненные параметры и оценивать эффективность того или иного энергетического воздействия. Показания температуры t1 и ее сравнение с tвmin и tвmax являются основанием для оперативного воздействия на тепловой режим внутри теплицы. Эффективность такого воздействия в краткосрочной перспективе оценивается по t2. Показания датчиков внешней температуры воздуха (tвнеш) и прогнозируемой температуры (tпрогн) используют для задания эффективного температурного режима в среднесрочной перспективе, уменьшения влияния внешних факторов, сглаживания пиковых нагрузок на нагрев и охлаждение. В целях более эффективного управления температурным режимом и уменьшения энергозатрат рекомендуется использовать подвесные грядки или отделять их от грунта с помощью теплоизоляционного материала.

Функционирование теплицы в условиях, когда вне теплицы среднесуточные температуры много меньше оптимальных (холодный период) осуществляется с помощью обогревательного контура.

Управление температурным полем каждого автономного модуля осуществляется следующим образом:

1. Показания t1 датчика (1) температуры воздуха, входящего в вентилятор, сравниваются с tвmin.

2. Если t1<tвmin включается обогрев воздуха (теплообменный контур 1), до t1>tвmin.

3. Направляют поток воздуха в теплообменный контур 2 и замеряют t2.

4. При t2<tпmin оставляют нагрев до t2>tпmin.

5. При t1>tвmin и t2>tпmin проводится сравнение показания tвнеш внешней температуры воздуха с прогнозируемой tпрогн полученной от блока прогноза погоды. При tвнеш≤tпрогн температуры в теплице поддерживают на уровне tвопт и tпопт.

6. При tвнеш>tпрогн температуры в теплице поддерживают на уровне tвmax, tпmax.

Теплый период начитается, когда дневная температура воздуха в теплице без использования нагревателя превышает tвmax, а температура в грядке не достигла tпmin. в этом случае используют как охлаждение так и обогрев.

1. Если t1>tвmax воздух пропускается через теплообменный контур 2 при выключенном нагревателе, измеряют t2

2. При t2<tпmin продолжают пропускать воздух через теплообменный контур 2 до t2≥tпmin.

3. При t2≥tпmin воздух направляют через теплообменный контур 3 до t1≤tвmax.

4. При t1≤tвmax проводится сравнение показания tвнеш внешней температуры воздуха с прогнозируемой tпрогн.

5. При tвнеш≤tпрогн температуры в теплице поддерживают на уровне tвmin.

6. При tвнеш>tпрогн температуры в теплице поддерживают на уровне tвопт.

Данная регулировка позволит избежать пиковых нагрузок на нагревательные приборы, получить равномерное температурное поле в теплице в оптимальном режиме, уменьшить негативное влияние инерционности при изменении погодных условий. При этом система управления не требует перенастройки при смене тепловых режимов.

1. Устройство для управления температурным режимом в теплице, содержащее подсистему измерительных датчиков, блок контроллера, блок управления и исполнительные устройства, отличающееся тем, что дополнительно в него включен приемный блок прогноза погоды, выполненный на базе микропроцессорной техники, который включает в себя антенну для приема прогнозируемых изменений погодных условий и передачи полученных данных по коаксиальному кабелю в блок контроллера.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплоносителем для исполнительного устройства является воздух, циркулирующий внутри теплицы по теплообменным контурам.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области растениеводства. В способе осуществляют статическую установку выпуклой отражающей поверхности или ее эквивалента с фиксированной ориентацией над целевой областью для отражения получаемого солнечного света вертикально или наклонно вниз на растения, расположенные в целевой области.

Использование: для контроля параметров микроклимата в теплице защищенного грунта. Сущность изобретения заключается в том, что устройство контроля параметров микроклимата в теплице защищенного грунта содержит генератор звуковых колебаний фиксированных частот и амплитуд, датчики звука, вычислители затухания звука, усредняющий сумматор, табличный вычислитель параметров, при этом выход генератора звуковых колебаний фиксированных частот и амплитуд соединен с первыми входами вычислителей затухания, выходы датчиков звука соединены со вторыми входами вычислителей затухания, выходы вычислителей затухания соединены с входом усредняющего сумматора, выход усредняющего сумматора соединен с входом табличного вычислителя параметров, выходные напряжения Ut, Uϕ, UCO2 табличного вычислителя пропорциональны значениям температуры t°С, относительной влажности воздуха ϕ, концентрации СО2.

Изобретение предоставляет многоканальную плату (100), содержащую (i) множество параллельно расположенных каналов (1) и (ii) по меньшей мере источник (10) света, выполненный с возможностью предоставления света (11) от источника света, при этом первый канал (110) содержит светопередающую часть (12), причем источник (10) света в качестве первой функции освещения выполнен с возможностью предоставления света (11) от источника света дальше за светопередающую часть (12) и наружу из первого канала (110), и при этом многоканальная плата (100) содержит второй канал (120), выполненный с возможностью предоставления дополнительной функции, отличающейся от указанной первой функции освещения.

Изобретение относится к области растениеводства в сооружениях защищенного грунта, а именно к способу снижения вертикального градиента температуры в сооружении защищенного грунта в условиях светокультуры.

Изобретение относится к конструкции теплиц для выращивания растений. Теплица содержит тепличный каркас, собранный из каркасного материала, такого как трубы, или из аналогичных материалов.

Устройство содержит электропривод на основе мотор-редуктора с валом вращения, жестко закрепленный на раме теплицы, блок управления мотор-редуктором на основе микроконтроллера с электронным датчиком температуры и измерителем тока потребления мотор-редуктора и две гибкие тяги, передающие усилие с вала мотор-редуктора на две форточки, открывающиеся под действием пружины и/или гравитации.

Устройство содержит электропривод на основе мотор-редуктора с валом вращения, жестко закрепленный на раме теплицы, блок управления мотор-редуктором на основе микроконтроллера с электронным датчиком температуры и измерителем тока потребления мотор-редуктора и две гибкие тяги, передающие усилие с вала мотор-редуктора на две форточки, открывающиеся под действием пружины и/или гравитации.
Изобретение относится к оборудованию для выращивания растений. Оборудование содержит множество узлов (3) для удержания питательной среды, содержащих среду для выращивания семян или рассады растений (S), а также помещение (2) для посадочных работ с конструкцией (21а) для предотвращения проникновения бактерий.

Изобретение относится к области растениеводства. Устройство содержит множество блоков выделения воздуха, которые соответственно выделяют воздушный поток на новые листья, растущие на кончике стебля каждого растения, которое имеет один стебель.

Группа изобретений относится к области растениеводства. Связный субстратный ростовой продукт для культивирования образован из искусственных стекловидных волокон (MMVF).

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области теплоэнергетики в сооружениях защищенного грунта, и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в замкнутом пространстве упомянутых сооружений. Устройство для управления температурным режимом в теплице содержит подсистему измерительных датчиков, блок контроллера, блок управления и исполнительные устройства. Дополнительно в устройство включен приемный блок прогноза погоды, выполненный на базе микропроцессорной техники, который включает в себя антенну для приема прогнозируемых изменений погодных условий и передачи полученных данных по коаксиальному кабелю в блок контроллера. Устройство позволит уменьшить влияние внешних воздействий на колебания температуры внутри теплицы и обеспечит поддержание ее в оптимальном режиме. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх