Способ автоматического управления температурным режимом в теплице

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 657 19 1 О 9/26 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО;ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Челябинский институт механизациии электрификации сельского хозяйства(56) Разработка и исследование энергосберегающих систем автоматическогоуправления микроклиматов в сельскохозяйственных помещениях. Научный отчет Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства. Челябинск, 1981, В госрегистрации 01826042742, инвентарныйВ 02821036428,(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ В ТЕПЛИЦЕ(57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, точнее к технике обеспечения микроклимата в сооруженияхзакрытогб и защищенного грунта. Цельизобретения - повышение эффективности, Весь период выращивания растенийделится на равные промежутки времени, продолжительность которых по край" ней 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 об- ф ф работка 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 объекта регулирования 12. 1 з.п. Ф-лы,Э=:В,где В - выручка от реализации продукции;Т - затраты на обогрев теплицы.В свою очередь 20(2) В=ЦУ,где У - величина урожая овощей"25Ц- цена продукта,Урожай овощей является функциейтемпературы и освещенности в теплитце, Зависимость эта в первом приближении может быть аппроксимированапараболой и в общем ниде иметь выражение У=аС +ЬСв+с+ЙЕ +ГЕ+1 ЕСв, 2 2 6(3),где С - температура воздуха в тепвлице;Е - освещенность;а,Ъ,с,с 1,Г,1. - постоянные коэффициенты, определяемые экспериментально.При моделировании делается допущение, что в любые, равные по времени промежутки, формируется равная часть урожая. Тогда за отрезок времени д 7 получают урожайДу=а 1 С В+В,СВ+с+й, Е +Г,Е+1,ЕСВ, (4) 35 40 45 где аЪ ,сй ,Г ,1, - новые коэффициенты, определяемые изсоотношений50 Дьа =я,,р фллЬ =Ь - в е ф 1 =1 - фл1 л ф где .7 - длительность вегетационногопериода.В выражении (4) Св и Е уже текущие значения температуры и освещен(5)55 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.изображена схема устройства автоматического управления 1 О температурным режимом в теплице, на фиг,. 2 - график экономической эффективности способа.В качестве критерия оптимизации в предлагаемом способе используют 15 критерий экономической эффективностиности. Естественно, что при измене- нии Св и Е меняется значениеМУ для конкретных промежутков времени.Затраты на обогрев теплицы определяются по формуле Т=ЦЯ, (6) где Ц - цена единицы тепловой энергии;Я - расход энергии для получения урожая.Величина расхода энергии определяется из теплового баланса теплицылЙ= (КИ,-)-Ю, (7)агде Ц - количество энергии, постуРЦАпающей в теплицу в единицувремени за счет солнечнойрадиации, вычисленное поформуле(9) К=И+РУ+1 г+РтгЦ,Я,О,Ь,У - постоянные коэффициенты,определяемые экспериментально и теоретически и характеризующие влияние различных факторов на теплопо"1терн теплиц, и зависят отконструкции и размера теплицы:- скорость ветра, м/с;- влажность наружного воздуха, Е;температура наружного воздуха, С.оВ течение малого промежутка времени д ь величиныСв Сн ЧР,лможно считать постоянными. Тогда количество энергии, поступающей за этот промежуток, вычисляется как Д 1 К(Св С н) ЙРав 14( О) в тот же промежуток времени показатель эффективности дЦУ Ц ЬЦ,ЙРад ЧРАогР "огрф (8),где А - площадь ограждения теддиОРцы, м ;игр - коэффициент ограждения, характеризующий прозрачностьстекла;Ч - удельный тепловой поток, зависящий от обласности,Вт/м ,К - коэффициент теплопотерь,определяемый из выражения38657 3 14 где Ц, - величина стоимости единицытепловой энергии.Первый член этого показателя имеет максимум при температуре С, (фиг,2), Второй член имеет линейный характер и разность также имеет максимум, но при другой меньшей температуре С , Чем больше разница между Св, и Сз, тем больше экономия тепловой энергии, Максимальное значение показателя ЛЭ и соответствующая ему температура С зависят от возмущений, вносимых изменением величинТаким 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 вы- ражению С = (Б+Щ+1 р+Рт)-( - + ),(12) в7 аЦ 2 а 2 аскорости ветра 9, освещенности 10,вычислительный блок 11, объект 12регулирования,Вегетационный период выращиваниярастений, например огурцов, равный5 мес, делят на равные промежутки времени, Для этого предварительно вычисляют длительность этого промежутка.При этом исходят из условия, что длительность его должна быть на порядокменьше постоянной времени самого быстродействующего возмущения. Например, самым быстродействующим возмущением может быть изменение солнечнойРрадиации, постоянная времени которого равняется 10-15 мин, Затем для каждого промежутка времени определяютсяоптимальная температура, которая должна подцерживаться постоянной. Выбордискретных промежутков времени, длякоторых определяют оптимальную температуру, объясняют следующим, Есливзять эту продолжительность равнойпостоянной времени возмущения или выше ее, то в течение такого промежуткаопределяемая температура не остаетсяпостоянной, а ее усреднение ведет кзначительным ошибкам. Уменьшение жедлительности промежутка более чем на .порядок мало влияет на точность оптимизации.После определения продолжительности промежутка времени генератора 6 тактовых импульсов настраивают на этотпромежуток. Генератор выдает импульсычерез указанные равные промежутки времени, в течение которых происходит обработка информации, получаемой от датчиков 8-10. 10 15 20 25 30 35 40где д - влажность воздуха;ч - скорость ветра;Е - освещенность растений; Ц Ц - соответственно цены единицытф 3нтепловой энергии и выращиваемых овощей;л- продолжительность вегетационного периода;а,Ъ,3., Б,Р,Ь,У - определяемые теоретически или экспериментальнокоэффициенты.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 предЫ- душего расчета и начинает новый. В реальной схеме может быть несколько вычислительных блоков для различных режимов работы (" Ночь", "Пасмурно"=72880 руб, Таким образом, экономия на одну теплицу составляет 320 руб. С учетом дневных режимов эта цифра увеличивается примерно до 500 руб,1, Способ автоматического 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 воздуха скорости ветра и освещенности растений, о т л и ч а ю щ и й с я 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, ввщисляют 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 щ и й с я тем, что оптимальную температуру определяют по формуле т ( 1+1 +1 Р +) ( + )Ц Ъ 1 ЕВ 2 аЦ 2 а 7 а где Ч - влажность воздуха,у - скорость ветра;К - освещенность;Ц Ц - соответственно цены единицытфтепловой энергии и выращиваемой продукции (овощей);- продолжительность вегетаци"онного периода выращиваемыхрастений (овощей); а,Ь,1.,Б,Р,Р,Ь - коэффициенты. 5 143865"Солнечно" ). Их переключение осущестьляют с помощью коммутатора 5.В выражении (12) величины , у, Еизмеряются соответствующими датчиками, коэффициенты а Ь, 1, И, ВЬ, Р, а также продолжительность ве" Формула и 3 о б р е т е н и ягетационного периода вводятся по ма -териалам расчета или эксперимента,при наладке системы Ци Цмогутвводится в процессе работы.Эффект от применения предлагаемого способа автоматического управленияскладывается из экономии топлива иснижения расхода на ренозацию устрой-,Бства, реализующего способ,Экономический эффект от снижениязатрат на топливо легко определяется с помощью кривых (фиг. 2),Здесьпредставлены результаты расчетов экономической эффективности выращиванияогурцов. Расчеты проведены для одного оборота (период ноябрь-март). Предполагают, что урожай Формируется равномерно в течение всего периода вы Бращивания (продолжительность 3600 ч),Весь период распределяется междутремя режимами: "Ночь" (2290 ч), когда солнечная радиация отсутствует"Солнечно" (760 ч), когда, в дневное ЗОвремя отсутствует облачность и "Пасмурно" (550 ч), когда в дневное время солнце закрыто облаками. Для каждого из этих режимов существует свояоптимальная температура и может бытьпостроен график, аналогичный представленному на фиг. 2 (представлен график для основного режима "Ночь", надолю которого приходится 63,67. время.ыращивания).4 ОСогласно графику Функции Э=1(1 8)йри температуре 20 С, рекомендуемойв ночной период для выращивания огурцов, Э=72460 руб, а при средней температуре, поддерживаемой по предпола.огаемому способу, равной 16 С, Э=438657 г Составитель Б.КузьмичБланар Техред М. Ходанич Коррек Реда ороль Заказ 598 6 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. П Тир ВНИИПИ по 035, М