ТЕПЛИЦЫ И ПАРНИКИ


ТЕПЛИЦЫ И ПАРНИКИ

Выбор теплицы

Основные типы теплиц

Основные типы конструкций

Отдельно стоящие теплицы

Примыкающие теплицы

Парники

Теплые и холодные парники

ВЫБОР МЕСТА ДЛЯ ТЕПЛИЦЫ,
ЕЕ РАЗМЕРА И
ВНУТРЕННЕЙ ПЛАНИРОВКИ

Выбор места для теплицы

Определение размеров теплицы

Планировка помещения теплицы

Конструкция входной двери

МИКРОКЛИМАТ В ТЕПЛИЦЕ
И КОНТРОЛЬ ЗА НИМ

Вода в теплице

Освещение и электричество в теплице

Системы охлаждения, обогрева и вентилирования

Контроль за микроклиматом в теплице летом

Управление микроклиматом в зимнее время

Гидропоника

Инсектициды в теплице

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЕПЛИЦЫ

Дерево как строительный материал

Обшивка теплицы

Внешняя обшивка теплицы

Другие материалы для каркаса теплицы

Теплоизоляция теплицы

Гидроизоляция теплицы

Двери теплицы

Альтернативные строительные материалы

Покраска теплицы

ПОКРЫТИЕ ТЕПЛИЦЫ

Прохождение света

Материалы покрытий теплицы

Герметики и герметизирующие прокладки

ФУНДАМЕНТ И ПОЛ ТЕПЛИЦЫ

Типы фундаментов

Типы полов

Изготовление бетонного фундамента и плиты

Сооружение блочного фундамента

Сооружение фундамента сухой кладки

Сооружение кирпичного фундамента

Сооружение каменного фундамента

Сооружение деревянного фундамента

МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬСТВА

Сооружение сборной теплицы

Сооружение самодельной теплицы

Методы строительства с использованием стандартных пиломатериалов

Конструкционные детали теплицы

Установка покрытия

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, САНТЕХНИКА, ОБОГРЕВ

Монтаж электрической сети

Монтаж водопровода

Установка системы обогрева

ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ДЛЯ ТЕПЛИЦ

Стеллажи для растений

Полки и грядки

Инструменты и оборудование

Камера для проращивания семян

Стеллаж для выращивания рассады

Стол для пересаживания растений

Места для хранения

Рабочая одежда

Средства борьбы с насекомыми

ПРОЕКТЫ ТЕПЛИЦ

Традиционная теплица

Утепленная теплица

Теплица с наклонными стенами

Теплица со стрельчатыми арками

Примыкающая теплица

Теплица на сваях или на помосте

Арочная или туннелеобразная теплица

Оконная тепличка

Теплица-кладовая

Универсальный парник

Стол для пересаживания растений

Система контроля и регулирования параметров микроклимата в теплицах


Система управления микроклиматом теплицы

Выращивание в промышленных масштабах тепличной сельхозпродукции в условиях искусственного климата представляет собой непростую технологическую задачу. На урожайность и качество продукции влияет множество факторов. Это температурный режим, освещение, полив, распыление химических реагентов, проветривание. Предлагаемая статья знакомит читателей с работой системы автоматики на базе приборов ОВЕН в тепличном хозяйстве «Нефтекамский». 

Отопление теплиц в условиях российского климата – дело не дешевое – энергозатраты на содержание в зимний период значительно превышают затраты на отопление жилых зданий. Поэтому при постройке теплиц весьма актуальны проектировочные решения, позволяющие снизить энергопотребление. В этом вопросе основное место отводится современному автоматическому оборудованию. Для создания оптимальных условий выращивания овощей круглый год в тепличном комбинате «Нефтекамский» была разработана и внедрена в эксплуатацию система автоматизированного регулирования микроклимата теплицы (САР МТ).

Тепло, как летом

Оборудование для отопления теплицы включает в себя систему подогрева воздуха и грунта. Прогрев почвы сельскохозяйственных культур уменьшает срок вегетации растений за счет равномерного развития корневой системы (в среднем на две-три недели) и повышает урожайность (на 35–45 %). Сейчас самыми распространенными являются водяные системы, которые обеспечивают равномерное распределение тепла, что положительно сказывается на росте растений. Схема проста – теплоноситель (вода) нагревается в отопительном котле и с помощью циркуляционного насоса прокачивается по системе трубопроводов через трубные радиаторы, отдавая тепло воздуху и почве. Для наиболее эффективного обогрева всего объема теплицы стальные трубы могут быть размещены в нескольких ярусах. В нефтекамских теплицах – два яруса. Нижний – для прогрева грунта – расположен на уровне почвы между рядами растений (шаг укладки труб определяется теплотехническим расчетом и составляет 20–30 см). Верхний – под покрытием. Важно, чтобы была возможность раздельной регуляции отопительных приборов в разных ярусах. Температура теплоносителя в системе подогрева грунта составляет около 40 °С (чтобы не пересушить корневую систему).

Возможности регулировки

Обеспечить теплицу теплом – это полдела, его еще нужно точно дозировать. Температура внутреннего воздуха в теплице должна изменяться в зависимости от культурооборота и вида овощей, а для одних и тех же овощей – в процессе роста и созревания в зависимости от времени суток. Для огурцов, например, температура воздуха в ночное время (около 18 °С) должна быть ниже, чем в дневное время (около 22 °С). Температура корнеобитаемого слоя почвы должна равняться температуре воздуха (или быть несколько выше).

Контролирование микроклимата наиболее эффективно с использованием электронных устройств, обеспечивающих управление температурой. Регуляция осуществляется несколькими способами – например, автоматическим открытием фрамуг, закрытием термостатов, снижением скорости работы циркуляционных насосов. С внедрением автоматизированной системы на комбинате «Нефтекамский» была проведена работа по разделению контуров обогрева на нижний и верхний. В качестве регулирующих органов были использованы имеющиеся трехходовые регулирующие клапаны. Для создания однородного температурного поля в каждом контуре обогрева установлены циркуляционные насосы TP100 фирмы GRUNDFOS.

Распределенная система управления

Распределенная система управления представляет собой двухуровневую сетевую структуру. Структурная схема САР МТ представлена на рис. 1.

Первый уровень объединяет программируемые контроллеры ОВЕН ПЛК100 (по одному на каждую теплицу) с контроллером верхнего уровня (ПЛК100), операторской станцией и модулями дискретного ввода/вывода ОВЕН МДВВ по сети Ethernet. К процессорным модулям можно подключать различные внешние периферийные устройства по последовательному интерфейсу RS-485/RS-232.

Подобная структура обеспечивает большие коммуникационные возможности, позволяющие с помощью стандартных интерфейсов и протоколов подключиться к управляющему устройству верхнего уровня. Второй уровень АСУ реализован на основе модулей ввода/вывода ОВЕН МВА8, операторской панели ОВЕН ИП320, датчиков температуры, других устройств и интерфейса RS-485/RS-232. Полевая сеть построена с несколькими линиями передачи данных.

Операторская станция получает данные с контроллеров по сети Ethernet для ведения журнала событий с регистрацией реального времени, сбоях и нештатных ситуациях. На компьютере отображаются все контролируемые параметры теплицы, задаются новые уставки для регуляторов и фрамуг. В качестве OPC-клиента используется SCADA-система. В рамках системы выполнены все задачи по архивации, сигнализации, протоколированию и организации человеко-машинного интерфейса.

Для обмена данными между контроллерами удобным оказался механизм сетевых переменных, благодаря которым оператор, находясь в удаленной теплице, может видеть на панели оператора ИП320 температуру и влажность наружного воздуха, направление и скорость ветра. Датчики, измеряющие эти физические величины, подключены к ПЛК верхнего уровня и доступны всем контроллерам первого уровня посредством простого и быстрого доступа к сетевым переменным.

Контроллер верхнего уровня обеспечивает работу всего тепличного комбината (без учета особенностей каждой теплицы): регулирует температуру и влажность с учетом состояния наружного воздуха, скорости и направления ветра, а также контролирует температуру и давление теплоносителя на входе и выходе.

В контроллерах теплицы решаются задачи автоматического регулирования температуры по двум контурам обогрева, управления циркуляционными насосами и приводами фрамуг, включением/выключением освещения. В теплице применяется двойная регулировка: один термостат установлен на поверхности пола, второй – в верхней точке, под коньком крыши. Щит управления со встроенными ПЛК100 и панелью оператора ИП320 находится в непосредственной близости от входа в теплицу.

Ввод аналоговых сигналов температуры, влажности, указателей положения регулирующих клапанов и фрамуг осуществлялся с помощью модулей МВА8. Для ввода сигналов состояния оборудования и вывода управляющих сигналов используются каналы контроллера ПЛК100, а также каналы модуля МДВВ. Удобной оказалась и панель оператора ИП320. В результате приобретенного опыта ее эксплуатации пришло решение продублировать на ней все функции местного управления, реализованные с помощью традиционных кнопочных постов.

Развитие проекта носит эволюционный характер

В настоящее время отработаны базовые схемы, обеспечивающие хорошее качество, быстродействие и надежность автоматизированной системы. В дальнейшем алгоритмы и решения будут усложняться для повышения качественных показателей САР МТ. Эта задача решаема – потенциал, заложенный в оборудовании ОВЕН, позволяет на это рассчитывать. Сейчас, например, решается проблема тепловой инерционности теплицы, создаваемой из-за неравномерности температурного поля, зависящего от направления и скорости ветра. Для этого к существующей системе двухконтурного обогрева необходимо будет добавить регулируемые тепловые контуры боковины и торца теплицы.

Отдельная задача – это контроль работы привода фрамуг, которые являются важной и ответственной частью тепличного хозяйства. Механизм привода представляет собой распределенную кинематическую схему, состоящую из электроприводов, валов, редукторов, реечных механизмов. При наличии множества механических сочленений, рассредоточенных под поверхностью прозрачного шатра теплицы, в них нередко появляются повреждения. Из-за этого возникают проблемы автоматического управления. А иметь достоверную информацию работы всех элементов привода фрамуг очень важно.

Заключение

На комбинате «Нефтекамский» с минимальными затратами была создана простая в эксплуатации, надежная, с хорошими рабочими характеристиками система. Анализируя данные, автоматика устанавливает такой климат в теплицах, что смена погоды не оказывает негативного воздействия на растения. Система позволяет снизить издержки при выращивании овощей, экономить энергоресурсы, минимизировать влияние человеческого фактора.

«Автоматизация и производство» №1 2010 г.

Сенсорные системы для теплиц для мониторинга и контроля в реальном времени

Ведущие производители теплиц в Северной Америке обращаются к мониторингу и автоматизации в реальном времени, чтобы повысить производительность и урожайность в теплицах. С рождением новой революции Iot (Интернет вещей) и новыми достижениями в сенсорном оборудовании теплицы производители могут точно отслеживать и контролировать все различные параметры внутренней среды теплицы в непрерывном режиме.

Это не только обеспечивает растениям стабильную среду выращивания для увеличения урожайности, но также является отличным способом сэкономить деньги на энергии и производственных затратах.Сенсорные системы для теплиц созданы для того, чтобы поддерживать рост качественных культур без потери ресурсов. Старые способы ведения сельского хозяйства в теплице уже неосуществимы, поскольку затраты на ручной труд резко выросли с новым походом на минимальные вэджи. Отсюда необходимость в автоматизированной тепличной системе, использующей беспроводную связь, управление в реальном времени и удаленный мониторинг с любого смартфона или планшета.

Управление автоматизацией теплицы может помочь любому производителю справиться со всеми аспектами вашего выращивания, такими как температура, влажность, CO2, и мы даже внедрили новый беспроводной датчик для контроля корневой зоны ваших растений.Беспроводная система передает данные о E.C., влажности и температуре в корневой зоне растения или в мешке с почвой. Как видите, мы установили ряд датчиков различных типов, используемых в теплицах, чтобы обеспечить успех вашего урожая.

Теплицы требуют надлежащих условий окружающей среды для оптимального роста и здоровья растений. Это особенно верно в новой зарождающейся индустрии медицинской марихуаны, где урожай может быть потерян, если смесь температуры, влажности и света будет неправильной.Большинство производителей в этой отрасли придерживаются очень строгих политик в отношении контроля качества и, как они называют, 110% сертификации от семян до продажи. Посмотрите это видео от одного из ведущих производителей на рынке каннабиса и то, что он говорит о системах удаленного мониторинга теплиц и контроля качества…

Наш Climate Manager и беспроводные датчики теплиц помогают фермерам контролировать и поддерживать надлежащее сочетание атмосферных условий, чтобы гарантировать соблюдение качества на каждом этапе.Если условия выходят за пределы оптимальных диапазонов, производителей можно предупреждать посредством мониторинга в режиме реального времени, что позволяет производителям максимизировать урожайность и постоянно следить за производством. Мы работаем в области автоматизации теплиц более 35 лет и с гордостью можем сказать, что помогли каждому производителю сохранить прибыль и вырастить лучший урожай.

Послушайте, я понимаю, что в это трудно поверить, сообщения в блоге, написанные компанией, у которой есть что продать. Можете ли вы действительно поверить мне, когда я говорю, что производители внедряют системы управления теплицами с угрожающей скоростью? Как насчет доказательства третьей части?

Согласно различным исследованиям, затраты на рабочую силу составляют около трети производственных затрат в тепличном сельском хозяйстве, а затраты на энергию находятся на втором месте.Удобрения составляют около 20% производственных затрат. Вместе они составляют половину стоимости производства в промышленных теплицах. Если вы хотите снизить свои производственные затраты, вам следует сначала изучить эти три фактора, чтобы увидеть, как вы можете сократить эти расходы. Если внедренное решение также может повысить ваши урожаи, это будет бонусом, и мы считаем, что лучший способ добиться этого - использовать новые тепличные технологии.

Почему 100 ведущих производителей инвестируют в сенсорные системы для теплиц

Посмотрите на эти данные выше от тепличного садовода.com, где они спросили 100 ведущих производителей в Северной Америке, что они собираются делать в следующие три года для достижения своих производственных целей. №1 в списке было повышение эффективности, и более 60% из них заявили, что помогут в этом, вложив средства в Greenhouse Automation and Technology . В игру вступили и другие операционные факторы: более 60% ведущих производителей также заявили, что разработают план снижения общих производственных затрат. и уменьшат зависимость от рабочей силы .

На этом этапе вы можете спросить, хорошо… мы запускаем полномасштабную, большую площадь, коммерческое использование теплицы может иметь свои проблемы…

Итак, каково ваше решение?

Программа Climate Manager

Менеджер климата контролирует вашу теплицу в холодные зимние и жаркие летние месяцы. Температура, влажность и содержание CO2 в теплице точно контролируются прямо в соответствии с заданными параметрами вашего производителя… днем ​​и ночью.Окружающая среда внутри теплицы очень зависит от погодных условий за пределами теплицы.

Программа Climate Manager ™ учитывает внешние погодные условия, такие как солнечное излучение, внешняя температура, дождь и ветер, и вносит коррективы для достижения наилучшего климата в теплице.

Вы можете доверить Climate Manager ™ управлять микроклиматом теплицы и защитить теплицу от любых суровых погодных условий . Climate Manager ™ контролирует температуру, влажность, CO2, затенение, скрытые и светодиодные лампы для выращивания, орошение, опрыскивание и внесение удобрений для цветов, овощей и культур каннабиса.

Вам должно быть интересно, как это работает?

Что ж, мы сделали одобренное нашим садоводом программное обеспечение для управления теплицами, которое очень просто в использовании!

Многие теплицы сегодня оснащены различными блоками экологического контроля теплицы, которые помогают управлять определенными аспектами окружающей среды теплицы…

, например:

  • Системы отопления и вентиляции
  • Орошение и удобрение сельскохозяйственных культур
  • Контроль CO2 и влажности
  • Системы затемнения и туманообразования
  • Датчики почвы и влажности
  • Системы оборотного водоснабжения

Это позволяет постоянно улучшать производительность теплицы и постоянно контролировать температуру и влажность внутри теплицы.Но наличие полуавтоматического блока управления далеко не идеально для управления крупномасштабными операциями. Вся идея получить некоторый контроль в теплице в первую очередь заключалась в том, чтобы лучше управлять своим временем, верно ?!

Что, если бы у вас был один централизованный компьютер для автоматизации теплицы, который мог бы полностью контролировать все аспекты вашей внутренней среды выращивания и создавать заданные значения, помогающие повысить урожайность и снизить затраты, при этом экономя драгоценное время производителя?

The Climate Manger ™ для автоматизации управления теплицами и мониторинга в реальном времени

Звучит как идеальное решение для повседневных задач большинства производителей, верно ?!

Мы тоже так думаем! Взгляните на нашу PDF-брошюру Climate Manager для максимального управления теплицами.

Управлять теплицей не должно быть сложно. В Интернете и в магазинах есть множество советов, книг и видео о том, как безопасно настроить теплицу и управлять ею с помощью автоматизации.

Установка оборудования для автоматизации теплиц и настройка надлежащего управления фертигацией теплиц может в конечном итоге сэкономить вам много работы в будущем. Ваша тепличная продукция сможет процветать в исключительных условиях и повышать урожайность на долгие годы!

Посевы будут расти быстрее и здоровее за счет удобрения и защиты растений за счет установки автоматизированных систем ухода за ними.Этот новый способ выращивания удобнее, быстрее, проще и полезен для вашего урожая круглый год!

Хотите еще больше узнать о нашем программном обеспечении для управления климатом? Свяжитесь с одним из наших инженеров по теплицам, и мы можем запланировать для вас демонстрацию. Если вы хотите получить расценки на некоторые наши системы автоматизации, вы также можете отправить запрос со страницы контактов для лучшего управления теплицей.

.

ТЕПЛИЦЫ МОНИТОРИНГ МИКРОКЛИМАТА В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ НА ОСНОВЕ БЕСПРОВОДНОЙ СЕНСОРНОЙ СЕТИ И ГИС

Транскрипция

1 XX Всемирный конгресс IMEKO по метрологии для зеленого роста 9 сентября 14, 2012, Пусан, Республика Корея ТЕПЛИЦЫ МОНИТОРИНГ МИКРОКЛИМАТА В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ НА ОСНОВЕ БЕСПРОВОДНОЙ СЕНСОРНОЙ СЕНСОРНОЙ СЕТИ И ГИС O.Postolache 1,2, P. Girão 1,3, M. Pereira 1,2, C. Grueau 2, H. Teixeira 2, M. Leal 2 1 Instituto de Telecomunicações, Лиссабон, Португалия, 2 Escola Superior de Tecnologia (LabIM) , Сетубал, Португалия, 3 DEEC, Instituto Superior Técnico, UTL, Лиссабон, Португалия, Резюме: Использование теплиц с контролируемым микроклиматом в соответствии с потребностями растений является важным способом увеличения производства фруктов и овощей и недавно стало одним из самые актуальные темы точного земледелия. Чтобы знать и контролировать микроклимат теплицы, рекомендуется использовать интеллектуальные сенсорные узлы с возможностью беспроводной связи.В качестве одного из обязательных протоколов, связанных с беспроводными сенсорными сетями, можно упомянуть ZigBee из-за его низкой стоимости, низкого энергопотребления, расширенного диапазона и гибкости архитектуры. В настоящей работе рассматривается сеть узлов зондирования и управления с коммуникационными возможностями ZigBee. Микроклимат контролируется с помощью набора твердотельных датчиков температуры, относительной влажности, интенсивности света и концентрации CO 2, поскольку эти параметры играют важную роль в выращивании растений.Каждый сенсорный узел является автономным за счет использования энергии от солнечного элемента через схему зарядного устройства батареи, учитывая также питание сенсорного и управляющего узла в ночное время. Данные от сетевых узлов ZigBee отправляются на шлюз беспроводной сети Ethernet, подключенный к компьютеру, на котором запущено приложение LabVIEW, которое выполняет первичную обработку, и к веб-географической информационной системе, которая предоставляет информацию о микроклимате теплицы. Элементы, связанные с накоплением энергии для реализованной беспроводной сенсорной сети, а также набор экспериментальных результатов включены в настоящую работу.Ключевые слова: качество воздуха, микроклимат теплицы, сенсорная сеть ZigBee, геоинформационная система, сбор энергии. 1. ВВЕДЕНИЕ Одна из самых основных и, следовательно, критических и приоритетных проблем человечества - это еда. Нехватка воды и продовольствия затрагивает огромный процент из 7 миллиардов человек, населяющих Землю в настоящее время. Интенсификация тепличного садоводства - распространенная тенденция во многих регионах мира, включая Нидерланды, Австралию, Канаду, Пиренейский полуостров, США.S., и Великобритания.Основным стимулом для такой кластеризации является снижение производственных затрат за счет совместного использования инфраструктуры, такой как объекты энергетики, воды и газа. Эта интенсификация приводит к увеличению масштабов теплиц и созданию парников, в которых теплицы сгруппированы на одном участке [1], что является технологией, необходимой для улучшения управления культурой. По мере того как размер этих структур увеличивается, использование географических информационных систем (ГИС) [2] дает возможность визуализировать и управлять всеми данными с географической привязкой, производимыми беспроводными узлами зондирования, мониторинг теплиц, материализуя концепцию точного земледелия.Для точного земледелия требуется мониторинг параметров воздуха и почвы, которые играют важную роль в росте сельскохозяйственных культур. Таким образом, распределенные системы мониторинга микроклимата в реальном времени, основанные на технологии сенсорных сетей и ГИС, можно рассматривать как адекватный инструмент для получения информации, необходимой для контроля и управления микроклиматом теплиц. В настоящей работе описывается разработка и реализация беспроводной сенсорной сети на основе IEEE (ZigBee) для регистрации микроклимата в теплице в реальном времени с учетом таких параметров роста растений, как относительная влажность, температура, интенсивность освещения и CO 2. концентрация.Как сообщалось об исследованиях в этой области, можно упомянуть беспроводные датчики микроклимата для отслеживания критических условий окружающей среды [3] [4] и систему беспроводных датчиков большого радиуса действия для долгосрочного мониторинга микроклимата [5]. Архитектура сенсорной сети для мониторинга качества воздуха и воды также была представлена ​​нашей группой и соответствует полевым измерениям параметров качества воды с использованием сетевой технологии Wi-Fi [6] [7], включая также ГИС [8] [9], и для использования беспроводных сетей для мониторинга качества воздуха в помещениях [10] [11].Использование беспроводной сенсорной сети (WSN) на основе технологии National Instruments (NI), включая конфигурируемые узлы и шлюзы, и программного обеспечения для мониторинга микроклимата теплицы на основе различных программных технологий, таких как LabVIEW (для сбора и управления WSN), Java, PhP и MySQL (для внедрения географической информационной системы) осуществляется точный мониторинг и представление данных о микроклимате теплицы. Фермеры могут получать доступ к данным в режиме реального времени с помощью браузера, установленного на мобильных устройствах, таких как планшетные компьютеры, которые обращаются к страницам ГИС-сервера, данные с узлов зондирования которых принимаются через шлюз WSN.2. БЕСПРОВОДНАЯ СЕНСОРНАЯ СЕТЬ Использование технологий беспроводной связи стало важным инструментом современной жизни благодаря предлагаемой ими свободе, распределенным возможностям и экономии средств. Беспроводной

Сенсорные сети

2 (WSN) стали следующей волной беспроводных технологий, позволяющих проводить распределенные измерения в обширных физических системах, включая приложения для мониторинга качества воздуха и воды, особенно для мониторинга климата и микроклимата.В данном случае узлы WSN включают твердотельные датчики, которые используются для мониторинга условий окружающей среды. В дополнение ко многим беспроводным измерительным узлам система WSN включает шлюз, который собирает данные и обеспечивает обратную связь с хост-приложением на сервере ПК. В этом приложении мы рассмотрели протокол беспроводной связи ZigBee, принимая во внимание его топологию, гибкость, низкое потребление и длительный срок службы. диапазон [12] [13]. Из различных возможных топологий ZigBee, таких как сетка, звезда и дерево, последняя использовалась в этой работе (рис.1). Преимущество этой топологии - уменьшенное количество узлов для указанной контролируемой области. Рис. 2 Аппаратная схема шлюза, маршрутизатора и конечных узлов E1 G R Рис. 1 Топология ZigBee Tree для мониторинга микроклимата теплицы (шлюз G WSN Ethernet, маршрутизатор R-WSN, конечные узлы E1, E2 WSN) 2.1. Беспроводные узлы Узлы датчиков основаны на NI WSN-3202, совместимом с протоколом ZigBee. Этот беспроводной сенсорный узел может быть настроен как маршрутизатор (R) или как конечный узел (E) с помощью утилиты NI MAX.Основные характеристики беспроводных сенсорных узлов с многофункциональными возможностями: четыре аналоговых входа (диапазон ± 10, ± 5, ± 2, ± 0,5 В), разрешение 16 бит, минимальный интервал выборки 1 с, 4 линии DIO. В рамках технологии NI управление данными узлов микроклимата осуществляется с помощью программного обеспечения, разработанного в LabVIEW, работающего на главном компьютере. Интерфейс между главным компьютером (координатором сети) и маршрутизатором ZigBee и конечным устройством осуществляется с помощью шлюза Ethernet беспроводной сенсорной сети NI WSN-9791.Учитывая ограниченные диапазоны ZigBee этого решения (до 300 м), антенна с высоким коэффициентом усиления 2,4 ГГц использовалась со шлюзом WSN Ethernet, что обеспечивает лучшее покрытие и позволяет увеличить расстояние между шлюзом и маршрутизатором. Из-за низкого энергопотребления измерительные узлы NI WSN также являются частью приложения для сбора энергии на основе солнечной панели. Реализованная архитектура представлена ​​на рисунке 2. E Датчики микроклимата Измерительные узлы WSN включают в себя набор датчиков микроклимата, которые обеспечивают мониторинг микроклимата теплицы: датчик температуры (LM-35), датчик относительной влажности (HIH-3610), датчик освещенности (TSL250R) и датчик концентрации CO2 (TGS4161).Кроме того, для регулирования тока от солнечной панели (Suntech, modelstp020s-12 / cb) к аккумулятору 12 В, который питает узел во время его зарядки, использовалась цепь заряда. Информация о температуре предоставляется встроенным датчиком температуры LM35, характеризуемым линейной зависимостью между измеренной температурой и выходным напряжением v T:, v T = γ T, где γ = 10 мВ / ºc. Чтобы обеспечить соответствующий сигнал для узлов измерения WSN, была разработана и реализована схема усиления на базе операционного усилителя LM324 с однополярным питанием.Характеристики датчика относительной влажности: точность 2%, повторяемость 0,5%, линейность 0,5%, напряжение питания 5 В постоянного тока, ток питания 200 мкА и сигнал выходного напряжения VRH в соответствии с измеренными значениями относительной влажности в напряжении V. интервал. Обратная модель RH = RH (V RH) реализована в программном обеспечении LabVIEW на главном компьютере и основана на спецификации производителя с использованием линейной зависимости между полученным напряжением (V RH) и относительной влажностью (RH), [] α GV β (1) RH% = (2) 2 RH, где G 2 = 1.5 - коэффициент усиления, α = 32,25 В -1, β = - константы для используемого датчика. Для повышения точности измерения относительной влажности используется информация о температуре, а также расширенная обратная модель RH = RH (V RH, V T). Учитывая важность интенсивности света в фотосинтезе, каждый узел включает недорогой преобразователь света в напряжение TSL250R. TSL250R включает

3 фотодиод и трансимпедансный усилитель, а выходное напряжение V light прямо пропорционально интенсивности света (освещенности) на фотодиоде.Принимая во внимание характеристики выходного напряжения производителя и характеристики освещенности, выходной сигнал используемого светового датчика равен: v light = a E + b, где a = 0,082 В / мкВт / см 2 и b = 0,008 В. Чтобы оценить способность недорогого решения извлекать точную информацию о дневном световом цикле, был использован эталонный пиранометр CMP. Сигнал пиранометра, который характеризуется величиной 13,6 мкВ / Вт / м 2, усиливался с помощью инструментального усилителя INA122, и полученный сигнал v pyra подавался вместе со светом v на аналоговые входы узла измерения WSN.Измерение CO 2 проводилось с использованием датчика с твердым электролитом TGS4161, отличающегося низким энергопотреблением и диапазоном измерения ppm. На рабочие характеристики этого датчика влияют, в частности, влажность, пары CO, H 2 и этанола. Дополнительно в один из узлов WSN был включен широкополосный газовый датчик нап-11АС, характеризующийся высокой чувствительностью к различным газам, включая оценку запахов. Информация, передаваемая этим датчиком, также может использоваться для проверки данных TGS4161. Обратная модель CO 2 conc = co 2 conc (VCO 2) была реализована в программном обеспечении, связанном с координатором WSN (хост-компьютером) с использованием LabVIEW.Было рассмотрено несколько методов моделирования, включая нейронную сеть [11]. Локализация узлов WSN вычисляется с помощью GPS-координат шлюза WSN Ethernet, предоставляемого системой Garmin GPS, Foretrex 201 RS232, подключенным к координатору WSN, который является ПК, на котором также работает приложение ГИС. (3) Рис. 3WSN-CAS LabVIEW - первичная реализация сбора, обработки и регистрации данных для каналов измерения T, RH, света и CO 2. Узлы WSN выдают большие объемы данных, которые требуют управления и анализа.Для обеспечения поддержки визуализации и запроса данных, производимых сетями датчиков в кластере теплиц, была создана структура. Платформа позволяет структурировать, просматривать, запрашивать и управлять данными через Интернет. Система, основанная на MySQL, технологиях Google Map, языках программирования PHP и java, доставляет динамические карты и данные ГИС вместе с услугами ГИС через Интернет. [14]. Архитектура, связанная с ГИС, представлена ​​на Рис. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ Программное обеспечение системы состоит из двух компонентов: беспроводной сенсорной сети управления, сбора и обработки данных (WSN-CAS) и географической информационной системы на базе Интернета (WebGIS).Разработка первого компонента была выполнена с использованием модуля беспроводного датчика LabVIEW Pioneer, который позволяет настраивать сеть беспроводных датчиков, а также выполнять управление данными датчиков с помощью общих переменных, связанных с аналоговыми входными каналами (AI0, AI1, AI2, AI3. ). Данные от датчиков обрабатываются с помощью набора программных модулей для полиномиального и / или нейросетевого обратного моделирования, которые выполняют преобразование напряжения в физические величины (например, напряжение в температуру, выраженную в ºC; напряжение в концентрацию CO 2 в ppm). реализация, связанная с WSN-CAS, представлена ​​на рис.3. На рисунке можно увидеть, что для частного случая RH и CO 2, два входа, один выходной датчик, модули обратного моделирования были рассмотрены с учетом влияния температуры характеристик датчиков RH и CO 2. Рис. 4 Архитектура веб-приложения ГИС. Пользователи системы могут создавать новые сети датчиков с помощью WebGIS, а затем получать доступ к географическому местоположению узлов WSN (рис. 5). Рис.5 Панель WebGIS для управления сетью и узлами

4 При создании новых узлов пользователь указывает тип информации, измеряемой на каждом узле (единица измерения, временной шаг и т. Д.), И структура базы данных автоматически создается на стороне сервера системы.Измерения датчиков хранятся в базе данных системы и могут отображаться в реальном времени в WebGIS или запрашиваться для создания отчетов. 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Используя реализованную беспроводную сенсорную сеть и программные компоненты, описанные ранее, были проведены различные лабораторные и полевые испытания. Таким образом, три узла датчиков, настроенные как один узел маршрутизатора (WSN-R) и два конечных узла (WSN-E1, WSN-E2), были подключены к сетевому координатору через шлюз WSN Ethernet. Чтобы проверить надежность и потребляемую мощность системы, первые испытания внедренной сети были проведены в лаборатории, при этом измерялось качество воздуха в помещении.Динамика некоторых измеренных параметров в течение всего дня, когда датчики были прикреплены к установке, представлена ​​на рис. 6. RH T На рис. 7 показаны положительные значения тока Ibat в течение дня, когда ток, подаваемый солнечной панелью, Есть, до 246 мА. Ночью регистрируются отрицательные значения Ibat с учетом питания потребителя 140mAh. Чтобы компенсировать сокращение дневного времени (менее 10 часов), рассматривается использование двух солнечных панелей для каждого узла. Дополнительные тесты были проведены для измерения микроклимата теплицы, когда датчики были распределены внутри теплицы, материализуя различные архитектуры WSN - сетку и дерево - и с учетом того, что каждый из компонентов WSN представляет четыре канала считывания, которые работают независимо от конфигурации WSN (как маршрутизатор конечный узел).Таким образом, учитывая геометрию теплицы, в первом экспериментальном подходе было рассмотрено распределение дерева шлюз-маршрутизатор1-маршрутизатор2-конечный узел. Расстояние между узлами беспроводной сети составляло 200 м. Принимая во внимание координаты GPS, предоставленные системами GPS, подключенными к шлюзам WSN Ethernet, и направление линии узла, GPS-координаты отдельных узлов WSN рассчитываются и используются для актуализации состояния микроклимата теплицы в WebGIS. На рис. 8 представлены два различных способа отображения экспериментальных данных измерений для тестируемого канала датчика относительной влажности.На рисунке показано графическое отображение информации, полученной датчиком за несколько дней измерений. 18.6 # Фильтрация данных от 18.4 # # 18 # 17.8 # до рис. 6 Эволюция T и RH за 24-часовой период (дневной и ночной периоды) 17.6 # 17.4 # 17.2 # 17 # OK >> На рис. 6 , можно наблюдать дневное / ночное изменение температуры и относительной влажности воздуха. Принимая во внимание, что система питается от аккумулятора, заряжаемого от солнечной панели, различные тесты проводились с учетом значений потребления тока до 140 мА, что соответствует максимальному потреблению тока, связанного с узлом WSN, включая NAP-11AS, который характеризуется интенсивным энергопотреблением.Изменение тока, подаваемого солнечной панелью, и зарядного тока, обеспечиваемого схемой зарядного устройства, подключенной к солнечной панели, когда к системе подключен потребитель тока 140 мА, показано на рис. 7. Рис. 7 Изменение токов, обеспечиваемых солнечной батареей. панель и зарядное устройство в течение всего дня с учетом потребления тока 140 мА, связанного с беспроводным узлом (ток солнечной панели (красная линия), ток зарядки аккумулятора Ibat (черная линия)) Рис. 8 Графическая визуализация информации, полученной датчиком в течение определенного периода времени. Для каждого датчика и каждого измеренного поля теплицы пользователь может также установить сигнализацию, чтобы предотвратить определенные ситуации внутри теплицы.Когда значение, считываемое датчиком и сохраняемое в базе данных, выходит за пределы, определенные пользователем, срабатывает сигнал тревоги. 5. ВЫВОДЫ И БУДУЩАЯ РАБОТА В этом документе представлена ​​разработка и реализация мониторинга микроклимата теплицы в реальном времени на основе ZigBee. сеть беспроводного зондирования и географическая информационная система. Система была установлена ​​и протестирована в лабораторных условиях в помещении, а также в теплице. Лабораторные испытания были необходимы, чтобы оценить надежность системы, включая солнечную панель и зарядное устройство цепи батареи, связанные с каждым узлом.Элементы интеллектуального моделирования многомерных характеристик были включены в работу с учетом необходимости повышения точности каналов измерения относительной влажности и CO 2, характеристики которых зависят от температуры. Что касается программного обеспечения, то в работе представлен дизайн географической информационной системы на основе сети и

5, который отличается высокой гибкостью и возможностью адаптации к новым сценариям мониторинга.В качестве будущей работы мы планируем включить в узлы WSN другие каналы измерения, такие как влажность почвы и температура почвы, чтобы контролировать орошение и оценивать, можно ли заменить информацию датчика освещенности информацией, связанной с выходным током, подаваемым солнечная панель. Мы также рассматриваем возможность реализации функций пространственной статистики в веб-ГИС для создания карт, показывающих распределение данных внутри теплиц, путем интерполяции данных, измеренных на каждом узле.БЛАГОДАРНОСТИ Эта работа была поддержана Instituto de Telecomunicações (IT) Polo de Lisboa, IT-IUL и Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ [1] Эльке Рогге, Франк Невенс, Хуберт Гулинк, Снижение визуального воздействия парниковых парников в сельских ландшафтах, Ландшафт и городское планирование, Том 87, Выпуск 1, 3 июля, стр. [2] М.А. Лабрадор, А.Дж. Перес, П.М. Вайтман, Информационные системы на основе местоположения: разработка приложений слежения в реальном времени, серия Chapman & Hall / CRC Computer & Information Science, октябрь, [3] Дэвид Грант и Адам Аль-Анбуки, беспроводной датчик микроклимата », ISSNIP 2007 3-я Международная конференция по Интеллектуальные датчики, сенсорные сети и информация », том, выпуск, 3-6, стр.1–19 декабря [4] Ся Мин, Донг Ябо, Лу Дунмин, Сюэ Пинг, Лю Ганг, «Беспроводная сенсорная система для долгосрочного мониторинга микроклимата в объектах культурного наследия диких земель», Международный симпозиум IEEE 2008 г. по параллельным и распределенным технологиям Обработка с приложениями, стр. [5] Дж. Шенг Лин и Ч. Цзу Лю, Система мониторинга на основе беспроводной сенсорной сети и платформы SoC в точном земледелии, Proc. 11-я конференция IEEE по промышленным коммуникационным технологиям, [6] П. Жирао, О. Постолаш, Дж. Диас Перейра, Х.Рамос, «Распределенные системы измерения и интеллектуальная обработка для оценки качества воды», журнал «Датчики и преобразователи», Vol. 38, No. 12, pp, декабрь, [7] О. Постолаш, П. Жирао, Дж. М. Диас Перейра, Х. Г. Рамос, «Применение самоорганизующихся карт в системе удаленного мониторинга качества воды», IEEE Trans. по контрольно-измерительным приборам, Vol. 54, No. 1, pp, февраль, [8] O. Postolache, P. Girão, G.P. Патрисио, J.S. Сакраменто, П. Маседо, Дж. М. Диас Перейра, "Распределенная приборная и географическая информационная система для оценки среды обитания дельфинов", Proc.IEEE International Instrumentation and Technology Conf., Виктория, Канада, Vol. I, pp, May, [9] O. Postolache, P. Girão, J.A. Аполония, Н. Бейранте, П. Маседо, Дж. М. Диас Перейра, «Оценка среды обитания дельфинов и управление знаниями с использованием распределенных приборов и географической информационной системы», Proc IMEKO TC4 Symp., Флоренция, Италия, Vol. I, стр., Сентябрь, [10] О. Постолаш, П. Жирао, Г.Ф. Феррария, Н. Баррозу, Дж. М. Диас Перейра, Г. Постолаке, «Мониторинг в помещении факторов, запускающих респираторный дистресс с использованием беспроводной сенсорной сети и смартфона», Proc.IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conf., Singapore, Singapore, Vol. 1, стр, май, [11] О. Постолаш, Дж. М. Диас Перейра, П. Жирао, «Сеть интеллектуальных датчиков для приложений мониторинга качества воздуха», IEEE Trans. по контрольно-измерительным приборам, Vol. 58, No. 9, pp, сентябрь, [12] ZigBee Alliance, Control your world, on-line atwww.zigbee.org [13] JM Dias Pereira, O. Postolache, P. Girão, "Spread Spectrum Techniques in Wireless Communication ", IEEE Instrumentation and Measurement Magazine, Vol.12, No. 6, pp, декабрь, [14] Х. Тейшейра, М. Леал, Экологический проект географической информационной системы, Технический отчет для выпускников компьютерных инженеров, Escola Superior de Tecnologia de Setúbal, Португалия, сентябрь 2011 г.

.

Охлаждение с тепловым насосом и микроклимат теплицы в открытых и закрытых тепличных системах

Транскрипция

1 Охлаждение с тепловым насосом и микроклимат теплицы в открытых и замкнутых тепличных системах И. Йылдыз Д.П. Stombaugh Департамент Земли и Окружающей среды. Кафедра сельскохозяйственных наук, Пищевой университет Виндзора и биологической инженерии Виндзор, Онтарио Государственный университет Огайо N9B 3P4 Колумбус, Огайо Канада U.Ключевые слова: микроклимат огурца, контроль окружающей среды, испарительное охлаждение, транспирация, переменное затенение, вентиляция. Резюме. Целью данного исследования было определение и сравнение характеристик традиционных и тепловых насосных систем для охлаждения тепличных систем открытого и закрытого (замкнутого) цикла. Была разработана и проверена динамическая имитационная модель для прогнозирования обмена энергией и массой в теплице в зависимости от динамических факторов окружающей среды. Модель имеет опции для оценки влияния местоположения, времени года, ориентации, одинарного и двойного полиэтиленового остекления, традиционных систем отопления и охлаждения и систем охлаждения с тепловым насосом, обогащения CO 2, вентиляции, переменного затенения и использования ночных штор на открытом воздухе. и замкнутая тепличная среда.Регулируемое затенение, вентиляция и испарительное охлаждение обеспечивают охлаждение в традиционной системе. Однако в системах тепловых насосов охлаждение обеспечивали газовые тепловые насосы. Выходные данные имитационной модели включали как временное, так и вертикальное распределение температуры воздуха, листьев, пола и покрытия, CO 2, относительную влажность, солнечную радиацию и фотосинтетически активную радиацию в дополнение к динамике фотосинтеза, дыхания, транспирации, энергии и CO 2. использование и установка в теплице.В этом исследовании сделан вывод о том, что система теплового насоса очень хорошо работает с регулируемой системой затемнения, удовлетворяющей требованиям охлаждения как открытых, так и закрытых тепличных систем. ВВЕДЕНИЕ Чтобы обеспечить экономически оптимальную микросреду для роста растений, производители могут использовать или контролировать количество слоев остекления, изоляционных штор или экранов для снижения потерь длинноволновой радиации в ночное время, уменьшения или увеличения скорости вентиляции, испарительных охладителей и затеняющих устройств для контролировать поступающую солнечную радиацию.Кроме того, система теплового насоса, работающая на газе, была разработана Йылдизом (1993) и Йылдизом и др. (1993) обещает снизить потребности в отоплении зимой и охлаждение в теплую погоду. Эти системы включают сложный компромисс между начальными и эксплуатационными затратами на охлаждение и обогрев, реакцией растений на различные факторы окружающей среды и стратегиями, используемыми для регулирования температуры, влажности и уровней CO 2 в растительном покрове. Особое внимание следует также уделять стратегиям эксплуатации, связанным с использованием тепловых насосов, особенно при поддержании приемлемого уровня относительной влажности в теплицах.Была разработана и проверена динамическая имитационная модель, позволяющая точно прогнозировать парниковую энергию и обмен влаги в зависимости от динамических факторов окружающей среды (Yildiz and Stombaugh (2006)). Эта модель использовалась для прогнозирования и сравнения охлаждающих нагрузок, использования воды и оценки операционных стратегий, связанных с охлаждением с использованием предлагаемого теплового насоса (открытого и закрытого) и традиционной системы. ПРОЦЕДУРЫ Файл погоды Файлы с погодой за январь, апрель и июль 2003 г. для штата Делавэр (40 o 17 северной широты,

2 долготы 83 o 05 западной долготы), Огайо, США.S.A. использовались для представления зимы, весны и лета в симуляциях соответственно. Моделирование проводилось, начиная с начала пятого дня и заканчивая в конце 29-го числа месяца, обеспечивая 25-дневное моделирование. Характеристики теплицы и охлаждение Была разработана и утверждена динамическая компьютерная имитационная модель для определения микроклимата теплицы для урожая огурцов. О теоретическом подходе, проверке модели и подробных характеристиках теплицы ранее сообщили Йилдиз и Стомбо (2006).В таблице 1 представлены некоторые важные характеристики теплицы. Оцениваемые тепловые насосы были 3-тонными газовыми агрегатами, и для обеспечения многопозиционного пропорционального управления предполагалось, что в каждой теплице использовалось по три агрегата. Помимо регулируемого затенения и вентиляции, для охлаждения обычной теплицы (CON) использовался испарительный охладитель. В системе испарительного охлаждения использовался наружный воздух, и предполагалось, что воздух на выходе из испарительного охладителя полностью насыщен. Однако в системах с открытым (OHP) и закрытым контуром с тепловым насосом (CHP), в дополнение к системе переменного затемнения, тепловые насосы обеспечивали потребности в охлаждении.Воздух в помещении рециркулировался и подавался обратно внутрь при более низкой температуре с использованием верхней пластиковой трубки для распределения воздуха. Для снижения охлаждающих нагрузок использовались две затеняющие ткани с коэффициентом пропускания 0,75 и 0,50. Использование этих затеняющих салфеток обеспечивает уровни затенения 25%, 50% и 62,5% при использовании их по отдельности или вместе. В открытых системах (CON и OHP) вентиляция обеспечивалась двумя вентиляторами, один с фиксированной скоростью потока для обеспечения минимального уровня воздухообмена (0,01 м 3 с -1 м -2) в любое время, а другой с переменным расходом (с максимальным расходом 0.08 м 3 с -1 м -2). Стратегии эксплуатации и управления В зависимости от температуры воздуха в помещении система управления работала в режиме обогрева или охлаждения. Если система работала в режиме обогрева и требовался обогрев, скорость вентиляции была установлена ​​на минимальную. Режим охлаждения работал в два этапа. Первым шагом было снижение охлаждающей нагрузки с помощью системы переменного затемнения и охлаждение внутреннего воздуха за счет увеличения скорости вентиляции. Если первый этап охлаждения не мог справиться с охлаждающей нагрузкой, то активировался второй этап, на котором охлаждение обеспечивали блоки теплового насоса (OHP) или испарительная система охлаждения (CON).относительная влажность в обычной системе косвенно контролировалась температурным контролем. Однако в системе теплового насоса с открытым контуром был предусмотрен дополнительный контроль относительной влажности. Когда уровень относительной влажности в помещении превышал 80%, была введена дополнительная вентиляция для снижения относительной влажности в помещении. В режиме охлаждения замкнутой системы была только одна ступень, в отличие от обычных и открытых систем, которые имели двухступенчатые системы охлаждения. Здесь вентиляция не обеспечивала охлаждения; вместо этого, это было сделано тремя тепловыми насосами, обеспечивающими, по возможности, многопозиционное пропорциональное управление после снижения охлаждающей нагрузки с помощью системы переменного затемнения.Работа системы затенения была такой же, как и в двух других системах. Здесь либо охлаждающие устройства, либо осушитель (первый нагревательный элемент) контролируют внутреннюю относительную влажность. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ На рисунке 1 показаны суточные изменения солнечной радиации, относительной влажности и температурных режимов в обычных тепличных системах с тепловым насосом и замкнутым контуром в весенний день. Колебания температуры наблюдались рано утром из-за включения и выключения первого отопительного агрегата из-за низких температур наружного воздуха.Система затенения работала с 11:00 до 17:00 для снижения охлаждающей нагрузки. На рис. 1а показано, что в обычной теплице в этот конкретный день поддерживалась максимальная температура в помещении 26 ° C. На рисунке 1b показаны суточные изменения прогнозируемых климатологических переменных теплицы в теплице с тепловым насосом открытого типа в тот же день. За исключением нескольких небольших, но значительных отличий, результаты не сильно отличались от результатов, предсказанных для традиционной системы.Система затемнения была активирована непосредственно перед 12:00 в этой системе, тогда как в традиционной системе она была

3 сразу после 10:00. Это произошло из-за разницы в температуре воздуха внутри. В традиционной системе температура воздуха в помещении достигла более высоких уровней раньше. Причина различий в режимах внутренней температуры воздуха в двух системах заключалась в том, что в системе теплового насоса с открытым контуром использовалась более высокая интенсивность вентиляции, когда относительная влажность достигала 80% около 8:00 утра (рис.1б). В традиционной системе ничего не инициировалось, когда в эти часы относительная влажность достигала уровня выше 80%. Относительная влажность контролировалась только косвенно, через контроль температуры воздуха в традиционной системе. Как упоминалось ранее, дополнительный контроль (повышенная скорость вентиляции) использовался для регулирования относительной влажности на уровне около 80% в системе теплового насоса с открытым контуром. В замкнутой системе в течение дня температура внутри помещения колебалась из-за работы охлаждающих агрегатов, а в ночное время - из-за нагревательных агрегатов (рис.1в). Внутренние климатические условия поддерживались в пределах желаемых заданных значений во всех системах. На рис. 2а показана работа системы управления в обычной тепличной системе в летний день, что представляет собой функциональное разнообразие имитационной модели. Солнечная радиация внутри теплицы поддерживалась в среднем на уровне 250 Вт / м 2 с минимальным уровнем 200 Вт / м 2 там, где это было возможно. Температура в помещении поддерживалась на уровне 18 o C ночью и 20 o C днем. На относительную влажность в этой системе повлияло лишь косвенное влияние через контроль внутренней температуры.Относительная влажность днем ​​была ниже 90%, а ночью достигала 95%. В этот день было необходимо затенение и испарительное охлаждение, чтобы поддерживать климатические параметры в помещении на желаемом уровне. Увеличение внешнего солнечного излучения утром привело к использованию сначала 25% затенения, затем 50% затенения и, наконец, 62,5% затенения (обе затеняющие ткани) к полудню. Поскольку затенения было недостаточно для поддержания внутренних климатических переменных на желаемом уровне, охлаждение испарением было необходимо с полудня до позднего вечера.Испарительное охлаждение использовалось 45% времени с 13:00 до 14:00 после полудня. В системе теплового насоса с открытым контуром в весенние дни уровень внутреннего солнечного излучения поддерживался на среднем уровне 250 Вт / м 2. Из-за внешних климатических условий рано утром иногда требовалось дополнительное отопление для поддержания внутренней температуры воздуха. при температуре 18 o C. Большую часть времени система затенения не работала по утрам, чтобы позволить большему количеству солнечного излучения проникать в теплицу и снизить потребность в дополнительном отоплении.Когда во второй половине дня температура наружного воздуха достигла примерно 25 ° C, а внешнее солнечное излучение достигло 700 Вт / м 2, была задействована система затемнения, чтобы уменьшить охлаждающую нагрузку. При работающей системе затемнения и увеличенной скорости вентиляции в некоторые дни необходимость в механическом охлаждении отсутствовала. Внутренняя относительная влажность также поддерживалась на приемлемом уровне. Рисунок 2b, с другой стороны, показывает работу системы управления в замкнутой тепличной системе в другой весенний день, чтобы проиллюстрировать большое разнообразие операционных стратегий, используемых в этой системе.солнечная радиация и температура воздуха поддерживались в среднем на уровне 250 Вт / м 2, 18 o C (ночное время) и 20 o C (дневное время), соответственно. Наружный воздух из-за отсутствия вентиляции не влиял на относительную влажность в помещении в этой тепличной системе. На рис. 2с также показана работа первого нагревательного устройства в качестве осушителя для удаления избыточной влаги. Процесс осушения прошел успешно, уровень относительной влажности в помещении был установлен на уровне 80% с некоторым превышением. Относительная влажность поддерживалась ниже 90% в течение дня.В течение дня было необходимо затенение и охлаждение тепловым насосом для поддержания климатических переменных в помещении на желаемом уровне. В этот день было достаточно одного теплового насоса для управления охлаждающими нагрузками. Уровни затенения варьировались от 25% до 62,5% (полное затенение). Несмотря на то, что полное затемнение работало 100% времени с 11:00 до 13:00, этого было недостаточно для обработки охлаждающей нагрузки в эти часы. Один тепловой насос работал в эти часы 100% времени, в дополнение к затемнению.На Рисунке 3 представлена ​​долгосрочная работа имитационной модели и поведение климатических переменных, почасовое использование воды, сбор и потребление энергии на единицу площади земли в обычных тепличных системах с тепловым насосом и замкнутым контуром для

4 10 последовательных дни летом. Эти 10-дневные модели были получены из 25-дневных прогонов моделирования, игнорируя первые 6 и последние 9 дней моделирования. В традиционной системе вода использовалась как для транспирационного, так и для испарительного охлаждения (рис.3a), в то время как в тепличных системах с тепловым насосом вода использовалась только для транспирации, часть ее собиралась в открытой системе и почти вся - в замкнутой системе (рис. 3b). В таблице 2 приведены среднесуточные значения потребления энергии на охлаждение и потребление воды в традиционных системах с тепловым насосом и замкнутым контуром зимой, весной и летом. Когда учитываются сезоны нагрева и охлаждения, было определено, что в традиционной системе 99,5% потребляемой энергии использовалось для отопления, а оставшаяся часть (0.5%) использовалось для вентиляции. В системе с тепловым насосом открытого типа 94,2% от общего потребления энергии было использовано на отопление, а 3,1% и 2,7%, соответственно, были использованы для вентиляции и охлаждения теплового насоса. В системе с замкнутым контуром 70% от общего потребления энергии использовалось для нагрева, а 30% - для охлаждения. Энергия, используемая для охлаждения, была намного меньше энергии, используемой для нагрева, поскольку затенение уменьшало требуемые охлаждающие нагрузки. Кроме того, сами растения являются биологическими кондиционерами и могут обеспечивать собственное охлаждение.В таблице 2 также показано, что зимой прогнозировался более высокий уровень транспирации, чем весной и летом в традиционных системах тепловых насосов и системах с открытым контуром, хотя зимой наблюдались более низкие уровни солнечной радиации. Низкая относительная влажность на улице зимой была движущей силой увеличения транспирации. Летом показатели транспирации в системе с тепловым насосом с открытым контуром были выше, чем в традиционной системе, из-за меньшего дефицита давления пара в традиционной системе в результате испарительного охлаждения.Однако изменение скорости транспирации в системе с замкнутым контуром в зависимости от времени года в основном было результатом увеличения солнечной радиации, а не дефицита давления пара. Скорость транспирации в этой системе была ниже, чем в двух других системах из-за более высокого уровня внутренней относительной влажности. Среднесуточная скорость транспирации зимой, весной и летом составляла 2,09, 2,02 и 1,02 кг в день -1 м -2 в традиционных системах с тепловым насосом с открытым и закрытым контуром, соответственно.В дополнение к испарению, вода также использовалась для испарительного охлаждения в традиционной системе. В системе с замкнутым контуром почти вся испарившаяся вода рекуперировалась на змеевиках, в результате чего общее потребление воды в этой системе было практически нулевым. Таким образом, система с замкнутым контуром была самой водосберегающей системой, в то время как обычная система использовала больше всего воды из всех систем в этом исследовании. Когда все три системы сравниваются по общему потреблению энергии (как нагрева, так и охлаждения), система с замкнутым контуром была самой энергосберегающей системой, в то время как обычная система использовала больше всего энергии из всех систем.Если сравнивать эти три системы в отношении энергопотребления только для охлаждения, исходя из среднего дневного потребления энергии (зимние, весенние и летние значения, усредненные вместе), то система с замкнутым контуром имеет самый высокий расход энергии на охлаждение (2,48 МДж день -1 м - 2), в то время как в разомкнутой и традиционной системах потребление составляло 0,66 МДж день -1 м -2 и 0,12 МДж день -1 м -2, соответственно. ВЫВОДЫ В этом исследовании сделан вывод о том, что работа теплицы с системой теплового насоса имеет большой потенциал для огромной экономии энергии и воды, а также для осушения.Работа теплицы с замкнутым контуром с системой теплового насоса также упростит контроль влажности и поддержание высоких уровней CO 2, одновременно снизив риск насекомых и заболеваний в закрытой теплице. Система теплового насоса работала очень хорошо с регулируемой системой затемнения, значительно экономя как энергию, так и воду, если рассматривать как отопление, так и охлаждение. Комбинация систем с разомкнутым и замкнутым контуром была бы системой с наибольшим энергосбережением и водосбережением, работая в системе как система с замкнутым контуром осенью, зимой и весной и как система с разомкнутым контуром летом.Однако, если рассматривать только сезон охлаждения, коммерческая целесообразность использования системы теплового насоса зависит от других сбережений, таких как экономия воды и использования CO 2.

5 БЛАГОДАРНОСТИ Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха и Огайский суперкомпьютерный центр предоставили частичное финансирование для этого исследования. Цитированная литература Yildiz, I. Исследование производительности системы теплового насоса с приводом от цикла Ренкина. РС. Тезис.Государственный университет Огайо, Колумбус, Огайо, США. Йилдиз, И., Лин, К., и Кристенсен, Р. Н. Исследование производительности системы теплового насоса с приводом от цикла Ренкина. AES-Vol. 29 «Проектирование, анализ и применение тепловых насосов и систем охлаждения». ASME: 9-18 Йилдиз, И. и Стомбо, Д.П. Динамическое моделирование микроклимата и стратегий контроля окружающей среды в теплице в сочетании с системой теплового насоса. Модели роста растений, экологического контроля и управления фермой в защищенном культивировании - HortiModel, 29 октября - 2 ноября, Вагенинген, Нидерланды (опубликовано Acta Hort).Таблицы Таблица 1. Характеристики теплицы, использованные в имитационной модели (CON: обычная система; OHP: тепловой насос с открытым контуром; CHP: система с тепловым насосом с закрытым контуром). Длина 7,5 м (CON & OHP) и 25,0 м (CHP) Ширина 7,50 м Высота по свесам 2,50 м Высота по гребням 4,50 м Ориентация рядов посевов Север - Юг Расстояние между рядами растений 0,75 м Материал поверхности пола Светоотражающая мульча Остекление Двойной полиэтилен Таблица 2. Ежедневное потребление энергии и воды в обычных (CON), открытых (OHP) и закрытых системах с тепловыми насосами (CHP) зимой, весной и летом.ЗИМА ВЕСНА ЛЕТО ТЭЦ OHP CON CHP OHP CON CHP OHP CON Потребление энергии (МДж в день -1 м -2) Тепловой насос Охлаждение Природный газ Вентилятор (электрический) * Насос (электрический) * Итого вентиляция ОБЩЕЕ потребление воды (кг H2O в день - 1 м -2) Транспирационная вода Восстановленная испарительное охлаждение ИТОГО * Незначительное количество.

6 (a) (b) (c) Значения солнечной радиации (Вт / м 2) Относительная влажность (%) Температура напольных покрытий (o C) Относительная влажность (%) Солнечное излучение (Вт / м 2) Температура (o C) Относительная влажность (%) Солнечное излучение (Вт / м 2) Температура листьев на полу (o C) Листья Время дня (час) Время дня (час) Время дня (час) Рис.1. Суточные изменения прогнозируемых климатологических переменных теплицы в обычных (а), тепловых насосах с открытым контуром (b) и тепловых насосах с закрытым контуром (с) в весенний день.

7 (a) (b) Относительная влажность (%) Солнечное излучение (Вт / м 2) Температура (C) Осушитель Охлаждающий блок № 1 Обе одежды S. Ткань № 2 S. Ткань № 1 Процент Время включения Процент Время включения Относительная влажность (%) Растворимость солнца (Вт / м 2) Температура (C) Испарительное охлаждение Обе одежды S.Ткань № 2 S. Ткань № 1 Процент времени включения Процент времени включения Время (час) Время (час) Рис. 2. Работа системы управления в традиционной системе (a) в летний день и в системе с тепловым насосом с замкнутым контуром ( б) в весенний день.

8 (a) Температура относительной влажности Солнечное излучение Температура относительной влажности Солнечное излучение Транспирация Evap. Охлаждение испарителя транспирации. Сбор охлаждающей воды (кг H2O / м 2 * ч) Солнечное излучение (Вт / м 2) Отопление Отопление Охлаждение Отопление Охлаждение Потребление энергии (кДж / м 2 * час) Потребление энергии (кДж / м 2 * час) Использование воды & Clollection (кг H 2 O / м 2 * ч) Температура (o C) Отн.Гм. (%) Солнечное излучение (Вт / м 2) Температура (o C) Отн. Гм. (%) (b) Дни Дни Рис. 3. Прогнозируемое водопотребление, сбор и потребление энергии на единицу площади земли в тепличных системах с обычным (а) и замкнутым контуром (b) в течение 10 дней подряд летом.

.

[PDF] Результаты моделирования и физического моделирования компьютеризированной системы мониторинга и контроля параметров микроклимата теплицы

 @article {Laktionov2018ResultsOS, title = {Результаты моделирования и физического моделирования компьютерной системы мониторинга и контроля параметров микроклимата теплицы}, автор = {Иван С. Лактионов и Александр В. Вовна, А. А. Зори и Валерий Лебедев}, journal = {Международный журнал по интеллектуальному зондированию и интеллектуальным системам}, год = {2018}, объем = {11}, страницы = {1-15} } 
Статья посвящена результатам исследований по разработке и лабораторным испытаниям имитационных и физических моделей компьютерной системы мониторинга и контроля параметров микроклимата промышленных теплиц.Имитационная модель системы разработана и протестирована в среде компьютерного проектирования Proteus. Обоснована и реализована аппаратная составляющая, а программное обеспечение физической модели системы разработано с использованием современных… ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ

Сохранить в библиотеку

Создать оповещение

Cite

Launch Research Feed

.

Смотрите также

 
Copyright © - Теплицы и парники.
Содержание, карта.