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濕度控制-溫室內(nèi)的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度

作者:CEO 時(shí)間:2023-01-09

信息摘要:溫室內(nèi)的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度相差很大,主要表現(xiàn)在以下幾方面:(1)空氣濕度大,溫室內(nèi)空氣的絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度一般大于露地。產(chǎn)生濕度大的原因主要是設(shè)施屬于準(zhǔn)封閉系統(tǒng),室內(nèi)外的空氣交換受到抑制,特別是寒冷季節(jié)的夜晚,為了保溫而不通風(fēng),常

濕度控制-溫室內(nèi)的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度

濕度控制-溫室內(nèi)的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度

  溫室內(nèi)的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度相差很大,主要表現(xiàn)在以下幾方面:

  

 ?。?)空氣濕度大,溫室內(nèi)空氣的絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度一般大于露地。產(chǎn)生濕度大的原因主要是設(shè)施屬于準(zhǔn)封閉系統(tǒng),室內(nèi)外的空氣交換受到抑制,特別是寒冷季節(jié)的夜晚,為了保溫而不通風(fēng),常出現(xiàn)90%--100%的高濕環(huán)境;設(shè)施內(nèi)壁面、屋面、窗簾內(nèi)面結(jié)露滴在作物體上,形成水滴;作物本身的結(jié)露、吐水等;白天室內(nèi)溫度高、土壤蒸發(fā)和作物蒸騰大而水汽又不易逸散;室內(nèi)霧靄的發(fā)生,散落在作物體上。

 ?。?)設(shè)施內(nèi)相對(duì)濕度的日變化大,尤其是塑料溫室,其變幅可達(dá)到20%--40%.濕度的晝夜變化,與氣溫的日變化呈相反的趨勢(shì)。在夜間,室內(nèi)維持較高的濕度,有時(shí)濕空氣與冷后凝結(jié)成水滴附著在薄膜或玻璃的內(nèi)表面上,或出現(xiàn)霧靄。日出后,室內(nèi)溫度升高,溫度逐漸下降.設(shè)施內(nèi)空氣濕度的日變化受天氣、加溫和通風(fēng)換氣量的影響,陰天或灌水后的濕度幾乎都在90%以上。同時(shí),還與設(shè)施的大小、結(jié)構(gòu)、土壤的干濕等有關(guān)。

  設(shè)施內(nèi)由于降水被阻截,空氣交換受到抑制,設(shè)施內(nèi)的水分收支與露地不同。其收支關(guān)系可以用下式表示為:

  Ir+G+C=ET式中Ir--灌水量;G--地下水補(bǔ)給量;C--凝結(jié)水量;ET--土壤蒸發(fā)與作物蒸騰,即蒸散量。

  設(shè)施內(nèi)的蒸騰量與蒸發(fā)量均為露地的70%左右,甚至更小。據(jù)測(cè)定,太陽輻射較強(qiáng)時(shí),平均日蒸散量為2-3mm,可見設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種節(jié)水型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。設(shè)施內(nèi)的水分收支狀況決定了土壤濕度,而土壤濕度直接影響到作物根系對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收,進(jìn)而影響到作物的生育和產(chǎn)量品質(zhì)。設(shè)施內(nèi)空氣濕度的大小是水分多少的反映。

  水分不足,影響了作物細(xì)胞分離或生長,因而影響了干物質(zhì)增長和分配,影響了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。當(dāng)植物內(nèi)水分嚴(yán)重不足時(shí),可導(dǎo)致氣孔關(guān)閉,妨礙二氧化碳交換,使光合作用顯著下降.通常,多數(shù)蔬菜作物光合作用的適宜的空氣相對(duì)濕度為60%-85%,低于40%或高于90%時(shí),光合作用會(huì)受到阻礙,從而使生長發(fā)育受到不良影響。因此對(duì)溫室生產(chǎn)過程中空氣濕度的監(jiān)測(cè)和調(diào)控,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)的意義。

  溫室環(huán)境控制的特點(diǎn)及其實(shí)現(xiàn)

  一、溫室環(huán)境控制的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

  溫室環(huán)境控制是設(shè)施農(nóng)業(yè)最基本的技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式之一,其目的就是營造作物生長適合的人工氣候環(huán)境,使作物能夠部分或者全部克服外界氣候環(huán)境和土壤因素的制約,一年四季都能生長,并且縮短生產(chǎn)周期,提高產(chǎn)量、質(zhì)量,進(jìn)行大規(guī)模工廠化生產(chǎn)。

  溫室環(huán)境控制經(jīng)歷了從僅采用單純的冬季保溫措施到對(duì)植物生長所需多個(gè)條件進(jìn)行控制的發(fā)展歷程。目前荷蘭、以色列、日本等一些農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家研制的溫室已經(jīng)可以成功地控制植物生長的幾乎全部條件(溫度、濕度、CO2濃度、營養(yǎng)液、光等).近幾年來我國各地陸續(xù)從上述國家引進(jìn)了一些這樣的溫室,但是在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)這些溫室普遍存在系統(tǒng)造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用高,不適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?,控制效果不理想等諸多問題。

  二、溫室環(huán)境控制的特點(diǎn)

  1.影響作物生長的主要因素

  1)光照:為了使作物快速生長,必須保證作物的光照時(shí)間、光量和光質(zhì),以進(jìn)行充分的光合作用。如果由于外界氣候的原因,如連續(xù)陰雨等,使作物有效光照時(shí)間縮短,應(yīng)開啟人工光源以人工光照補(bǔ)充。

  2)溫度:溫室中的溫度應(yīng)該跟蹤每種作物生長的各個(gè)時(shí)期所要求的最佳曲線變化,為作物提供最適于其生長的環(huán)境溫度。

  3)CO2濃度:植物進(jìn)行光合作用時(shí)是吸取空氣的二氧化碳,放出氧氣。研究表明,適當(dāng)提高溫室中CO2的濃度具有增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)的良好功效。

  4)營養(yǎng)液(包括水和各種養(yǎng)分):不同的作物以及作物生長周期的不同階段,對(duì)水和養(yǎng)分的需求有不同的要求。通過控制水質(zhì)可減少病蟲害的發(fā)生;適時(shí)適量地給作物提供各種養(yǎng)分,可促進(jìn)作物的生長。

  5)濕度:不同的作物對(duì)空氣的濕度也有不同的要求。針對(duì)溫室中所種植的作物的特性,控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)控制相應(yīng)的濕度,滿足作物的要求。

  2.溫室環(huán)境控制的特點(diǎn)

  溫室環(huán)境作為一個(gè)控制對(duì)象,可以說是一個(gè)非線性、分布參數(shù)、時(shí)變、大時(shí)延、多變量耦合的復(fù)雜對(duì)象。具體分析如下:

  1)非線性:溫室內(nèi)部的氣候處于熱平衡混沌狀態(tài),再加上作物本身的蒸騰現(xiàn)象,使得我們按照一般暖通工程方法無法對(duì)其建模。

  2)分布參數(shù):一般溫室面積都比較大,大的有幾十萬平方米,小的也有幾百平方米;在這么大的面積里,各個(gè)物理量的分布是不均勻的。比如溫度,溫室內(nèi)部各點(diǎn)溫度都不一樣,四周一般都比中間的底,頂部和底部也有差別,其值的大小依賴于空間位置和氣流的方向等各種因素。

  3)時(shí)變:作物在生長周期的不同階段,光合作用能力、吸熱散熱能力等均有所差別。因而,系統(tǒng)加熱升溫,熱量傳到溫室的各個(gè)部分需要經(jīng)過一段時(shí)間的延遲,溫度才會(huì)有所提高。

  4)大延時(shí):對(duì)于外界所施加的作用,系統(tǒng)并不立即響應(yīng),而是經(jīng)過一段時(shí)間的延遲才有反應(yīng)。比如,對(duì)系統(tǒng)加熱升溫,熱量傳到溫室的各個(gè)部分需要經(jīng)過一段時(shí)間的延遲,溫度才會(huì)有所提高。

  5)多變量耦合:系統(tǒng)各變量之間并不是互相獨(dú)立,各個(gè)子系統(tǒng)的控制回路彼此耦合在一起。溫度降低,使得濕度減??;二氧化碳濃度增大,會(huì)使溫度升高;同樣,光照過多,會(huì)使溫度升高等等,不一而足。對(duì)系統(tǒng)任一目標(biāo)的控制,都會(huì)影響到其它狀態(tài)的變化。

  另外外界環(huán)境的作用,如春夏秋冬四季的溫度、濕度、風(fēng)雨雪等氣候會(huì)對(duì)室內(nèi)有顯著影響,不能僅簡單地看作是一種干擾。室內(nèi)作物對(duì)溫室氣候的影響也是很大的,如作物蒸騰作用,對(duì)濕度的影響是相當(dāng)大的,也不能低估。

  3溫室環(huán)境控制系統(tǒng)

  1)采用與智能方法結(jié)合的預(yù)測(cè)控制等方法

  預(yù)測(cè)控制是處理設(shè)施園藝簡化方法無法解決的非線性大時(shí)延對(duì)象較為理想的方法。預(yù)測(cè)控制的核心前提是預(yù)測(cè)準(zhǔn)確,現(xiàn)有的這些預(yù)測(cè)控制算法普遍存在著預(yù)測(cè)精度不高、反饋校正方法單調(diào)、滾動(dòng)優(yōu)化策略較少等問題;而且到目前為止,文獻(xiàn)中有關(guān)預(yù)測(cè)控制的研究報(bào)道大都是針對(duì)線性系統(tǒng)的,針對(duì)非線性的研究很少。

  另外,對(duì)于設(shè)施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的大量不確定性、外界干擾以及建模誤差,如何保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是一個(gè)很重要的問題。為此引入智能方法,把預(yù)測(cè)控制理論與智能相結(jié)合,用預(yù)測(cè)控制的機(jī)理進(jìn)行研究,建立高精度、多模態(tài)的信息預(yù)測(cè)模型以減少模型誤差,提高預(yù)測(cè)精度,實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的智能預(yù)測(cè)控制。

  2)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

  系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)的前提是準(zhǔn)確的檢測(cè)溫室各環(huán)境因子參量,采用各種智能傳感器完成室外氣象數(shù)據(jù)和室內(nèi)各參數(shù)的采集工作,控制器一般采用微處理器,各控制手段起到最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用。

  控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)就是在獲取室內(nèi)外參數(shù)的基礎(chǔ)上,按照一定的控制算法去控制設(shè)備,使得溫室環(huán)境能夠跟蹤人工設(shè)定值變化,不受室外環(huán)境的影響,并能按照室外風(fēng)速、風(fēng)向、雨量的測(cè)定值,進(jìn)行極限報(bào)警,同時(shí)采取聯(lián)動(dòng)保護(hù)措施,保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全和可靠。

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