XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Оптимизация по критерию удельных энергозатрат возможна двумя путями: созданием системы экстремального управления с вычислительным устройством, или системы автоматической оптимизации, изменяющей задание внутренней температуры. И в том, и в другом случае системы должны получать информацию от датчиков внутренней и наружной температуры, солнечной радиации, освещённости, влажности воздуха, скорости ветра.

Вычислительные устройства обеих систем имеют практически одинаковую стоимость, однако экстремальная система является более дорогой и обладает худшими динамическими свойствами. Сделать систему автоматической

оптимизации ещё более дешёвой возможно благодаря использованию в качестве ПИП - датчика тепловых потерь, который заменяет группу датчиков: внутренней и наружной температуры, солнечной радиации, освещённости, скорости ветра.

При определении величины тепловых потерь теплицы в окружающую среду, в зависимости от меняющихся метеофакторов, целесообразно не измерять по отдельности составляющие их физические величины, а иметь интегральный параметр, позволяющий получить выходной сигнал, пропорциональный величине этих потерь.

Для оценки тепловых потерь через ограждения их материал и конструкция должны быть составной частью датчика. Так для стеклянных теплиц этим элементом является лист стекла той же толщины и имеющий такое же расположение в пространстве, что и соответствующее ограждение теплицы. При необходимости таким фрагментом может быть полиэтиленовая плёнка, двойное остекление и т.д.

Конструкция датчика тепловых потерь (рисунок 1) включает в себя корпус 2, устанавливаемый под кровлей изнутри теплицы, верхней стенкой которого служит стекло ограждения теплицы 1. Для исключения влияния, изменяющейся внутри теплицы температуры на температуру внутри корпуса датчика тепловых потерь, нижняя и боковые стенки тщательно теплоизолированы слоем теплоизоляции 3. Для учёта потока тепла излучением проведена имитация альбедо поля с растениями реальной теплицы, для чего горизонтально расположенная нижняя стенка 7 корпуса 1 окрашена в цвет, соответствующий средней величине значения альбедо, которая достигается путём нанесения равных по ширине черных и зеленых полос.

Принцип работы датчика тепловых потерь (рисунок 1) основан на измерении мощности нагревателя 6, помещённого в защитное пространство внутри корпуса.

При этом нагревательный элемент с помощью системы автоматического управления, помещённой в отдельный блок, поддерживает в нагреваемом объёме постоянную температуру, равную температуре, поддерживаемой в зоне расположения растений. Контроль температуры в нагреваемом объёме производится измерительным элементом 5(медь с покрытием черного цвета), на котором установлен германиевый диод (в режиме стабильного тока), используемый в качестве датчика температуры. Для защиты измерительного элемента от прямого солнечного излучения предназначен экран 4. Корпус датчика 2 окрашивается с внешней стороны алюминиевой краской (серебрянкой) и защищается плёночным экраном от воздействия воздушных потоков. Точность датчика зависит от выбора толщины изоляции и подсчитывается из соотношения :

K(tв─tн)F≤∆⁄100qS,

где q — плотность мощности потерь через рабочее ограждение;

S — площадь рабочей поверхности, м²;

F — площадь поверхности теплоизоляции датчика, м²;

tºв — температура, поддерживаемая в рабочем пространстве датчика, равная температуре в теплице, ºс;

tºн — наружная температура, ºс;

∆ — допустимая погрешность;

К — коэффициент теплоотдачи изоляции.

Поскольку теплица - сложная конструкция, состоящая из поверхностей, имеющих разную ориентацию в пространстве, для оценки общих тепловых потерь надо иметь несколько таких датчиков. Их количество определяется конструкцией теплицы и может колебаться от двух до шести. При этом для определения суммарной мощности показания датчиков следует учитывать с весовыми коэффициентами, учитывающими долю площади соответствующих ограждений. Заметим, что блок управления может располагаться и вне датчика, это целесообразно потому, что система автоматического управления работает в

условиях меняющегося задания температуры, которое определяется специальным вычислителем большой системы. Поэтому целесообразно все элементы системы управления располагать конструктивно в станции управления.

Рисунок 1 — Конструкция датчика тепловых потерь

1 — фрагмент ограждения теплицы; 2 — корпус; 3 — теплоизоляция; 4 — экран; 5 — термоэлектрический преобразователь; 6 — нагреватель; 7 — стенка, имитирующая альбедо поля с растениями реальной теплицы

Рисунок 2 — Структурная схема датчика тепловых потерь

1 — измерительный элемент; 2 — нагревательный элемент; 3 — датчик тока; 4 — стабилизатор температуры; 5 — нормирующий преобразователь выходного сигнала; 6 — стабилизатор напряжения; 7 — источник питания схемы датчика

Итак, датчик тепловых потерь позволяет определить мощность необходимую для обеспечения в этом изолированном пространстве заданной температуры.

ЛИТЕРАТУРА

1) Гончарук Н.С., Лебл Д.О. Новые направления в автоматизации микроклимата теплиц. Механизация и электрификация с/х. - M., 2006.

2) Бабиков М.А., Коссинский А.В. Элементы и устройства автоматики. - М.,2002.

3) Герасимович Л. С. Электрооборудование и автоматизация с/х агрегатов и установок - М., 2011.

4) Б.Д. Кошарский. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные устройства – СПб., 2000.

Код для цитирования: Скопировать