Температурно-влажностный режим гелиотеплицы

Создание и реализации эффективных систем автоматического управления и регулирования температурно-влажностного режима солнечной теплицы требует решения вопроса разработки математической модели процесса тепло -и массообмена происходящего в сооружении как объекта автоматического управления.

Определение динамических характеристик объекта может быть достигнуто либо экспериментальным, либо аналитическим методом, мы выбрали аналитический метод исходя из следующих соображений:

• -а) ни в одной из функционирующих и рекомендуемых теплиц до сих пор нет даже неавтоматизированных устройств для поддержания необходимого микроклимата, принудительной вентиляции обогрева;

• б) число типов тепличных построек весьма велика, причем типовые проекта отсутствует (строится преимущественно по индивидуальному заказу) и постройки имеют существенные различия (по конструкциям, по применяемым аккумуляторам тепла и.т.д.). Эти различия в значительной мере определяют динамику объекта регулирования;

• c) аналитический метод позволяет получить динамические характеристики разработанной, но еще не построенной теплицы, а поэтому можно конструировать регулятор микроклимата одновременно с проектированием сооружения.

Основная часть. Динамические характеристики теплиц будем находить в форме передаточных функций. Подобная задача впервые применительна к солнечной теплице была решена в [3]. Однако в этой работе во -первых не учитывается такой важный параметр микроклимата как влажность, во -вторых для упрощения вывода и понижения порядка степени дифференциального уравнения описывающего теплообменные процессы теплицы, рассматривается как двухемкостный объект регулирования температуры.

Не учтены такие особенности теплицы как:

• 1.    Солнечная теплица -это сооружение с интенсивным выделением водянных паров, он зависит от внутренней температуры;

• 2.    Сооружение имеет большую поверхность испарения воды из почвы, поступающей по отношению в микроклимату извне (полив и другие.);

• 3.    При анализе динамики температурного режима теплицы недостаточно учитывать лишь теплоаккумулирующие свойства подпочвенного аккумулятора и внутреннего воздуха, как это принято в работе [3,4].

Ввиду того, что порядок дифференциального уравнения описывающего температуру воздуха в сооружении, определяется числом теплоаккумулирующих веществ, то порядок уравнения для теплицы данной конструкции нашего случая должен быть равен шести (если учесть теплоемкость внутреннего воздуха, водяного и подпочвенного аккумулятора тепла, почву, растительного покрова и светопрозрачного ограждения).

При выводе дифференциальных уравнений объекта регулирования примем следующие упрощения[4,5]:

• а)    солнечная теплица является объектом с распределенными параметрами. Но, как показал анализ, ее можно описать дифференциальными уравнениями в обыкновенных производных в сочленении со звеном чистого запаздывания. Так как время по сравнению временем переходного процесса объекта составляет ничтожную долю, то его влиянием (без ущерба для расчета) можно пренебречь ( t i = 5-10 мин., t _пер =100-120 мин.). Кроме того, воздух внутри солнечной теплицы хорошо перемешается, т.е. разностью температур и относительных влагосодержаний в различных точках принебрегаем (объект с сосредоточенными параметрами);

• б)    при теплообмене величина относительного влагосодержания внутреннего воздуха величина постоянная (это соответствует случаю, когда в теплице работает регулятор относительного влагосодержания воздуха). При массообменном процессе температура внутреннего воздуха принимается неизменной, что соответствует работе регулятора температуры. В результате такого единого подхода температурно-влажностного режима парагазовой смеси получим процессы изменения температуры и относительной влажности, независящие друг от друга, для которых находятся передаточные функции.

Как было отмечено выше, в сооружении имеют место шесть емкостей способных аккумулировать тепловую энергию. Но во многих практических расчетах энергетического режима теплиц теплоаккумулирующими способностями светопрозрачного ограждения принебрегают из-за ее относительно незначительностью по сравнению с другими емкостями сооружения. Мы тоже будем придерживаться этой точки зрения, и исключаем из рассмотрения поглощательную способность тепла светопрозрачных ограждений, тогда в нашем случае в сооружении будут пять емкостей -аккумуляторов тепловой энергии, и соответственно при составлении дифференциального уравнения сооружения (теплицы) в целом для каждой из них составляем уравнения теплообмена.

Выводы. При этом учитываем следующие факторы:

• - поступление тепла за счет радиации;

• - тепловыделение почвы;

• - теплопотери через светопрозрачные ограждения;

• - теплопотери с рециркулируемым воздухом;

• - затраты тепла на испарение влаги с почвы и растительности. Там же приводится тепловой баланс каждого теплоаккумулирующего элемента. Он включает поступление тепла

от внутреннего воздуха, потерю тепла в процессе теплопередачи и аккумулирование тепла водяным и подпочвенным аккумуляторами.

Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Узбекистан

TEMPERATURE AND HUMIDITY REGIME OF THE SOLAR GREENHOUSE

Karshi Engineering and Economic Institute, Karshi, Uzbekistan