ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

В качестве одного из направлений экономии производственных энергозатрат, в частности энергии на обогрев теплиц, являются разработка и широкое использование энергосберегающих систем автоматического управления (ЭССАУ), представляющих собой следящие системы автоматической оптимизации температурного режима. Алгоритм функционирования ЭССАУ строится на основе математических моделей продуктивности выращиваемых растений, при этом работа таких систем может осуществляться по различным экономическим критериям оптимизации. Для реализации ЭССАУ температурным режимом на основе заданного критерия, в частности критерия минимальной энергоемкости, необходимо использование большого количества датчиков (внутренней и наружной температуры и влажности воздуха, скорости ветра и т.д.), что отрицательно сказывается на точности и надежности работы системы. В качестве одного из промежуточных параметров, рассчитываемых по алгоритму ЭССАУ, является величина естественной температуры теплицы (температура, устанавливаемая в теплице естественным образом воздействием параметров окружающей среды при отсутствии отопления), для вычисления которой необходима информация, поступающая одновременно с четырех датчиков - датчиков температуры и влажности наружного воздуха, скорости ветра, интенсивности потока солнечной радиации.

Разработан и изготовлен опытный образец датчика, позволяющий определять естественную температуру теплицы на основе измерения комплексного воздействия вышеперечисленных метеофакторов.

Корпус 1 датчика (см. рисунок) устанавливается под кровлей теплицы 2. Верхней его стенкой служит стекло внешнего ограждения теплицы. Для исключения влияния изменяющейся внутри теплицы температуры воздуха на температуру внутри корпуса датчика нижняя и боковые стенки корпуса тщательно изолированы слоем теплоизоляции 3. Внешняя поверхность корпуса датчика окрашивается алюминиевой краской (серебрянкой) и защищается пленочным экраном от воздействия воздушных потоков. Для учета потока тепла, передаваемого излучением, проведена имитация альбедо поля с растениями реальной теплицы, для чего горизонтально расположенная нижняя стенка 5 корпуса изнутри окрашена в цвет, соответствующий средней величине значения альбедо (равные по ширине черные и зеленые полосы).

Датчик естественной температуры воздуха в теплице

В качестве измерителя 4 температуры воздуха внутри корпуса датчика, которая и является измеряемой естественной температурой теплицы, используется медный терморезистор сопротивлением 100 Ом.

При работе датчика в дневное и ночное время суток показания его отличаются большей плавностью изменения, что исключает частое воздействие на исполнительные элементы ЭССАУ.

Результаты имитационного моделирования показали, что изменение естественной температуры на 4 ⁰С вызывает изменение параметра оптимальной температуры теплицы по критерию минимальной энергоемкости всего на 1 ⁰С. В связи с этим при заданной точности регулирования ЭССАУ±0,5 ⁰c допустимым отклонением параметра естественной температуры будет величина±2 ⁰С, что позволяет несколько уменьшить требования к точности измерения естественной температуры.

К выявленным достоинствам датчика относится и то, что он позволяет учитывать такой сильнодействующий на теплицу фактор как выпадение осадков, что делает возможным оперативное управление мощностью обогрева теплицы.

Рассмотрев динамические характеристики датчика естественной температуры по каналам наиболее сильных метеовоздействий, получили следующие результаты: по каналам "интенсивность потока солнечной радиации - естественная температура" и "осадки (снег) - естественная температура" постоянная времени составила 528 с, время транспортного запаздывания при этом составило 30 с. По каналу "скорость ветра - естественная температура" постоянная времени составила 1350 с. По результатам сопоставления постоянной времени датчика естественной температуры и объекта по каналам управления сделан вывод о возможности обеспечения с помощью этого датчика устойчивого управления температурным режимом в теплице.

Размещать датчик естественной температуры лучше всего под коньком в холодном торце теплицы. При этом требуется значительно меньшее количество теплоизоляции, обеспечивается более точный учет действующих на теплицу внешних возмущений, создаются хорошие условия для ремонта и обслуживания датчика.

Производственные испытания датчика естественнойтемпературы проводились на базе АО "Тепличный" г.Челябинска (опытный образец устанавливался в средней части ангарной теплицы, типовой проект ТП.810-95).