ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Способ автоматического управления температурным режимом в теплице относится к технике обеспечения микроклимата в сооружениях закрытого и защищенного грунта.

В качестве критерия оптимизации в предлагаемом способе используют критерий экономической эффективности

Э = В- Т, (1)

где В - выручка от реализации продук­ции;

Т - затраты на обогрев теплицы.

В свою очередь

В = Ц _уЧУ, (2)

где У - величина урожая овощей;

Ц _у - цена продукта.

Урожай овощей является функцией температуры и освещенности в тепли­це. Эта зависимость в первом прибли­жении может быть аппроксимирована параболой и в общем виде иметь выра­жение

,(3)

гдеt _в -температура воздуха в теп­лице;

Е - освещенность;

a, b, c, d, f, -постоянные коэффициен­ты, определяемые экспери­ментально.

При моделировании допу­скается, что за любые равные промежутки време­ни формируется равная часть урожая. Тогда за отрезок вре­мениdtполучают урожай

,(4)

гдеt _ви Е-теку­щиезначения температуры и освещенности;

a ₁, b ₁, c ₁, d ₁, f ₁, -новые коэф­фициенты, определяемые из соотношений

, , … , , (5)

гдеt-длительность вегетационногопериода.

Естественно, что при измене­нииt _ви Е меняется значениеdУ для конкретных промежутков времени. Затраты на обогрев теплицы опреде­ляются по формуле

t = Ц _тЧq,(6)

гдеЦ _т-цена единицы тепловой энер­гии;

q-расход энергии на получение урожая, определя­емый по тепловому балансу теплицы

,(7)

гдеq_рад-количество энергии, посту­пающей в теплицу в единицу времени за счет солнечной радиации, вычисленное по формуле

, (8)

где А _огр - площадь ограждения тепли­цы, м ²;

h_огр- коэффициент ограждения, ха­рактеризующий прозрачность стекла;

q _p-удельный тепловой поток, за­висящий от облачности, Вт/м ²;

К - коэффициент теплопотерь, определяемый из выражения

, (9)

n, d, l, f-постоянные коэффициенты(определяемые эксперимен­тально и теоретически)ха­рактеризующие влияние раз­личных факторов на теплопотери теплиц и зависящие от конструкции и размера теп­лицы;

v-скорость ветра, м/с;

j-влажность наружного воздуха, %;

t _н-температура наружного воздуха,°С.

В течение малого промежутка вре­мениdtвеличиныv,j, t _в, t _н, q _р,можно считать постоянными. Тогда ко­личество энергии, поступающей за этот промежуток,

. (10)

В этот же промежуток времени показатель эффективности

dЭ = Ц _уЧУ - Ц _тЧdq, (11)

где Ц _т - величина стоимости единицы тепловой энергии.

Первый член этого показателя име­ет максимум при температуреt _в1и разность также имеет мак­симум, но при меньшей темпе­ратуреt _в2.Второй член имеет линейный характер.Чем больше разница меж­дуt _в1иt _в2,тем больше экономия теп­ловой энергии. Максимальное значение показателяdЭ и соответствующая ему температураt _в2зависят от возмуще­ний, вносимых изменением величинt ₁,j, v и q _р.

Таким образом, критерий экономи­ческой эффективности представляет собой разность между выручкой от реа­лизации урожая и затратами энергии на обогрев теплицы. Предлагаемый способ предусмат­ривает разделение всего периода выращивания растений на равные промежутки времени, продолжительность которых на порядок меньше постоянной времени самого быстродействующего возмущения. Для этого промежутка времени вычис­ляют оптимум (из условия равенства ну­лю производной от указанного эконо­мического критерия эффективности) и в соответствии с этим изменяется уставка задатчика температуры, обеспе­чивающего поддержание постоянства температуры в течение выбранного промежутка времени. При этом оптимальная температура воздуха в теплице определяется по вы­ражению

,(12)

гдеj-влажность воздуха;

v -скоростьветра,

Е-освещенность растений;

Ц _Т, Ц _У-цена единицы тепловой энергии и цена выращиваемых овощей соответственно;

t-продолжительность вегетаци­онного периода;

а,b,,n, d, l, f -определяемые теорети­чески или экспериментально коэффициенты.

Устройство для осуществления спо­соба (рис. 1) содержит датчик 1 температуры воздуха в теплице, задатчик 2, сравнивающий элемент 3, усилитель 4, коммутатор 5, генератор тактовых импульсов 6, исполнительный механизм 7, датчики контроля состояния, дат­чики влажности наружного воздуха 8 и скорости ветра 9, освещенности 10, вычислительный блок 11 и объект регулирования 12.

Рис. 1. Схема устройства автоматического управления

температурным режимом в теплице

Вегетационный период выращивания растений (например, огурцов - 5 месяцев) делят на равные промежутки вре­мени,предварительно определив длительность этого промежутка. После определения продолжительнос­ти промежутка времени генератор так­товых импульсов настраивают на этот промежуток. Генератор выдает импульсы через указанные равные промежутки вре­мени, в течение которых происходит об­работка информации, получаемой от дат­чиков 8-10. Для каждого дискретного промежутка времени по выражению(12)вычислительный блок определяет оптимальную температуру, в соответствии с которой изменяется уставка задатчика. Сис­тема автоматической стабилизации, сос­тоящая из датчика внутренней тем­пературы, задатчика, сравнивающего элемента, усилителя и исполнитель­ного механизма, который поддерживает эту температуру в течение выбранного дискретного промежутка времени, по окончании которого генератор тактовых импульсов сбрасывает результат преды­дущего расчета и начинает новый. В реальной схеме может быть несколько вычислительных блоков для различных режимов работы ("Ночь", "Пасмурно","Солнечно"). Их переключение осуществляют с помощью коммутатора. Для каж­дого из этих режимов существует своя оптимальная температура и может быть построен график, аналогичный представ­ленному на рисунке 2 (гра­фик для режима "Ночь", на долю которого приходится 63,6% времени выращивания), где представлен расчет экономической эффективности выращивания огурцов для одно­го оборота (период ноябрь-март).

Рис. 2. График экономической эффективности способа автоматического управления температурным режимом в теплице: Э - экономическая эффективность; В - выручка от реализации продукции; Т - затраты на обогрев

В выражении (12) величиныj,v и eизмеряются соответствующими датчика­ми. Коэффициенты а,b,,n, d, l, f,а также продолжительность ве­гетационного периода вводятся по ма­териалам расчета или эксперимента, при наладке системы Ц _Т и Ц _У могут вводится в процессе работы.

Эффект от применения предлагаемо­го способа складывается из экономии топлива и снижения расхода на ренозацию устройства, реализующего способ. Экономический эффект от снижения затрат на топливо определяет­ся с помощью кривых (рис. 2).