×
25.12.2019
219.017.f22c

Устройство для управления температурным режимом в теплице

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002710010
Дата охранного документа
23.12.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области теплоэнергетики в сооружениях защищенного грунта, и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в замкнутом пространстве упомянутых сооружений. Устройство для управления температурным режимом в теплице содержит подсистему измерительных датчиков, блок контроллера, блок управления и исполнительные устройства. Дополнительно в устройство включен приемный блок прогноза погоды, выполненный на базе микропроцессорной техники, который включает в себя антенну для приема прогнозируемых изменений погодных условий и передачи полученных данных по коаксиальному кабелю в блок контроллера. Устройство позволит уменьшить влияние внешних воздействий на колебания температуры внутри теплицы и обеспечит поддержание ее в оптимальном режиме. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое устройство относится к сельскому хозяйству, к области теплоэнергетики в сооружениях защищенного грунта, и может быть использовано для автоматического регулирования температуры в замкнутом пространстве упомянутых сооружений.

Технический результат - повышение эффективности использования теплиц достигается за счет более экономичной системы управления температурным режимом. Новым является то, что в устройство дополнительно включен приемный блок прогноза погоды, выполненный на базе микропроцессорной техники, для надежного приема сигнала включающий в себя антенну и коаксиальный кабель, а теплоносителем для исполнительных устройств является воздух, который циркулирует внутри теплицы по теплообменным контурам, а способ отличается тем, что в теплице создают дополнительный запас тепла (холода) который позволит поддержать (обеспечить и сохранить) установленную температуру в теплице с учетом прогноза погоды.

Известен способ (пат. РФ №2586923, МПК A01G 9/24, A01G 9/24, заявлен 27.11.2014) автоматического управления свето-температурным режимом в теплице, в котором авторы предлагают рассчитывать прогнозируемую температуру на основе средней за прошедшую ночь температурой, и с ее учетом компьютерный задатчик вычисляет и устанавливает многомерные оптимальные значения температуры. Этот способ управления применительно к регулированию температурного режима не позволяет оперативно реагировать на изменение текущей температуры воздуха и не использует термоаккумулирующие свойства грунта и почвы, что делает его малоэффективным в условиях резкоконтинентального климата, в котором находится большая часть территории России, где интенсивно используются тепличные хозяйства.

Известно также устройство (пат РФ №80308, МПК A01G 9/24, заявлен 04.05.2008, Кольцевая система теплоснабжения теплицы), указывается возможность повышения эффективности регулирования температуры в теплице за счет управления замкнутым контуром тепловой энергии. Система выполнена в виде замкнутого контура, состоящего из водяного циркулирующего насоса и аккумулятора тепловой энергии, в которую включены два тепловых насоса, один из которых соединен с грунтовым коллектором, а другой с воздушно-водяным коллектором. Данное утверждение ничем не подтверждается, но очевидно, что это крайне сложно выполнить, т.к. неизвестны условия регулирования контурами, а эффективность регулирования такой системы сложна ввиду использования различных носителей тепловой энергии. Управление системой основывается на текущих показателях температуры, что затрудняет управление системой из-за ее инерционности и при резком изменении погодных условий.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является система для управления микроклиматом в теплице (пат. РФ №2467557, МПК A01G 9/24, заявлен 02.06.2011), содержащая блок контроллера, блок управления, подсистему измерительных датчиков и исполнительные устройства (ИУ), подсистема измерительных датчиков включает датчики параметров воздуха и почвы в теплице и датчики параметров окружающей среды, которые подключены к входам блока контроллера, в качестве ИУ система включает обогревающий и охлаждающий контур, выходы блока управления соединены с ИУ с возможностью управления ими в зависимости от значений измеряемых датчиками параметров, а вход блока управления соединен с выходом блока управляющего контроллера. Используемые для регулирования температурного режима фрамуги оказываются не эффективными при внешних температурах воздуха выше оптимально необходимого для роста растений, при повышенной влажности воздуха подсистема испарительного охлаждения также оказывается не эффективна.

Задачей предлагаемого устройства является обеспечение постоянного диапазона в теплице при любых изменениях климата.

Под воздействием внешних факторов функционирование теплицы связано с постоянным периодическим изменением температурного режима в теплице, как в течение года, так и суток. Поддержание оптимального температурного режима требует дополнительных энергетических затрат на снижение высоких температур и повышение низких. Колебания суточных температур могут достигать 40°С, а годовых 70°С в то время как колебания температур благоприятных для роста растений, как правило, не превышает 10°С. Наиболее изменяющимся параметром является температура воздуха в теплице, на его показания могут временно влиять: наличие облаков, перекрытие солнечной энергии листвой и конструктивными элементами теплицы, месторасположение датчика. Такие временные изменения температуры в течение нескольких минут могут достигать до 10°С. Неравномерность распределения температурного поля в теплице связана с ее расположением на местности, например, в южной части теплицы температура может быть выше оптимальной, а в северной ниже.

Предлагаемое устройство направлено на увеличение эффективности регулирования температуры в теплице за счет введения блока, принимающего прогнозируемые изменения погодных условий, рассчитывающего и подающего блоку управления данные для опережающего реагирования ИУ с учетом прогнозируемой температуры. Для надежного приема сигнала блок, принимающий прогнозируемые изменения погодных условий, включает в себя антенну и коаксиальный кабель. Для более оперативного реагирования теплоносителем для исполнительных устройств является воздух, который циркулирует внутри теплицы по теплообменным контурам. В теплице создают дополнительный запас тепла (холода) который позволит поддержать (обеспечить и сохранить) установленную температуру в теплице с учетом прогноза погоды.

Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для управления температурным режимом в теплице содержит блок, принимающий прогнозируемые изменения погодных условий, антенну и коаксиальный кабель, блок контроллера, блок управления, подсистему измерительных датчиков и исполнительные механизмы, подсистема измерительных датчиков включает датчики параметров воздуха в теплице и вне ее. Причем теплоносителем для исполнительных устройств является воздух, который циркулирует внутри теплицы по теплообменным контурам. Все это в теплице создает дополнительный запас тепла (холода) который позволит поддержать (обеспечить и сохранить) установленную температуру в теплице с учетом прогноза погоды.

Работа устройства

В блок контроллера загружается программа поддержания температурного режима с учетом вида, сорта, этапа роста и развития растения. Программа содержит данные, с которыми сравниваются показания датчиков: tвопт, tпопт - оптимальные температуры воздуха и почвы; tвmin, tпmin, tвmax, tпmax - минимальные и максимальные значения температур воздуха и почвы при которых еще возможен эффективный рост растения.

Для эффективного развития растений необходимо поддерживать температуру воздуха (tвопт) и почвы (tпопт) в оптимальном режиме, который лежит в интервале между минимальным (tmin) и максимальным (tmax) значением температур. В процессе управления принимаем

tопт=(tmin+tmax)/2.

Время необходимое для корректировки температурного режима в теплице зависит от размеров теплицы, массы и теплоемкости ее составляющих, мощности; расположения и конструкции устройств, регулирующих нагревающие и охлаждающие потоки. Мощное оборудование позволяет подавать или отводить большое количество теплоты, но при этом наблюдается неравномерность температурного поля. Например, растения находящиеся рядом с нагревательным устройством перегреваются, а в отдалении от него попадают в зону пониженных температур. Использование такого оборудования, хотя и позволяет оперативно изменять температурный режим, приводит к повышенным затратам. Использование оборудования меньшей мощности не позволяет оперативно реагировать на резкое изменение внешних условий. Устранение подобных недостатков позволит использование при управлении температурным режимом дополнительного блока получения данных прогнозируемой температуры (tпрогн). Сравнивая внешнюю температуру воздуха (tвнеш) и прогнозируемую появляется возможность заранее увеличить или уменьшить количество аккумулированной теплоты в связи с предстоящим похолоданием или наступлением жаркой погоды при этом не выходя из режима оптимального роста растений.

Управление температурным полем теплицы (см. фиг. 1) осуществляется через блок управления связанный с автономным модулем (см. фиг. 2), содержащим: датчик температуры потока воздуха (1), подаваемого на вентилятор; датчик температуры потока воздуха (2), прошедшего через вентилятор; вентилятор воздушный (3); обогреватель воздуха (4); переключатель потоков воздуха (5); теплообменные контуру (6), (7) и (8). При необходимости в исполнительные устройства (вентилятор воздушный (3), обогреватель воздуха (4), переключатель потоков воздуха (5)) могут включаться дополнительные нагревательные и охлаждающие элементы. Температурные датчики модуля связаны с общим для теплицы блоком контроллера.

Количество модулей определяется размером и расположением теплицы. Пример теплицы, содержащей два модуля, представлен на фигуре 1.

При использовании стандартного оборудования одинаковые модули могут поддерживать температуру на разных площадях. При многомодульной системе при аварийном отключении модуля возможно продолжение функционирования теплицы в аварийном режиме (при повышенной нагрузке на остальные модули).

Работа модуля осуществляется следующим образом избыточная теплота, содержащаяся в воздухе теплицы, через вентилятор отправляется на обогрев грядки или термоаккумуляцию в грунт, откуда охлажденный воздух подается опять в теплицу. При низких температурах проводят обогрев части воздуха, который используется для поддержания оптимальной температуры почвы и воздуха в теплице. Из-за низкой теплоемкости воздуха его температура подвержена кратковременному, быстрому и сильному изменению в различных точках теплицы, что может привести к ошибкам в управлении исполнительными устройствами. Для устранения этого недостатка предлагается устанавливать датчики в потоке воздуха, подаваемого на вентилятор (датчик 1) и после его нагрева или охлаждения (датчик 2), что позволит получать усредненные параметры и оценивать эффективность того или иного энергетического воздействия. Показания температуры t1 и ее сравнение с tвmin и tвmax являются основанием для оперативного воздействия на тепловой режим внутри теплицы. Эффективность такого воздействия в краткосрочной перспективе оценивается по t2. Показания датчиков внешней температуры воздуха (tвнеш) и прогнозируемой температуры (tпрогн) используют для задания эффективного температурного режима в среднесрочной перспективе, уменьшения влияния внешних факторов, сглаживания пиковых нагрузок на нагрев и охлаждение. В целях более эффективного управления температурным режимом и уменьшения энергозатрат рекомендуется использовать подвесные грядки или отделять их от грунта с помощью теплоизоляционного материала.

Функционирование теплицы в условиях, когда вне теплицы среднесуточные температуры много меньше оптимальных (холодный период) осуществляется с помощью обогревательного контура.

Управление температурным полем каждого автономного модуля осуществляется следующим образом:

1. Показания t1 датчика (1) температуры воздуха, входящего в вентилятор, сравниваются с tвmin.

2. Если t1<tвmin включается обогрев воздуха (теплообменный контур 1), до t1>tвmin.

3. Направляют поток воздуха в теплообменный контур 2 и замеряют t2.

4. При t2<tпmin оставляют нагрев до t2>tпmin.

5. При t1>tвmin и t2>tпmin проводится сравнение показания tвнеш внешней температуры воздуха с прогнозируемой tпрогн полученной от блока прогноза погоды. При tвнеш≤tпрогн температуры в теплице поддерживают на уровне tвопт и tпопт.

6. При tвнеш>tпрогн температуры в теплице поддерживают на уровне tвmax, tпmax.

Теплый период начитается, когда дневная температура воздуха в теплице без использования нагревателя превышает tвmax, а температура в грядке не достигла tпmin. в этом случае используют как охлаждение так и обогрев.

1. Если t1>tвmax воздух пропускается через теплообменный контур 2 при выключенном нагревателе, измеряют t2

2. При t2<tпmin продолжают пропускать воздух через теплообменный контур 2 до t2≥tпmin.

3. При t2≥tпmin воздух направляют через теплообменный контур 3 до t1≤tвmax.

4. При t1≤tвmax проводится сравнение показания tвнеш внешней температуры воздуха с прогнозируемой tпрогн.

5. При tвнеш≤tпрогн температуры в теплице поддерживают на уровне tвmin.

6. При tвнеш>tпрогн температуры в теплице поддерживают на уровне tвопт.

Данная регулировка позволит избежать пиковых нагрузок на нагревательные приборы, получить равномерное температурное поле в теплице в оптимальном режиме, уменьшить негативное влияние инерционности при изменении погодных условий. При этом система управления не требует перенастройки при смене тепловых режимов.


Устройство для управления температурным режимом в теплице
Устройство для управления температурным режимом в теплице
Устройство для управления температурным режимом в теплице
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 21 items.
10.08.2014
№216.012.e8da

Способ герметизации пустот

Изобретение может быть применено в строительстве для заполнения пустот в строительных конструкциях зданий и сооружений для ограничения распространения пламени, а также тепло- и звукоизоляции. В способе герметизации пустот строительных конструкций зданий и сооружений, включающем приготовление и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525403
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.07.2015
№216.013.5d90

Способ выявления металлических и воздушных включений в изделиях из полимерных материалов

Использование: для выявления металлических и воздушных включений в изделиях из полимерных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют воздействие на объект контроля высокочастотного, электрического поля, при этом объект контроля помещают между двумя электродами с разными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555493
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.08.2015
№216.013.6a0f

Сдвоенная аксиальная асинхронная электрическая машина со встроенным тормозным устройством

Изобретение относится к электротехнике, к сдвоенным аксиальным торцовым асинхронным электрическим машинам с двухдисковым статором и двухдисковым ротором. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности, упрощении технологии изготовления при одновременном снижении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558704
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.11.2015
№216.013.8da5

Способ изготовления магнитопроводов аксиальных электрических машин

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления электрических машин. Техническим результатом является уменьшение расхода конструкционных материалов на единицу активной мощности с обеспечением равномерного магнитного насыщения вдоль их активной части. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567868
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.05.2016
№216.015.3b0e

Дезинтегратор

Изобретение относится к устройствам для измельчения твердых сыпучих веществ, например кофе, пшеницы, гороха, перца, и может быть использовано в быту, при изготовлении строительных смесей, в пищевой, медицинской промышленности и в сельском хозяйстве. Дезинтегратор содержит сборный корпус с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583676
Дата охранного документа: 10.05.2016
27.05.2016
№216.015.42c2

Способ изготовления магнитопровода ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя

Изобретение относится к технологии изготовления электрических машин и может быть использовано в электротехнической промышленности при изготовлении роторов самотормозящихся асинхронных электродвигателей. Технический результат заключается в возможности изменения и получения требуемой степени...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585016
Дата охранного документа: 27.05.2016
13.01.2017
№217.015.80fd

Самотормозящийся асинхронный электродвигатель со сдвоенным короткозамкнутым ротором

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам с автоматическим остановом. Самотормозящийся асинхронный электродвигатель содержит статор и цилиндрический сдвоенный ротор, сопряженный с валом посредством шлицевых соединений, с возможностью аксиального перемещения в воздушном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602242
Дата охранного документа: 10.11.2016
26.08.2017
№217.015.e18d

Способ определения границ фазовых и релаксационных переходов в полимерных материалах

Изобретение относится к области исследования свойств и контроля качества полимеров в отраслях промышленности, производящих и использующих полимерные материалы, в частности для определения границ фазовых и релаксационных переходов в полимерных материалах. Сущность предлагаемого способа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625630
Дата охранного документа: 17.07.2017
20.11.2017
№217.015.efda

Гибридная аксиальная электрическая машина-генератор

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в увеличении количества и равномерности поступления электрической энергии m-фазного переменного тока, а также повышении надежности и стабильности работы энергосистемы. В гибридной аксиальной электрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629017
Дата охранного документа: 24.08.2017
19.01.2018
№218.016.0e5a

Гибридный аксиальный ветро-солнечный генератор

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, подаваемой на другой ее вход (электрический), в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633376
Дата охранного документа: 12.10.2017
+ добавить свой РИД