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湿度控制_在温室生产中的意义 [2006-12-18]来源:www.chinazedo.com

温室内的湿度环境与室外的环境湿度相差很大,主要表现在以下几方面:
   
(1)空气湿度大,温室内空气的绝对湿度和相对湿度一般大于露地。产生湿度大的原因主要是设施属于准封闭系统,室内外的空气交换受到抑制,特别是寒冷季节的夜晚,为了保温而不通风,常出现90%--100%的高湿环境;设施内壁面、屋面、窗帘内面结露滴在作物体上,形成水滴;作物本身的结露、吐水等;白天室内温度高、土壤蒸发和作物蒸腾大而水汽又不易逸散;室内雾霭的发生,散落在作物体上。
   
(2)设施内相对湿度的日变化大,尤其是塑料温室,其变幅可达到20%--40%.湿度的昼夜变化,与气温的日变化呈相反的趋势。在夜间,室内维持较高的湿度,有时湿空气与冷后凝结成水滴附着在薄膜或玻璃的内表面上,或出现雾霭。日出后,室内温度升高,温度逐渐下降.设施内空气湿度的日变化受天气、加温和通风换气量的影响,阴天或灌水后的湿度几乎都在90%以上。同时,还与设施的大小、结构、土壤的干湿等有关。
   
设施内由于降水被阻截,空气交换受到抑制,设施内的水分收支与露地不同。其收支关系可以用下式表示为:
   
Ir+G+C=ET    式中   Ir--灌水量; G--地下水补给量;C--凝结水量; ET--土壤蒸发与作物蒸腾,即蒸散量。
   
设施内的蒸腾量与蒸发量均为露地的70%左右,甚至更小。据测定,太阳辐射较强时,平均日蒸散量为2-3mm,可见设施农业是一种节水型农业生产方式。设施内的水分收支状况决定了土壤湿度,而土壤湿度直接影响到作物根系对水分、养分的吸收,进而影响到作物的生育和产量品质。设施内空气湿度的大小是水分多少的反映。

水分不足,影响了作物细胞分离或生长,因而影响了干物质增长和分配,影响了作物的产量和品质。当植物内水分严重不足时,可导致气孔关闭,妨碍二氧化碳交换,使光合作用显着下降.通常,多数蔬菜作物光合作用的适宜的空气相对湿度为60%-85%,低于40%或高于90%时,光合作用会受到阻碍,从而使生长发育受到不良影响。因此对温室生产过程中空气湿度的监测和调控,对农业生产具有现实的意义。
   
温室环境控制的特点及其实现
  
一、温室环境控制的发展历史和现状
   
温室环境控制是设施农业最基本的技术实现形式之一,其目的就是营造作物生长适合的人工气候环境,使作物能够部分或者全部克服外界气候环境和土壤因素的制约,一年四季都能生长,并且缩短生产周期,提高产量 、质量,进行大规模工厂化生产。
  
温室环境控制经历了从仅采用单纯的冬季保温措施到对植物生长所需多个条件进行控制的发展历程。目前荷兰、以色列、日本等一些农业发达国家研制的温室已经可以成功地控制植物生长的几乎全部条件(温度、湿度、CO2浓度、营养液、光等).近几年来我国各地陆续从上述国家引进了一些这样的温室,但是在运行中发现这些温室普遍存在系统造价、运行费用高,不适应当地气候,控制效果不理想等诸多问题。
   
二、温室环境控制的特点
   
1.影响作物生长的主要因素
   
1)光照:为了使作物快速生长,必须保证作物的光照时间、光量和光质,以进行充分的光合作用。如果由于外界气候的原因,如连续阴雨等,使作物有效光照时间缩短,应开启人工光源以人工光照补充。
   
2)温度:温室中的温度应该跟踪每种作物生长的各个时期所要求的最佳曲线变化,为作物提供最适于其生长的环境温度。
   
3)CO2浓度:植物进行光合作用时是吸取空气的二氧化碳,放出氧气。研究表明,适当提高温室中CO2的浓度具有增加产量、提高品质的良好功效。
   
4)营养液(包括水和各种养分):不同的作物以及作物生长周期的不同阶段,对水和养分的需求有不同的要求。通过控制水质可减少病虫害的发生;适时适量地给作物提供各种养分,可促进作物的生长。
   
5)湿度:不同的作物对空气的湿度也有不同的要求。针对温室中所种植的作物的特性,控制系统应当控制相应的湿度,满足作物的要求。
  
2. 温室环境控制的特点
   
温室环境作为一个控制对象,可以说是一个非线性、分布参数、时变、大时延、多变量耦合的复杂对象。具体分析如下:
   
1)非线性:温室内部的气候处于热平衡混沌状态,再加上作物本身的蒸腾现象,使得我们按照一般暖通工程方法无法对其建模。
   
2)分布参数:一般温室面积都比较大,大的有几十万平方米,小的也有几百平方米;在这么大的面积里,各个物理量的分布是不均匀的。比如温度,温室内部各点温度都不一样,四周一般都比中间的底,顶部和底部也有差别,其值的大小依赖于空间位置和气流的方向等各种因素。
   
3)时变:作物在生长周期的不同阶段,光合作用能力、吸热散热能力等均有所差别。因而,系统加热升温,热量传到温室的各个部分需要经过一段时间的延迟,温度才会有所提高。
   
4)大延时:对于外界所施加的作用,系统并不立即响应,而是经过一段时间的延迟才有反应。比如,对系统加热升温,热量传到温室的各个部分需要经过一段时间的延迟,温度才会有所提高。
   
5)多变量耦合:系统各变量之间并不是互相独立,各个子系统的控制回路彼此耦合在一起。温度降低,使得湿度减小;二氧化碳浓度增大,会使温度升高;同样,光照过多,会使温度升高等等,不一而足。对系统任一目标的控制,都会影响到其它状态的变化。
   
另外外界环境的作用,如春夏秋冬四季的温度、湿度、风雨雪等气候会对室内有显着影响,不能仅简单地看作是一种干扰。室内作物对温室气候的影响也是很大的,如作物蒸腾作用,对湿度的影响是相当大的,也不能低估。
   
3 温室环境控制系统
   
1)采用与智能方法结合的预测控制等方法
   
预测控制是处理设施园艺简化方法无法解决的非线性大时延对象较为理想的方法。预测控制的核心前提是预测准确,现有的这些预测控制算法普遍存在着预测精度不高、反馈校正方法单调、滚动优化策略较少等问题;而且到目前为止,文献中有关预测控制的研究报道大都是针对线性系统的,针对非线性的研究很少。

另外,对于设施农业系统中的大量不确定性、外界干扰以及建模误差,如何保证控制系统的稳定性也是一个很重要的问题。为此引入智能方法,把预测控制理论与智能相结合,用预测控制的机理进行研究,建立高精度、多模态的信息预测模型以减少模型误差,提高预测精度,实现了对系统的智能预测控制。
   
2)控制系统的实现
   
系统控制实现的前提是准确的检测温室各环境因子参量,采用各种智能传感器完成室外气象数据和室内各参数的采集工作,控制器一般采用微处理器,各控制手段起到最终执行机构的作用。

控制系统所要完成的任务就是在获取室内外参数的基础上,按照一定的控制算法去控制设备,使得温室环境能够跟踪人工设定值变化,不受室外环境的影响,并能按照室外风速、风向、雨量的测定值,进行极限报警,同时采取联动保护措施,保证系统运行的安全和可靠。   
  

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