CN111296183A - 一种食用菌菇房环境控制***及方法 - Google Patents

一种食用菌菇房环境控制***及方法 Download PDF

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CN111296183A CN202010077999.5A CN202010077999A CN111296183A CN 111296183 A CN111296183 A CN 111296183A CN 202010077999 A CN202010077999 A CN 202010077999A CN 111296183 A CN111296183 A CN 111296183A
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    • A01G18/00—Cultivation of mushrooms
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Abstract

本发明公开一种食用菌菇房环境控制***及方法，利用带有开口的送风管道及回风管道，有效改善由通风不均匀造成菇房内温度、湿度和CO2浓度分布不均匀的情况，采用多传感器分别对菇房空气、回风空气和外界空气的温度、湿度和CO2浓度进行实时监控，对菇房进行制冷、加热、加湿、通风除湿、通风排气等综合调控，为食用菌的生长提供了适合的生长环境；考虑到温度对湿度的影响，在温度调控的同时，计算其变化对湿度的影响；以预测湿度为主导，同时进行温度和湿度的调控，不再先调整温度再调整湿度，有效避免了菇房内温度波动对湿度的影响，降低湿度波动幅度；根据温度、湿度和CO2浓度的计算方程计算所需的控制量，实现对菇房环境的精确控制。

Description

一种食用菌菇房环境控制***及方法
技术领域
本发明属于食用菌栽培领域，具体涉及食用菌工厂化生产用的菇房环境的控制技术。
背景技术
食用菌味道鲜美且具有丰富的营养价值和保健作用，受到大家的喜爱。食用菌生长过程中，对温度、湿度、二氧化碳浓度和气流速度都有严格的要求。食用菌大棚栽培方式应用广泛，但其环境调控方式粗放，造成环境因素波动幅度大，并且易受杂菌污染，造成资源浪费，影响食用菌产量。
工厂化食用菌栽培可以利用设备和设施创造适宜的生长发育条件。工厂化生产菇房墙面和屋顶采用隔温材料建造，通过环境调控设备调控菇房内环境，可以较为有效的控制进出口空气的状态，满足食用菌不同生长阶段对环境条件的不同需求。
菇房环境控制所需考虑的因素较多，不仅有菇房内温度、湿度和CO2浓度，还有外界气候条件。温度和相对湿度有极强的耦合性，温度的升高会使空气相对湿度降低，温度的降低会造成相对湿度的升高并可能使水蒸气冷凝。食用菌生长中不断进行生理活动，并且食用菌和培养料与内部环境之间存在传热传质过程，生长过程中产生热量、CO2以及水蒸气。因此，菇房内环境状态是一个动态变化的过程。由于菇房内部空间较大，且栽培架会阻碍空气流动，控制对象的测量装置、管道和执行机构调节等环节存在滞后因素，考虑不周时容易造成被控制参数的偏差增大、上下震荡。因此仅通过常规手段进行控制，并不能满足菇房环境控制精度高、响应速度快、稳定性好和适应能力强等要求。
发明内容
本发明针对食用菌工厂化栽培菇房环境因子波动大和分布不均匀等问题，考虑到菇房环境控制的多变量、滞后性、耦合性和非稳态等特点，提出了一种食用菌菇房环境控制控制方法及***，以实现控制精度高、控制量波动小和环境温湿度分布均匀的目的。
本发明一种食用菌菇房环境控制***采用以下技术方案：菇房内部设有放置在两排培养架之间的室内温度传感器、室内湿度传感器、室内CO2传感器，在每排培养架的正上方设有一个水平的送风管，送风管上开有朝向两排培养架之间的通风的出气口；送风管内部装有送风温度传感器和送风湿度传感器，送风管与位于菇房外部水平布置的调风室的一端连通，送风管与调风室的连接处装有送风风机，调风室的另一端与混风管相连通，混风管在菇房外部并且上下垂直布置，在调风室和混风管的连接处装有混风温度传感器和混风湿度传感器，调风室内部设有制冷器、加热器和加湿器；混风管的上端连通水平的新风管一端，新风管的另一端是与外部大气相通的新风口，新风口内部装有新风过滤网和新风阀，在新风口外部且靠近新风口处装有室外温度传感器、室外湿度传感器和室外CO2浓度传感器，混风管的下端连接了两个回风管的一端，两个回风管均水平布置且伸进菇房内，一个回风管位于一排培养架的正下方，每个回风管上开有进气口，回风管的另一端连接排气口，在混风管和回风管的连接处设置回风过滤网和回风阀；排气口内部设置排气单向阀和排气过滤网；菇房外部设置控制器，控制器通过信号线分别连接室外温度传感器、室外湿度传感器、室外CO2浓度传感器、混风温度传感器，混风湿度传感器、送风温度传感器、送风湿度传感器、室内温度传感器，室内湿度传感器以及室内CO2传感器，控制器通过控制线分别连接新风阀、回风阀、制冷器、加热器、加湿器和送风风机。
所述的一种食用菌菇房环境控制***的控制方法采用的技术方案是具有以下步骤：
步骤1：控制器读取温度传感器、室内湿度传感器和室内CO2浓度传感器获取到的菇房室内的空气温度T1、湿度RH1和CO2浓度C1；
步骤2：控制器将CO2浓度C1与设定的CO2浓度最大值Cmax进行对比，若C1≥Cmax，表明CO2浓度过高，打开新风阀，关闭回风阀，控制送风风机工作，进行CO2调控；
若C1＜Cmax，控制器将室内温度T1与设定的温度范围[Tmin，Tmax]进行对比，若T1＜Tmin或T1＞Tmax，控制器计算出空气温度T1到达设定的目标温度T0时的预测室内湿度RH；并且若T1＞Tmax，表明需要降温，控制器打开回风阀，控制送风风机工作，启动制冷器和加湿器；若T1＜Tmin，表明需要升温，控制器打开回风阀，控制送风风机工作，启动加热器和加湿器；
若Tmin≤T1≤Tmax；控制器将室内的湿度RH1与设定的湿度范围[RHmin，RHmax]进行对比，若RH1＜RHmin，进行加湿，启动送风风机和加湿器，打开回风阀，若RH1＞RHmax，要进行通风除湿；
步骤3：控制器将预测室内湿度RH与设定的湿度范围[RHmin，RHmax]进行对比，若RHmin≤RH≤RHmax，则控制器将室内温度T1与设定的温度Tmax对比，若T1＞Tmax，表明需要降温，控制器打开回风阀，控制送风风机工作，启动制冷器；若T1＜Tmax，表明需要升温，控制器打开回风阀，控制送风风机工作，启动加热器；
若RH≤RHmin，表明在进行温度调节的同时，需进行加湿调节；若RH＞RHmax，表明在进行温度调节的同时要进行通风除湿；
步骤4：若C1≤Cmax，Tmin≤T1≤Tmax且RHmin≤RH1≤RHmax，控制器计算食用菌生长数据并保存。
进一步地，所述的进行CO2调控时，控制器读取室外温度传感器、室外湿度传感器和室外温度传感器的数据，获取室外空气温度T3、湿度RH3和CO2浓度C3；计算出降低CO2浓度所需通风时间tin，完成通风时间tin后，控制器关闭新风阀，打开回风阀；
控制器计算出通风时需要的制冷量Qc，判断制冷量Qc的大小，若Qc≥0，制冷器启动制冷；控制器读取混风温度传感器获得进风温度T2，读取送风温度传感器获得送风温度T4，改变制冷器功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts；若Qc<0，则启动加热器加热，读取混风温度传感器获得回风温度T2，读取送风温度传感器获得送风温度T4，改变加热器功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts；
控制器计算出制冷时间tc，若制冷时间tc大于通风时间tin，表明在通风完成后仍需要制冷，重新计算制冷时间，完成重新计算出的制冷时间tc后关闭制冷器；
控制器计算出加热时间th，若加热时间th大于通风时间tin，表明在通风完成后仍需要加热，重新计算加热时间，完成重新计算后的加热时间后关闭加热器；
控制器计算出通风时需要的加湿时间tw，并判断若tw<0，不启动加湿器，若tw>0，则启动加湿器，并读取混风湿度传感器获得回风温度RH2，读取送风湿度传感器获得送风温度RH4，改变加湿器功率，使送风湿度RH4调整为设定的送风湿度RHs，送风风机将调整后的空气送入菇房中。
本发明的有益效果是：
1、提出的食用菌菇房通风设备及管道布置方式，利用带有开口的送风管道及回风管道，有效组织气流在菇房内各培养层间充分流动，有效改善由通风不均匀造成菇房内温度、湿度和CO2浓度分布不均匀的情况。
2、采用多传感器分别对菇房空气、回风(混风)空气和外界空气的温度、湿度和CO2浓度进行实时监控。可根据各传感器数据和调控***对菇房进行制冷、加热、加湿、通风除湿、通风排气等综合调控，为食用菌的生长提供了适合的生长环境。
3、考虑到温度对湿度的影响，在温度调控的同时，计算其变化对湿度的影响。以预测湿度为主导，同时进行温度和湿度的调控，不再先调整温度再调整湿度，有效避免了菇房内温度波动对湿度的影响，降低湿度波动幅度，提高湿度稳定速度，缩短调节时间。
4、根据温度、湿度和CO2浓度的计算方程，计算所需的控制量，在多种因素需要调控时，可同时进行调节，一次控制过程完成多种因素调控，实现对菇房环境的精确控制，有效避免控制目标不断波动及调控偏差过大等问题，降低了控制成本，缩短调节时间。
附图说明
图1是本发明提出的一种食用菌菇房环境控制***的结构布置示意图；
图2是图1中的送风管和回风管分布示意图；
图3是本发明提出的一种菇房环境控制***结构示意图；
图4是本发明提出的菇房环境控制方法流程图；
附图标记说明：图中：1.室外温度传感器，2.室外湿度传感器，3.室外CO2传感器，4.新风口，5.新风过滤网，6.新风阀，7.新风管，8.混风管，9.混风温度传感器，10.混风湿度传感器，11.回风阀，12.回风过滤网，13.回风管，14.制冷器，15.加热器，16.加湿器，17.调风室，18.送风风机，19.送风温度传感器，20.送风湿度传感器，21.菇房，22.送风管，23.栽培架，24.室内温度传感器，25.室内湿度传感器，26.室内CO2传感器，27.围护栏，28.排气单向阀，29.排气过滤网，30.排气口，31.控制器，13-1.回风管进气口，22-1.送风管出气口。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明一种食用菌菇房环境控制***包括安装在菇房21内部的室内温度传感器24，室内湿度传感器25，室内CO2传感器26，分别用于测量菇房21内部空气的温度、湿度和CO2浓度。
菇房21的外部是围护栏27，由围护栏27围成，围护栏27由保温隔热材料聚氨脂彩钢板构成。菇房21内部放置有两排水平的培养架23，用于培养食用菌。室内温度传感器24，室内湿度传感器25，室内CO2传感器26安装两排培养架23之间。
在每排培养架23的正上方设有一个水平的送风管22，送风管22位于菇房上方，其上开有通风的出气口22-1；出气口22-1朝向两排培养架23之间，朝两排培养架23之间的空间送风。在送风管22内部安装有送风温度传感器19和送风湿度传感器20，用于测量送风管22中的温度和湿度。送风管22与位于菇房21外部的调风室17的一端连接且连通，在送风管22与调风室17连接处安装送风风机18，送风风机18用于将调风室17中调整好的空气送入送风管22中。
调风室17水平布置，其另一端与混风管8相连通。混风管8在菇房21外部并且上下垂直布置，调风室17连接于混风管8的侧面。在调风室17和混风管8的连接处安装混风温度传感器9和混风湿度传感器10，分别用于测量混风管8内的空气温度和湿度。调风室17内部设有制冷器14、加热器15和加湿器16，用于调整混风温度和湿度。
混风管8的上端连通水平新风管7一端，新风管7的另一端是与外部大气相通的新风口4，新风管7在菇房21外部。在新风口4内部装有新风过滤网5和新风阀6，新风过滤网5用于过滤去室外空气中浮尘和有害颗粒，新风阀6用于调节新风口4的开度。在新风口4外部且靠近新风口4处安装室外温度传感器1、室外湿度传感器2和室外CO2浓度传感器3，分别用于测量新风口4处空气的温度、湿度和CO2浓度。
混风管8的下端连接了两个回风管13的一端，两个回风管13均水平布置，两个回风管13伸进菇房21内并且位于菇房21底部，一个回风管13位于一排培养架23的正下方。每个回风管13上开有进气口13-1。回风管13的另一端伸至混风管8对面的菇房21的围护栏27上并连接排气口30，排气口30设在围护栏27上，用于排出菇房21内的废气。在混风管8和回风管13的连接处设置回风过滤网12和回风阀11，回风过滤网12用于防止菇房21内的灰尘进入回风管13中，回风阀11用于调节回风风量。
在排气口30内部设置排气单向阀28和排气过滤网29，排气单向阀28能根据菇房21内与室外的气压差自动排除菇房21室内多余的空气，排气过滤网29用于防止外部空气中的浮尘或有害颗粒进入菇房21内。
在菇房21外部设置控制器31，如图3所示，控制器31通过信号线分别连接各个传感器，即：室外温度传感器1、室外湿度传感器2、室外CO2浓度传感器3、混风温度传感器9，混风湿度传感器10、送风温度传感器19、送风湿度传感器20、室内温度传感器24，室内湿度传感器25以及室内CO2传感器26。控制器31通过控制线分别连接新风阀6、回风阀11、制冷器14、加热器15、加湿器16、送风风机18这些调控设备。控制器31接收各个传感器的数据，并根据控制程序进行计算，将控制结果传输至各个调控设备。
参见图1、2、3、4所示，本发明一种食用菌出菇房环境控制***工作时，采用多个传感器及多方式综合调控。室外温度传感器1、室外湿度传感器2和室外CO2浓度传感器3分别测量菇房21外的温度、湿度和CO2浓度，并将采集到的数据传输至控制器31，控制器31获取及存储各传感器传送来的数据，将传感器数据与储存的设定的所控数据范围进行对比，其中任一所测值超出所控范围时，控制器31根据所设定的控制方案进行调控，将控制指令传输至各调控设备，进行菇房21环境的综合调控。具体执行步骤如下：
步骤1：设定食用菌菇房环境控制的相关参数。设定的参数有如下几组：设定菇房目标温度T0、目标湿度RH0和目标CO2浓度C0；设定不同调控方式下的调节时送风温度Ts，送风湿度RHs；设定生产中此阶段适宜食用菌生长的温度范围是[Tmin，Tmax]、湿度范围是[RHmin，RHmax]和CO2浓度的最大值为Cmax。将上述设定的所有参数内置在控制器31中。
步骤2：每隔一段时间Δt，控制器31读取食用菌菇房21内的温度传感器24、室内湿度传感器25和室内CO2浓度传感器26的数据，获取到菇房21室内的空气温度T1、湿度RH1和CO2浓度C1。
步骤3：控制器31将获取的CO2浓度C1与设定的CO2浓度最大值Cmax进行对比，若C1≥Cmax，表明CO2浓度过高，则进行CO2调控，调控方法是：
控制器31打开新风阀6，关闭回风阀11，控制送风风机18工作，进行通风。
控制器31读取室外温度传感器1、室外湿度传感器2和室外温度传感器3的数据，获取室外空气温度T3、湿度RH3和CO2浓度C3。
控制器31根据下式(1)计算降低CO2浓度所需通风时间tin，即新风阀6开启时间。完成通风时间tin后，控制器31关闭新风阀6，打开回风阀11。
Figure BDA0002379143030000061
式(1)中，C1为室内CO2浓度，由室内CO2浓度传感器26测得；C0为设定的目标CO2浓度；V为菇房室内空气体积；CO2,δ为菇房21内的CO2分布不均匀参数，可采用常规的CFD(计算流体力学)方法获取；C1-0为出口等效CO2浓度，在通风过程中出口CO2浓度逐渐变动(从C1至C0)，实际计算时应用积分方法获取CO2损失量，用数值方法进行等效计算获得；C3为室外CO2浓度，由室外CO2浓度传感器3测量获得；vin为通风流量，即单位时间内进风量，在送风风速确定时为定值；RCO2为食用菌呼吸速率，由上一时刻菇房内的CO2浓度变化速率计算得到：
Figure BDA0002379143030000062
控制器31根据所需通风时间tin再进一步计算通风时需要的制冷量Qc，计算方法如下式(2)：
Figure BDA0002379143030000063
式(2)中，ρ为空气密度；Cp为空气比热容；V为菇房室内空气体积；T1为室内温度，由室内温度传感器24测量获得；T0为设定的菇房目标温度；vin为通风流量；tin为通风时间；T3为室外温度，由室外温度传感器1测量获得；T1-0为出口等效温度，在通风过程中出口温度逐渐变动(从T1至T0)，实际计算时应用积分方法获取热量损失，用数值方法进行等效计算；Rq为食用菌呼吸热速率，由上一时刻菇房内温度变化速率计算得到：
Figure BDA0002379143030000064
Figure BDA0002379143030000065
h为围护栏27顶面和四周墙面热量损失系数；A为菇房围护栏27顶面和四周墙面的总面积；λ为水分蒸发潜热；
Figure BDA0002379143030000066
为食用菌及培养料蒸腾速率，由上一时刻菇房内湿度变化速率计算得到：
Figure BDA0002379143030000067
H1为室内空气含湿量，由室内温度T1和室内相对湿度RH1计算得到：
Figure BDA0002379143030000068
pT1为T1温度下饱和水蒸气压可由饱和蒸汽压力表获得，p为湿空气总气压；Qδ为菇房内水蒸气分布不均匀参数，可采用CFD方法获取；
控制器31判断制冷量Qc的大小，若Qc≥0，表明在通风时需要制冷，控制器31控制制冷器14启动进行制冷。
控制器31读取混风温度传感器9获得进风温度T2，读取送风温度传感器19获得送风温度T4；通过反馈调节，改变制冷器14功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。
控制器31根据下式(3)计算出制冷时间tc，即通风过程中制冷器启动的时间。控制器31判断制冷时间tc与通风时间tin的关系，若制冷时间tc大于通风时间tin，表明在通风完成后仍需要制冷；在完成通风时间tin后，控制器31重新读取室内温度传感器24和混风温度传感器9，获得室内温度T1和回风温度T2；并根据式(4)重新计算制冷时间tc。完成重新计算出的制冷时间tc1后，再关闭制冷器14。
Figure BDA0002379143030000071
Figure BDA0002379143030000072
式(3)中，qc-in为与外界通风过程中的制冷通量：qc-in＝vsρCp(T2-Ts)；vs为送风流量，即送风风机18单位时间内的送风量，此时与通风流量vin相同。式(4)中，qc-re为内部循环通风时制冷器14的制冷通量：qc-re＝vsρCp(T2-0-T4)；T2-0为回风等效温度，在降温过程中回风温度逐渐变动(从T2至T0)，实际计算时应用积分方法获取热量损失，用数值方法进行等效计算获得。
若Qc<0，表明在通风时需要加热，控制器31启动加热器15。控制器31读取混风温度传感器9获得回风温度T2，读取送风温度传感器19获得送风温度T4；通过反馈调节，改变加热器15功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。
控制器31根据下式(5)计算出加热时间th，即通风过程中加热器15启动的时间。控制器31判断加热时间th与通风时间tin的关系，若加热时间th大于通风时间tin，表明在通风完成后仍需要加热；在完成通风时间tin后，控制器31重新读取室内温度传感器24和混风温度传感器9，获得室内温度T1和回风温度T2；并根据式(6)重新计算加热时间th。完成重新计算出的加热时间th1后，关闭加热器15。
完成加热时间th后，关闭加热器15。
Figure BDA0002379143030000073
Figure BDA0002379143030000074
式(5)中，qh-in为与外界通风过程中的加热通量：qh-in＝vsρCp(Ts-T2)；vs为送风流量，即单位时间内的送风量。式(6)中，qh-re为内部循环通风时加热器15的加热通量：qh-re＝vsρCp(T4-T2-0)；T2-0为回风等效温度，在升温过程中回风温度逐渐变动(从T2至T0)，实际计算时应用积分方法获取热量变化量，用数值方法进行等效计算获得。
得到所需制冷时间tc和加热时间th之后，控制器31再根据下式(7)计算出通风时需要的加湿时间tw，即通风过程中加湿器16开启的时间。控制器31判断加湿时间tw，若加湿时间tw<0，不启动加湿器16。若加湿时间tw>0，控制器31启动加湿器16，读取混风湿度传感器10获得回风温度RH2，读取送风湿度传感器20获得送风温度RH4，通过反馈调节，改变加湿器16功率，使送风湿度RH4调整为设定的送风湿度RHs。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中。
若加湿时间tw大于通风时间tin，tw＞tin，表明在通风完成后仍需要加湿，在完成通风时间tin后，控制器31重新读取室内温度传感器24和混风温度传感器9，获得室内温度T1和回风温度T2，并根据式(8)重新计算加湿时间tw1。完成重新计算的加湿时间tw1后，关闭加湿器16。
完成加湿量Φw或加湿时间tw后，关闭加湿器16。
Figure BDA0002379143030000081
Figure BDA0002379143030000082
式(7)-(8)中，ρ为空气密度；V为菇房室内空气体积；H0为目标空气含湿量，由目标温度T0和目标相对湿度RH0计算得到，
Figure BDA0002379143030000083
pT0为T0温度下饱和水蒸气压可由饱和蒸汽压力表获得，p为湿空气总气压；H1为室内空气含湿量，由室内温度T1和室内相对湿度RH1计算得到；H1-0为出口等效含湿量，在通风过程中出口湿度逐渐变动(从H1至H0)，用数值方法进行等效计算；H3为室外空气含湿量，由室外空气温度T3和室外空气相对湿度RH3计算得到，套用公式
Figure BDA0002379143030000084
Φδ为菇房内水蒸气分布不均匀参数，可采CFD方法获得；
Figure BDA0002379143030000085
为食用菌及培养料蒸腾速率，由上一时刻菇房内湿度变化速率计算得到：
Figure BDA0002379143030000086
win为与外界通风时加湿通量，win＝(Hs-H3)vsρ，Hs为设定含湿量，由设定送风温度Ts和设定送风湿度RHs计算得到，vs为送风流量，即送风风机18单位时间内的送风量；wre为内部循环通风时加湿器16的加湿通量：wre＝(Hs-H2-0)vsρ；H2-0为回风等效湿度，在加湿过程中回风湿度逐渐变动(从H2至H0)，实际计算时应用积分方法获取湿度变化量，用数值方法进行等效计算获得。
完成上述通风时间tin、制冷时间tc、加热时间th、加湿时间tw后，关闭送风风机18和回风阀11。
步骤4：控制器31将获取的CO2浓度C1与设定的CO2浓度Cmax进行对比，若C1＜Cmax；控制器31将获取的室内温度T1与设定的温度范围[Tmin，Tmax]进行对比，若菇房内温度T1＜Tmin或T1＞Tmax时，控制器31根据室内的空气温度T1和湿度RH1进行湿度判定，计算出室内空气温度T1到达目标温度T0时的预测室内湿度RH，计算方法如下式(9)：
Figure BDA0002379143030000091
其中：
Figure BDA0002379143030000092
RH1为室内相对湿度，由室内湿度传感器25测得；pT1为T1温度下饱和水蒸气压；pT0为T0温度下饱和水蒸气压；p为湿空气总气压，这些参数可由饱和蒸汽压力表获得。
步骤4-1：控制器31将获得的预测室内湿度RH与设定的湿度范围[RHmin，RHmax]进行对比，若RHmin≤RH≤RHmax，仅进行温度调节。具体的调控方法是：
控制器31将室内温度T1与设定的温度Tmax对比，若T1＞Tmax时，表明需要降温，控制器31打开回风阀11，控制送风风机18工作，启动制冷器14。
控制器31读取混风温度传感器9获得回风温度T2，读取送风温度传感器19获得送风温度T4；通过反馈调节，改变制冷器14功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中，进行循环通风。
控制器31读取室外温度传感器1，获取室外空气温度T3。根据式(4)计算所需制冷时间tc。完成制冷时间tc后，关闭制冷器14，关闭送风风机18和回风阀11。
若T1＜Tmax时，表明需要升温，控制器31打开回风阀，控制送风风机18工作，启动加热器15。
控制器31读取混风温度传感器9获得回风温度T2，读取送风温度传感器19获得送风温度T4；通过反馈调节，改变加热器15功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中，进行循环通风。
控制器31读取室外温度传感器1，获取室外空气温度T3。根据式(6)计算所需加热时间th。完成加热时间th后，关闭加热器15，之后关闭送风风机18和回风阀11。
步骤4-2：控制器31将获得的预测相对湿度RH与设定的湿度范围[RHmin，RHmax]进行对比，若RH≤RHmin，表明在进行温度调节的同时，需进行加湿调节。具体的调控方法是：
控制器31将室内温度T1与设定的温度Tmax对比，若T1＞Tmax时，表明需要降温，控制器31打开回风阀11，控制送风风机18工作，启动制冷器14和加湿器16。
控制器31读取混风温度传感器9获得回风温度T2，读取送风温度传感器19获得送风温度T4；通过反馈调节，改变制冷器14功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。读取混风湿度传感器10获得回风湿度RH2，读取送风湿度传感器20获得送风湿度RH4；通过反馈调节，改变加湿器16功率，使送风湿度RH4调整为设定的送风湿度RHs。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中，进行循环通风。
控制器31读取室外温度传感器1，获取室外空气温度T3。根据式(4)计算所需制冷时间tc，根据式(8)计算所需的加湿时间tw。完成制冷时间tc后，关闭制冷器14；完成加湿时间tw后，关闭加湿器16。关闭送风风机18和回风阀11。
若T1＜Tmin时，表明需要升温，控制器31打开回风阀11，控制送风风机18工作，启动加热器15和启动加湿器16。
控制器31读取混风温度传感器9获得回风温度T2，读取送风温度传感器19获得送风温度T4；通过反馈调节，改变加热器15功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。读取混风湿度传感器10获得回风温度RH2，读取送风湿度传感器20获得送风温度RH4；通过反馈调节，改变加湿器16功率，使送风湿度RH4调整为设定的送风湿度RHs。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中，进行循环通风。
控制器31读取室外温度传感器1，获取室外空气温度T3。根据式(6)计算所需加热时间th，根据式(8)计算所需的加湿时间tw。完成加热时间th后，关闭加热器15；完成加湿时间tw后，关闭加湿器16。关闭送风风机18和回风阀11。
步骤4-3：控制器31将获得的预测相对湿度RH与设定的湿度范围[RHmin，RHmax]进行对比，若RH≥RHmax，表明在进行温度调节的同时，需要进行通风除湿。具体的调控方法是：
控制器31读取室外温度传感器1和室外湿度传感器2的数据，获取室外空气温度T3和相对湿度RH3。
控制器31启动送风风机18，计算出新风流量vin，根据新风流量vin调节新风阀6和回风阀11开度，使外界新鲜空气和室内回风空气混合，将混风含湿量H2调整至设定的含湿量Hs。
Figure BDA0002379143030000101
式中：vin为新风流量，单位时间内流经新风口空气体积；H1为室内空气含湿量，H3为室外空气含湿量，Hs为设定的含湿量，vr为回风流量，单位时间内流经回风口空气体积，vin+vr＝vs，vs为送风流量，单位时间内送风空气体积。由于工作时空气流速低，认为空气为不可压缩气体。
在获得新风流量vin之后，控制器31根据式(11)计算通风时间tin2，即新风阀开启时间；完成通风时间tin2后，关闭新风阀6，打开回风阀11。
Figure BDA0002379143030000111
式中：ρ为空气密度，V为菇房室内空气体积，H1为室内空气含湿量，H3为室外空气含湿量，vr为回风流量，H0为目标空气含湿量，H1-0为出口等效含湿量，Qδ为菇房内水蒸气分布不均匀参数，
Figure BDA0002379143030000112
为食用菌及培养料蒸腾速率，
控制器31根据所需通风时间tin2和新风流量vin，由式(2)计算通风时需要的制冷量Qc。若Qc≥0，控制器31启动制冷器14，读取混风温度传感器9获得混风温度T2，读取送风温度传感器19获得送风温度T4；通过反馈调节，改变制冷器14功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中，循环通风。
控制器31根据式(3)计算出制冷时间tc。若制冷时间tc>通风时间tin，表示在通风后仍需要继续降温；在完成通风时间tin后，控制器31重新读取室内温度传感器24和混风温度传感器9，获得室内温度T1和回风温度T2；并根据式(4)重新计算制冷时间tc。制冷器14完成制冷时间tc后关闭，之后关闭送风风机18和回风阀11。
若Qc＜0，控制器31启动加热器15，读取混风温度传感器9获得混风温度T2，读取送风温度传感器19获得送风温度T4；通过反馈调节，改变加热器15功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中，进行通风。
控制器31根据式(5)计算出加热时间th。若加热时间th>通风时间tin，表示在通风后仍需要继续降温；在完成通风时间tin后，控制器31重新读取室内温度传感器24和混风温度传感器9，获得室内温度T1和回风温度T2；并根据式(6)重新计算加热时间th。加热器15完成加热时间th后关闭，之后关闭送风风机18和回风阀11。
步骤5：控制器31将获取的CO2浓度C1与设定的CO2浓度Cmax进行对比，若C1＜Cmax；控制器31将获取的室内温度T1与设定的温度范围[Tmin，Tmax]进行对比，若Tmin≤T1≤Tmax；控制器31将获取的室内湿度RH1与设定的湿度范围[RHmin，RHmax]进行对比；若室内湿度RH1＜RHmin，进行加湿。控制器31运行送风风机18，启动加湿器16，打开回风阀，。
控制器31读取混风湿度传感器10获得回风湿度RH2，读取送风湿度传感器20获得送风湿度RH4；通过反馈调节，改变加湿器16功率，使送风湿度RH4调整为设定的送风湿度RHs。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中，进行循环通风。
控制器31根据时(12)计算加湿时间tw。完成加湿时间tw后，关闭加湿器31，并且关闭送风风机18和回风阀11。
Figure BDA0002379143030000121
式(12)中：H1为当前温度T1和湿度RH1下室内空气含湿量；H1′为温度T1下空气湿度为RH0时室内空气含湿量。
若C1＜Cmax，Tmin≤T1≤Tmax，室内湿度RH1＞RHmax，进行通风除湿。控制方法与步骤4-3相同。
步骤6：若C1＜Cmax，Tmin≤T1≤Tmax，RHmin≤RH1≤RHmax，控制器31计算食用菌生长数据并保存，包含食用菌呼吸热速率Rq、食用菌蒸腾速率
Figure BDA0002379143030000122
食用菌呼吸速率RCO2，并存入控制器31的数据库中。
以下提供本发明的一个应用例：
采用本发明***和方法对一种食用菌草菇子实体生长阶段的生长环境进行控制，根据有关文献和实际生产经验草菇子实体阶段适宜的环境参数为：空气温度28-32℃，空气湿度85％-95％，空气CO2浓度≤5000ppm。在夏季生产时，常由于室外环境温度过高及草菇生理活动影响，菇房内部需要进行制冷。
***设定调节后菇房内目标参数为：温度30℃，湿度90％，CO2浓度3000ppm。设定调节送风时降温温度28℃、加热温度32℃、除湿湿度70％、加湿湿度100％。
***获取到菇房环境状态为：温度33℃，湿度98％，CO2浓度5500ppm。室外空气温度35℃、湿度60％和CO2浓度500ppm。如步骤3所示，具体调控步骤如下：
1、读取到室内CO2浓度值C1>5000ppm，高于所控范围，进行CO2调控。
2、控制器31打开新风阀6，关闭回风阀11，控制送风风机18工作，进行通风。
3、控制器31读取室外温度传感器1、室外湿度传感器2和室外温度传感器3的数据，获取室外空气温度T3、湿度RH3和CO2浓度C3。
4、控制器31根据式(1)计算降低CO2浓度所需通风时间tin。
5、控制器31根据所需通风时间tin再进一步计算通风时需要的制冷量Qc，计算方法如式(2)；判断制冷量Qc≥0，启动制冷器14，将送风温度T4调节至28℃。控制器31根据式(3)计算出制冷时间tc。
6、得到所需制冷时间tc或加热时间th之后，控制器31再根据式(7)计算出通风时需要的加湿时间tw，开启加湿器16，将送风湿度RH4调节至100％，送风风机18将调整后空气送入菇房。
7、待完成上述通风时间tin后，关闭新风阀6，打开回风阀11。制冷时间tc完成后，关闭制冷器；完成加湿时间tw后，关闭加湿器。关闭送风风机18和回风阀11。完成此次调控。
***获取到菇房环境状态为：温度33℃，湿度94％，CO2浓度3000ppm。室外空气温度35℃、湿度60％和CO2浓度500ppm。如步骤4所示，具体步骤如下：
1、读取到室内温度T1高于所控范围，在进行制冷时，需考虑相对湿度的变化。
2、同时由式(9)计算空气温度调节至30℃时，预期相对湿度为100％>95％，需在调节温度时，进行通风除湿。
3、控制器31启动送风风机18，根据式(10)调节新风阀6和回风阀11开度，使外界新鲜空气和室内回风空气混合，将混风含湿量H2调整至设定的含湿量Hs。
4、在获得新风流量vin之后，控制器31根据式(11)计算通风时间tin，即新风阀开启时间；完成通风时间tin后，关闭新风阀6，打开回风阀11。
5、控制器31根据所需通风时间tin和新风流量vin，由式(2)计算通风时需要的制冷量Qc。控制器31启动制冷器14，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts。送风风机18将调整后的空气送入菇房21中。控制器31根据式(3)计算出制冷时间tc。
6、完成通风时间后，关闭新风阀6、排气阀31；完成制冷时间tc，关闭制冷器14。关闭送风风机18和回风阀11。完成此次调控。

Claims (7)

1.一种食用菌菇房环境控制***，菇房内部设有放置在两排培养架之间的室内温度传感器(24)、室内湿度传感器(25)、室内CO2传感器(26)，其特征是：在每排培养架的正上方设有一个水平的送风管(22)，送风管(22)上开有朝向两排培养架之间的通风的出气口；送风管(22)内部装有送风温度传感器(19)和送风湿度传感器(20)，送风管(22)与位于菇房外部水平布置的调风室(17)的一端连通，送风管(22)与调风室(17)的连接处装有送风风机(18)，调风室(17)的另一端与混风管(8)相连通，混风管(8)在菇房外部并且上下垂直布置，在调风室(17)和混风管(8)的连接处装有混风温度传感器(9)和混风湿度传感器(10)，调风室(17)内部设有制冷器(14)、加热器(15)和加湿器(16)；混风管(8)的上端连通水平的新风管(7)一端，新风管(7)的另一端是与外部大气相通的新风口(4)，新风口(4)内部装有新风过滤网(5)和新风阀(6)，在新风口(4)外部且靠近新风口(4)处装有室外温度传感器(1)、室外湿度传感器(2)和室外CO2浓度传感器(3)，混风管(8)的下端连接了两个回风管(13)的一端，两个回风管(13)均水平布置且伸进菇房内，一个回风管(13)位于一排培养架的正下方，每个回风管(13)上开有进气口，回风管(13)的另一端连接排气口(30)，在混风管(8)和回风管(13)的连接处设置回风过滤网(12)和回风阀(11)；排气口(30)内部设置排气单向阀(28)和排气过滤网(29)；菇房外部设置控制器(31)，控制器(31)通过信号线分别连接室外温度传感器(1)、室外湿度传感器(2)、室外CO2浓度传感器(3)、混风温度传感器(9)，混风湿度传感器(10)、送风温度传感器(19)、送风湿度传感器(20)、室内温度传感器(24)，室内湿度传感器(25)以及室内CO2传感器(26)，控制器(31)通过控制线分别连接新风阀(6)、回风阀(11)、制冷器(14)、加热器(15)、加湿器(16)和送风风机(18)。
2.一种如权利要求1所述的食用菌菇房环境控制***的控制方法，其特征是具有以下步骤：
步骤1：控制器(31)读取温度传感器(24)、室内湿度传感器(25)和室内CO2浓度传感器(26)获取到的菇房室内的空气温度T1、湿度RH1和CO2浓度C1；
步骤2：控制器(31)将CO2浓度C1与设定的CO2浓度最大值Cmax进行对比，若C1≥Cmax，表明CO2浓度过高，打开新风阀(6)，关闭回风阀(11)，控制送风风机(18)工作，进行CO2调控；
若C1＜Cmax，控制器(31)将室内温度T1与设定的温度范围[Tmin，Tmax]进行对比，若T1＜Tmin或T1＞Tmax，控制器(31)计算出空气温度T1到达设定的目标温度T0时的预测室内湿度RH；并且若T1＞Tmax，表明需要降温，控制器(31)打开回风阀(11)，控制送风风机(18)工作，启动制冷器(14)和加湿器(16)；若T1＜Tmin，表明需要升温，控制器(31)打开回风阀(11)，控制送风风机(18)工作，启动加热器(15)和加湿器(16)；
若Tmin≤T1≤Tmax；控制器(31)将室内的湿度RH1与设定的湿度范围[RHmin，RHmax]进行对比，若RH1＜RHmin，进行加湿，启动送风风机(18)和加湿器(16)，打开回风阀(11)，若RH1＞RHmax，要进行通风除湿；
步骤3：控制器(31)将预测室内湿度RH与设定的湿度范围[RHmin，RHmax]进行对比，若RHmin≤RH≤RHmax，则控制器(31)将室内温度T1与设定的温度Tmax对比，若T1＞Tmax，表明需要降温，控制器(31)打开回风阀(11)，控制送风风机(18)工作，启动制冷器(14)；若T1＜Tmax，表明需要升温，控制器(31)打开回风阀(11)，控制送风风机(18)工作，启动加热器(15)；
若RH≤RHmin，表明在进行温度调节的同时，需进行加湿调节；若RH＞RHmax，表明在进行温度调节的同时要进行通风除湿；
步骤4：若C1≤Cmax，Tmin≤T1≤Tmax且RHmin≤RH1≤RHmax，控制器(31)计算食用菌生长数据并保存。
3.根据权利要求2所述的食用菌菇房环境控制***的控制方法，其特征是：步骤2中，所述的进行CO2调控时，控制器(31)读取室外温度传感器(1)、室外湿度传感器(2)和室外温度传感器(3)的数据，获取室外空气温度T3、湿度RH3和CO2浓度C3；计算出降低CO2浓度所需通风时间tin，完成通风时间tin后，控制器(31)关闭新风阀(6)，打开回风阀(11)；
控制器(31)计算出通风时需要的制冷量Qc，判断制冷量Qc的大小，若Qc≥0，制冷器(14)启动制冷；控制器(31)读取混风温度传感器(9)获得进风温度T2，读取送风温度传感器(19)获得送风温度T4，改变制冷器(14)功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts；若Qc<0，则启动加热器(15)加热，读取混风温度传感器(9)获得回风温度T2，读取送风温度传感器(19)获得送风温度T4，改变加热器(15)功率，使送风温度T4调整为设定的送风温度Ts；
控制器(31)计算出制冷时间tc，若制冷时间tc大于通风时间tin，表明在通风完成后仍需要制冷，重新计算制冷时间，完成重新计算出的制冷时间tc后关闭制冷器(14)；
控制器(31)计算出加热时间th，若加热时间th大于通风时间tin，表明在通风完成后仍需要加热，重新计算加热时间，完成重新计算后的加热时间后关闭加热器(15)；
控制器(31)计算出通风时需要的加湿时间tw，并判断若tw<0，不启动加湿器(16)，若tw>0，则启动加湿器(16)，并读取混风湿度传感器(10)获得回风温度RH2，读取送风湿度传感器(20)获得送风温度RH4，改变加湿器(16)功率，使送风湿度RH4调整为设定的送风湿度RHs，送风风机(18)将调整后的空气送入菇房中。
4.根据权利要求3所述的食用菌菇房环境控制***的控制方法，其特征是：
所述的通风时间
Figure FDA0002379143020000031
所述的制冷量
Figure FDA0002379143020000032
所述的制冷时间
Figure FDA0002379143020000033
所述的加热时间
Figure FDA0002379143020000034
所述的加湿时间
Figure FDA0002379143020000035
C1为室内CO2浓度，C0为设定的目标CO2浓度，V为菇房室内空气体积，CO2,δ为菇房内的CO2分布不均匀参数，C1-0为出口等效CO2浓度，C3为室外CO2浓度，vin为通风流量，RCO2为食用菌呼吸速率，ρ为空气密度，Cp为空气比热容，T1为室内温度，T0为设定的菇房目标温度，T3为室外温度，T1-0为出口等效温度，Rq为食用菌呼吸热速率，h为菇房顶面和四周墙面热量损失系数，A为菇房顶面和四周墙面的总面积，λ为水分蒸发潜热，
Figure FDA0002379143020000038
为食用菌及培养料蒸腾速率，H1为室内空气含湿量，pT1为T1温度下饱和水蒸气压，p为湿空气总气压，Qδ为菇房内水蒸气分布不均匀参数，qc-in为与外界通风过程中的制冷通量，vs为送风流量，qh-in为与外界通风过程中的加热通量，H0为目标空气含湿量，H1为室内空气含湿量，H1-0为出口等效含湿量，win为与外界通风时加湿通量，wre为内部循环通风时加湿器(16)的加湿通量。
5.根据权利要求2所述的食用菌菇房环境控制***的控制方法，其特征是：步骤2中，控制器(31)根据式
Figure FDA0002379143020000036
计算出所述的空气温度T1到达设定的目标温度T0时的预测室内湿度RH，其中：
Figure FDA0002379143020000037
RH1为室内相对湿度，pT1为T1温度下饱和水蒸气压；pT0为T0温度下饱和水蒸气压；p为湿空气总气压。
6.根据权利要求2所述的食用菌菇房环境控制***的控制方法，其特征是：步骤2中，所述的通风除湿的方法是：控制器(31)读取室外温度传感器(1)和室外湿度传感器(2)的数据，获取室外空气温度T3和相对湿度RH3，启动送风风机(18)，并计算出新风流量vin和通风时间tin2，根据新风流量vin调节新风阀(6)和回风阀(11)开度，完成通风时间tin2后，关闭新风阀(6)，打开回风阀(11)。
7.根据权利要求6所述的食用菌菇房环境控制***的控制方法，其特征是：新风流量
Figure FDA0002379143020000041
通风时间
Figure FDA0002379143020000042
ρ为空气密度，V为菇房室内空气体积，H1为室内空气含湿量，H3为室外空气含湿量，vr为回风流量，H0为目标空气含湿量，H1-0为出口等效含湿量，Qδ为菇房内水蒸气分布不均匀参数，
Figure FDA0002379143020000043
为食用菌及培养料蒸腾速率。
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