CN112128956A - 一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，所述的精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，由至少两个送风口、两个回风口、两台辅助用风机，都斜对角配置，构成人工气候室的旋风流气流场；其温度控制，采用两级热量平衡和二变量的温控措施：第一级能量平衡，先制备冷水和热水；第二级是利用冷水或热水，平衡人工气候室与外界的热交换量；调节能量的二变量是风换热器的进水流量和进水温度；本发明推导了作物人工气候室的温控模型，为作物人工气候室的精准温控提供了理论依据；提出温控必须依据的三个信号：太阳辐射、围护结构传热流量和室内温度，并提供对应的温差值；介绍了实施例；本发明的理论和技术的创新，有重要意义和实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及气候室领域，具体为一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室。
背景技术
植物生长受多种环境因子：光照、温度、相对湿度、二氧化碳等的影响，为了加快现代农业的进度，广泛应用作物人工气候室，一种在封闭***中人工控制、改变和再现多种气象条件的实验设备，对作物的生长、开花、结实与这些因素的关系进行研究；目前的人工气候室，按结构可分为箱式、房式和混合式3种：箱式，体积小,可调性好,但工作面积一般只有几平方米，不能模拟大面积作物生产情况，不适合用于水稻良种选择；房式，为规模较大的完整建筑物，由机房、控制中心和若干个大小不等的环境控制室组成，工作面积可以是几十到几百平方米；混合室是在房式的人工气候室内再放置若干个箱室；
在水稻选育种研究中，高温对水稻的生长发育以及产量造成危害，尤其是水稻抽穗扬花阶段更为明显；近年来，极度天气频发，其中高温热害对水稻生产照成严重影响；如2013年、2016年我国江淮和长江流域高温天气使一些水稻品种结实率显著下降，造成极大的生产损失；不同水稻品种对高温敏感性不同，国内外众多研究表明高温热害对作物生长发育、个群体质量、生理特性、光合作用、品质及产量形成具有明显影响；耐热和不耐热品种之间花器官及生理特性差异显著；对于水稻耐热品种的筛选鉴定对保障粮食安全具有重要意义；为了能够加快水稻的选种进度，需要建造鉴定水稻耐热性的人工气候室只能是有较大面积的房室人工气候室；然而，目前房式的人工气候室，在温度的调节上多采用房间空调方式，是通过制冷机和人工气候室内的空气循环***，根据房间温度的信号与设定温度的差值控制散热器风扇的转速，或制冷机的开停，实现人工气候室内高温空气温度的调节；室内的空气循环于制冷机的风换热器与人工气候室内的农作物间；当室内温度过高时，制冷机的风换热器为蒸发器，制冷剂蒸发温度在3-8℃左右，人工气候室内高温气体，在低温蒸发器表面会凝结析出空气中的许多水分，降低人工气候室内的湿度；另外，按制冷机的设计要求，风换热器的进、出口温差是8℃以上，而鉴定水稻耐热性的人工气候室要求在水稻稻穗层的温度均匀度在1℃范围；现有的作为人工气候室，通常的人工气候室参照房间空调的送风和回风方式只布置单送风口，送风口布置在人工气候室的一侧上方，回风就在换热器送风口的背后侧；这种送风方式在送风口前方的空气流线上温度差别比较大，冷风或热风很难在室内均匀扩散，出风口的风会因为送风口风压高于吸风口的压力，还没有与室内空气充分换热就短路回流了，难以实现室内温度场均匀，水稻稻穗层的四角是气流死角，不能充分换热，四角的温度与中央区的温度会有较大差别；也有报道，日本的作物人工气候室为改善室内空气流动方式，采用上送风，地沟回风的方式；这种送风方式如果顶上的送风口和地沟的数量足够多，能够一定上改善空气的流动均匀性，但是室内空气温度在高度层上仍然有差别，地沟是条线形，地沟两侧离地沟远处的风速小，平面层的温度均匀度难以很高，另外，地沟回风的方式，也使作物人工气候实验室的有效面积减少了。
根据以上作物人工气候室的温度调控方式，归结三个存在问题：(1)气流有死角，难以获得均匀温度场；(2)以单一的室温信号为温度调控***的启停，响应滞后于外界对人工气候室的传热量变化，特别是太阳辐照的变化；(3)以制冷机直接进行温度调控，温差过大，而且制冷机蒸发器温度过低，容易使人工气候室的湿度降低。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，可以有效提高室内温度场，特别是水稻耐热性人工气候室稻穗层的温度均匀度、温度和湿度精准达标，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，包括人工气候室、制冷供热***、人工气候室的旋风流***和温度湿度等探测与温度控制***；所述的作物人工气候室，为方形或长方形作物床，四周围至少第一墙体是玻璃墙面，其余面也可以是玻璃墙，玻璃墙用双层中空玻璃建造，第二墙体采用隔热墙体；所述的制冷供热***，包括风源热泵冷水机组，冷水箱和冷水循环泵，热水箱和热水循环泵；所述的冷水箱和热水箱，由风源热泵冷水机组制备定温冷水和定温热水；所述的人工气候室换热送风***，是包括风换热器的换热***、人工气候室的旋风流***和送风管路；所述的风换热器的换热***，包括翅管换热器、送风机和送风管路，安装于人工气候室外，送风机的进风口是人工气候室的回风口，送风机的出口由送风管路连接到翅管换热器的进风口，翅管换热器的出风口是人工气候室的送风口；所述的人工气候室的旋风流***，由至少两个送风口、两个回风口、两台辅助用轴流风机，均斜对角配置构成，所述的温度湿度探测与温度控制***，包括有人工气候室的气温、湿度，室外温度，太阳辐照强度，冷水箱水温，热水箱水温，风换热器进、出口气温的测头。
优选的，所述的人工气候室内旋风流***，所述的两个送风口开设在人工气候室在顶上方，分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，一个送风口在西南角的第一墙体上，另一个送风口在东北角的第二墙体上，或一个送风口在东南角的第一墙体上，另一个送风口在西北角的第二墙体上，原则是使两个送风口送出的风在水平面层构成旋流；所述的两个回风口，开设在人工气候室下方近地面处，也分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，所述的送风口，安装有两层的可调风向的格栅条，一层格栅条可以调节上下风向，另一层格栅条调节左右风向；所述人工气候室上分别安装又一台辅助用轴流风机。
优选的，所述的温度控制***，是两级热量平衡***和二变量温控***；所述的第一级能量平衡***，是制备冷水箱定温冷水和热水箱定温热水的制冷供热***；所述的第二级能量平衡***，是利用冷水箱或热水箱的冷量或热量，平衡人工气候室与外界的热交换量的人工气候室换热送风***；所述的第一个变量，是风换热器的进水流量变化；所述的第二个变量，是换热器的进水温度变化；所述的制冷供热***，包括风源热泵冷水机组，冷水箱，热水箱和水循环泵；所述的风源热泵冷水机组，由压缩机、水换热器、空气换热器、节流阀、四通阀组成，通过四通阀切换，可组织制冷剂的制冷循环和制热循环；制冷循环时，水换热器为蒸发器，产生冷水；制热循环时，水换热器为冷凝器，产生热水；水换热器的出水口连接水循环泵后，水循环泵的出口，分别经冷水阀F1和热水阀F3，与冷水箱和热水箱并联接；冷水箱和热水箱的一个出水口，分别连接冷水阀F2和热水阀F4后，并联接到水换热器的进水口，构成冷水循环回路和热水循环回路；所述的冷水箱和热水箱的水温，预定在比人工气候室设定的温度低10-15℃和高10-15℃。
优选的，所述的风换热器的进水温度Tw1，是通过混流泵或混流变频泵，混流泵入口连接冷、热水箱；所述的混流变频泵，是由可自动调节冷/热水比例调节阀和变频流量泵组成，也可以由冷水变频泵和热水变频流量泵组成；所用的冷/热水比例调节阀，是一种类似于澡堂喷淋器的冷/热水比例调节阀，但是由程序自动调节冷、热水的比例；或是预备几个水箱，分别装有不同水温的水，根据需求切换循环不同水温的水箱水。
优选的，所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室的温度调节，需要检测三个量：第一是人工气候室的太阳辐射热量，采用全辐射计测量，输出参数为全辐射计接收盘温度与环境定温的温差ΔTe；第二是贴壁热流计，一种能测量室内与室外通过围护结构的传热流量，输出参数为室外壁与室内壁的温差ΔT∞；第三是室内温度与设定温度的差值，记作ΔT0。
优选的，所述风换热器的冷水初始温度不低于设定室温5℃；在需要抽湿时，采用小股的分流风通过制冷除湿器结露除湿，除湿处理后干风再汇入主流循环风。
优选的，所述的温度控制***，是根据人工气候室能量平衡方程(1)，追求人工气候室温度达到并稳定于某设定值，调节对人工气候室制冷或补充热量；
式(1)中，式中，Q1表示风换热器对作物人工气候室的换热量，Q2为对作物人工气候室的换热量，约定对人工气候室的输入热量为正号，输出的热量为负号；
表示人工气候室的当量热容，是以人工气候室的空气热容为主，附带包括作为床和围护结构的热容；dT/dt为人工气候室的平均温度变化率；当温度达到稳定值时，式(1)变为，
Q1＝-Q2 (2)
式(2)说明，风换热器的热量永远与外界对人工气候室的热交换量方向相反，外界输入热量时，风换热器则送冷量，反之则反；当人工气候室的气温没有相对变化，但是只要人工气候室与外界有换热，Q2就不为0，因此Q1必须依据Q2的正、负方向和大小，启动供冷水循环或供热水循环，并调节水循环量；Q2主要由人工气候室的围护结构与外界的传热和太阳辐射传热两方面构成，
Q2＝EαA+KF(T∞-T) (3)
式(3)中等号右边的第一项为太阳辐射热量，它与太阳辐照强度E、太阳辐照面的等效吸收率α和有效照射面积A的乘积成正比，其中E与气候状态和时间有关，在引用自然太阳光照射的人工气候室，太阳辐射的能量是能量调控的重点，变化波动比较大；式(3)中等号右边的第二项为人工气候室的围护结构传热热量，K是等效的平均传热系数，F是围护面积，T∞是外环境温度，变动较大；T是人工气候室内的气温；
Q1表示风换热器对作物人工气候室的换热量
Q1＝mwcw(Tw2-Tw1)＝maca(Ta1-Ta2) (4)
式(4)中：mw、ma分别是风换热器管内的水流量、管外的风流量，单位kg/s；Tw1、Tw2分别是风换热器的进、出水温度,单位K，进水温度即冷水箱或热水箱的水温，水箱的水温基本为是恒温，由于热泵冷水机组的自动控制；Ta1、Ta2分别是风换热器的进、出水温度,单位K；cw、ca分别是水和空气的比热，单位是kJ/(kg·K)；Q1，与Q2平衡，还受风换热器传热方程，式(5)的制约，
Q＝KFΔT (5)
式(5)中：K为换热器的传热系数，K＝f(mw,ma)，是管内的水流速和管外的风流速的函数，随流速的增加而增加，特别是受管外风流速影响较大，具体值由实验测定；F为换热器的传热面积；ΔT为换热器的对数传热温差，
ΔT也会因为流速的增加而增加，因为随管内外水/风流速的增加，Ta2-Tw2减小。所以，通过调整风换热器管内水、管外风的流速能在一定程度上调整Q值的大小；在风的器的的水流量和风流量已经达到极限流量，而仍然不能满足能量平衡时，就需要调节风换热器的进水温度Tw1。
优选的，所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室的温度调节，当风换热器进、出水温度固定时，水循环量的调控函数近似表示为
式中，a、b、c是三者的比例系数，需要由照射、围护传热和室内热容在传感器上各产生1℃变化时的实际数据标定，f＝F/F0是照射面积系数，F、F0分别是实际、设定的照射面积；当式(7)的等号右边总和，(afΔTe+bΔT∞+cΔT0)＞0，是供冷水循环；(afΔTe+bΔT∞+cΔT0)＜0，则供暖水循环。
(三)有益效果
本发明提供了一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，具备以下有益效果：
通过建立了旋风温度场的概念和具体技术方案，提高了人工气候室温度场的均匀性；首次提出了二变量，即用换热器的进水和进风的流量变化，与进水温度的变化，调整对人工气候室的能量平衡策略，既可以大流量大温差快速应对人工气候室的能量失衡，又可以用小流量小温差减少人工气候室的温度波动，提高了温控的速度和精度；建立了人工气候室能量平衡和传热的方程组，首次关注了温度控制的热容影响和温度控制的滞后性问题；提出人工气候室三个温控的指标参数：太阳辐射热量、围护结构的输入输出热量和人工气候室的温度，改变了传统温度调控仅仅依靠人工气候室的温度单一参数模式；并且给出太阳辐射热量的测试手段和提取的输出辐射温差信号ΔTe；也给出了测量室内与室外通过围护结构的传热流量的方法，转换为室外与室内的温差信号，记作ΔT∞；第三是室内温度与设定温度的差值，记作ΔT0。建立了温控调节换热器水流量与三个温控的指标参数的函数关系，为智能调控人工气候室温度提供了理论基础克服了服现有作物人工气候室的送风方式，不能创造满足鉴定水稻耐热性人工气候室的精准控制稻穗层的温度和湿度要求的不足的问题，使得人工作物气候室可以有效提高室内温度场，特别是水稻耐热性人工气候室稻穗层的温度均匀度、温度和湿度精准达标。
附图说明
图1为本发明人工作物气候室的整体结构示意图；
图2为本发明人工作物气候室的俯视图和正视图(上图为主视图，下图为俯视图)；
图3为本发明人工作物气候室的制冷供热***和热水循环***的流程示意图。
图中：1人工气候室、2玻璃斜坡顶、3第一墙体、4第二墙体、5透明视窗、6第一翅管换热器、7第一送风机、8空气换热器、9第二翅管换热器、10第二送风机、11第一轴流风机、12第二轴流风机、13水箱、14水循环泵、15作物床、16第一玻璃墙、17第二玻璃墙、18第一回风口、19第二回风口、20第一送风口、21第二送风口、22水换热器23压缩机、24节流阀、25四通阀、26混流变频泵、27比例调节阀、28风换热器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本发明实施例提供一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，由图1、图2和图3共同说明，图2上图为作物人工气候室的正视图，下图为俯视图；一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，包括有作物人工气候室1、制冷供热***图3的A、人工气候室换热送风***和温度湿度等探测与温度控制***；作物人工气候室1为方形或长方形作物床15，玻璃斜坡顶2的正南北向作物人工气候室，玻璃斜坡顶2斜坡是北高南低，四周围至少第二墙体4是玻璃墙面，东西两面墙分别为第一玻璃墙16和第二玻璃墙17，玻璃墙用双层中空玻璃建造第一墙体3采用隔热墙体；制冷供热***，参见图2，包括风源热泵冷水机组A，水箱13、和水循环泵14；冷水箱和热水箱，由风源热泵冷水机组A制备定温冷水和定温热水；人工气候室换热送风***，是包括风换热器的换热***、人工气候室的旋风流***和送风管路；风换热器的换热***,参见图1，包括第一翅管换热器6、第二翅管换热器9，第一送风机7、第二送风机10和送风管路，安装于人工气候室外，送风机的进风口是人工气候室的第一回风口18、第二回风口19，第一送风机7、第二送风机10的出口由送风管路连接到第一翅管换热器6、第二翅管换热器9的进风口，翅管换热器的出风口是人工气候室的第一送风口20、第二送风口21；人工气候室内旋风流***，由至少两个送风口、两个回风，两台辅助用轴流风机11、12，都斜对角配置，构成人工气候室内的旋流气流场，使人工气候室内的温度场均匀度提高；开启送风机后，人工气候室的空气就可以经由回风口18和19、风换热器28、送风口20和21、人工气候室的作物层15之间循环，再由制冷供热***提供冷量或热量，经过水箱13与翅管换热器6、9的换热水管连接的冷水或热水循环，带走或补充人工气候室温与外界的输入或输出热量，实现能量平衡，维持人工气候室设定温度和稳定；温度湿度探测与温度控制***，包括有人工气候室的气温、湿度，室外温度，太阳辐照强度，冷水箱水温，热水箱水温，风换热器进、出口气温的测头，图中未做标示。
人工气候室内旋风流***，其具体设计方案在正南北人工气候室内的组织方式是，两个送风口21、20开设在人工气候室在顶上方，分别在第一墙体4和第二墙体3的斜对角墙体上，一个送风口21在西南角的第一墙体上，另一个送风口20在东北角的第二墙体上，参见图2，原则是使两个送风口送出的风在水平面层构成旋流；两个回风口18、19，开设在人工气候室下方近地面处，也分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，每一回风口位置与对应的送风口在同一垂线上，例如送风口在西南角的第一墙体上，则对应的回风口也西南角的第一墙体体上；送风口，安装有两层的可调风向的格栅条，一层格栅条可以调节上下风向，另一层格栅条可以调节左右风向；在人工气候室稻穗层15上方0.5-1.0米处的南第二墙体对角线位，再分别安装一台辅助用轴流风机11、12，一台在西北11，风向顺西墙往南吹，另一台在东南角，风向顺东墙往北吹；由此，风换热器在人工气候室上方送出的冷气，经过两层的旋流而下，再从下方两个回风口18、19，抽送去换热，使人工气候室的温度均匀度大大提高。
实施例第一级能量平衡***，参见图3，是制备冷水箱定温冷水和热水箱定温热水的制冷供热***，包括风源热泵冷水机组A，水箱13和水循环泵14；风源热泵冷水机组A，由压缩机23、水换热器22、空气换热器8、节流阀24、四通阀25组成，通过四通阀25的切换，可组织制冷剂的制冷循环和制热循环；制冷循环时，水换热器22为蒸发器，产生冷水；制热循环时，水换热器为冷凝器，产生热水；水换热器的出水口连接水循环泵14后，水循环泵的出口，分别经冷水阀F1和热水阀F3，与水箱13并联接；水箱分为冷水箱和热水箱，冷水箱和热水箱的出水口，分别连接冷水阀F2和热水阀F4后，并联接到水换热器22的进水口，构成冷水循环回路和热水循环回路；制冷循环时，热水箱的水循环回路的热水阀F3、F4关闭；
实施例第二级能量平衡***，参见图3，是由水箱13、混流变频泵、风换热器28，组成水输送循环回路，完成第一***向第二***的能量输送；混流变频泵，是由可自动调节的冷/热水比例调节阀27和变频流量泵26组成，也可以由冷水变频泵和热水变频流量泵组成，本实施例采用第一种方式；所用的冷/热水比例调节阀，类似于澡堂喷淋器的冷/热水比例调节阀，但是可根据设定程序，自动调节冷、热水的比例；当需要给人工气候室降温时，风源热泵冷水机组处于制冷状态，如图2所示，水循环泵14、混流变频泵26开动、冷水阀F1开启，冷水阀F2关闭，热水阀F3、F4关闭，冷水经由冷水箱、混流变频泵、风换热器28、水换热器22，水循环泵14，冷水阀F1、再流回冷水箱，完成向人工气候室送冷量的过程；此时，风换热器回路的送风机开启，人工气候室的辅助用轴流风机开启；当需要给人工气候室供热时，风源热泵冷水机组处于制热状态，如图3所示，水循环泵14、混流变频泵开动、热水阀F3开启，冷水阀F1、F2关闭，热水阀F4关闭，热水经由热水箱、混流变频、风换热器28、水换热器(蒸发器)22，热水阀F3、再流回热水箱，完成向人工气候室送冷量的过程；此时，风换热器回路的送风机开启，人工气候室的辅助用轴流风机开启；冷水箱和热水箱的水温，预定在比人工气候室设定的温度低10-15℃和高10-15℃。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，包括人工气候室、制冷供热***、人工气候室的旋风流***和温度湿度等探测与温度控制***；其特征在于：所述的作物人工气候室，为方形或长方形作物床，四周围至少第一墙体是玻璃墙面，其余面也可以是玻璃墙，玻璃墙用双层中空玻璃建造，第二墙体采用隔热墙体；所述的制冷供热***，包括风源热泵冷水机组，冷水箱和冷水循环泵，热水箱和热水循环泵；所述的冷水箱和热水箱，由风源热泵冷水机组制备定温冷水和定温热水；所述的人工气候室换热送风***，是包括风换热器的换热***、人工气候室的旋风流***和送风管路；所述的风换热器的换热***，包括翅管换热器、送风机和送风管路，安装于人工气候室外，送风机的进风口是人工气候室的回风口，送风机的出口由送风管路连接到翅管换热器的进风口，翅管换热器的出风口是人工气候室的送风口；所述的人工气候室的旋风流***，由至少两个送风口、两个回风口、两台辅助用轴流风机，均斜对角配置构成，所述的温度湿度探测与温度控制***，包括有人工气候室的气温、湿度，室外温度，太阳辐照强度，冷水箱水温，热水箱水温，风换热器进、出口气温的测头。
2.根据权利要求1所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，其特征在于：所述的人工气候室内旋风流***，所述的两个送风口开设在人工气候室在顶上方，分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，一个送风口在西南角的第一墙体上，另一个送风口在东北角的第二墙体上，或一个送风口在东南角的第一墙体上，另一个送风口在西北角的第二墙体上，原则是使两个送风口送出的风在水平面层构成旋流；所述的两个回风口，开设在人工气候室下方近地面处，也分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，所述的送风口，安装有两层的可调风向的格栅条，一层格栅条可以调节上下风向，另一层格栅条调节左右风向；所述人工气候室上分别安装又一台辅助用轴流风机。
3.根据权利要求1所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，其特征在于：所述的温度控制***，是两级热量平衡***和二变量温控***；所述的第一级能量平衡***，是制备冷水箱定温冷水和热水箱定温热水的制冷供热***；所述的第二级能量平衡***，是利用冷水箱或热水箱的冷量或热量，平衡人工气候室与外界的热交换量的人工气候室换热送风***；所述的第一个变量，是风换热器的进水流量变化；所述的第二个变量，是换热器的进水温度变化；所述的制冷供热***，包括风源热泵冷水机组，冷水箱，热水箱和水循环泵；所述的风源热泵冷水机组，由压缩机、水换热器、空气换热器、节流阀、四通阀组成，通过四通阀切换，可组织制冷剂的制冷循环和制热循环；制冷循环时，水换热器为蒸发器，产生冷水；制热循环时，水换热器为冷凝器，产生热水；水换热器的出水口连接水循环泵后，水循环泵的出口，分别经冷水阀F1和热水阀F3，与冷水箱和热水箱并联接；冷水箱和热水箱的一个出水口，分别连接冷水阀F2和热水阀F4后，并联接到水换热器的进水口，构成冷水循环回路和热水循环回路；所述的冷水箱和热水箱的水温，预定在比人工气候室设定的温度低10-15℃和高10-15℃。
4.根据权利要求1所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，其特征在于：所述的风换热器的进水温度Tw1，是通过混流泵或混流变频泵，混流泵入口连接冷、热水箱；所述的混流变频泵，是由可自动调节冷/热水比例调节阀和变频流量泵组成，也可以由冷水变频泵和热水变频流量泵组成；所用的冷/热水比例调节阀，是一种类似于澡堂喷淋器的冷/热水比例调节阀，但是由程序自动调节冷、热水的比例；或是预备几个水箱，分别装有不同水温的水，根据需求切换循环不同水温的水箱水。
5.根据权利要求1所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，其特征在于：所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室的温度调节，需要检测三个量：第一是人工气候室的太阳辐射热量，采用全辐射计测量，输出参数为全辐射计接收盘温度与环境定温的温差ΔTe；第二是贴壁热流计，一种能测量室内与室外通过围护结构的传热流量，输出参数为室外壁与室内壁的温差ΔT∞；第三是室内温度与设定温度的差值，记作ΔT0。
6.根据权利要求1所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，其特征在于：所述风换热器的冷水初始温度不低于设定室温5℃；在需要抽湿时，采用小股的分流风通过制冷除湿器结露除湿，除湿处理后干风再汇入主流循环风。
7.根据权利要求1所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，其特征在于：所述的温度控制***，是根据人工气候室能量平衡方程(1)，追求人工气候室温度达到并稳定于某设定值，调节对人工气候室制冷或补充热量；
式(1)中，式中，Q1表示风换热器对作物人工气候室的换热量，Q2为对作物人工气候室的换热量，约定对人工气候室的输入热量为正号，输出的热量为负号；
表示人工气候室的当量热容，是以人工气候室的空气热容为主，附带包括作为床和围护结构的热容；dT/dt为人工气候室的平均温度变化率；当温度达到稳定值时，式(1)变为，
Q1＝-Q2 (2)
式(2)说明，风换热器的热量永远与外界对人工气候室的热交换量方向相反，外界输入热量时，风换热器则送冷量，反之则反；当人工气候室的气温没有相对变化，但是只要人工气候室与外界有换热，Q2就不为0，因此Q1必须依据Q2的正、负方向和大小，启动供冷水循环或供热水循环，并调节水循环量；Q2主要由人工气候室的围护结构与外界的传热和太阳辐射传热两方面构成，
Q2＝EαA+KF(T∞-T) (3)
式(3)中等号右边的第一项为太阳辐射热量，它与太阳辐照强度E、太阳辐照面的等效吸收率α和有效照射面积A的乘积成正比，其中E与气候状态和时间有关，在引用自然太阳光照射的人工气候室，太阳辐射的能量是能量调控的重点，变化波动比较大；式(3)中等号右边的第二项为人工气候室的围护结构传热热量，K是等效的平均传热系数，F是围护面积，T∞是外环境温度，变动较大；T是人工气候室内的气温；
Q1表示风换热器对作物人工气候室的换热量
Q1＝mwcw(Tw2-Tw1)＝maca(Ta1-Ta2) (4)
式(4)中：mw、ma分别是风换热器管内的水流量、管外的风流量，单位kg/s；Tw1、Tw2分别是风换热器的进、出水温度,单位K，进水温度即冷水箱或热水箱的水温，水箱的水温基本为是恒温，由于热泵冷水机组的自动控制；Ta1、Ta2分别是风换热器的进、出水温度,单位K；cw、ca分别是水和空气的比热，单位是kJ/(kg·K)；Q1，与Q2平衡，还受风换热器传热方程，式(5)的制约，
Q＝KFΔT (5)
式(5)中：K为换热器的传热系数，K＝f(mw,ma)，是管内的水流速和管外的风流速的函数，随流速的增加而增加，特别是受管外风流速影响较大，具体值由实验测定；F为换热器的传热面积；ΔT为换热器的对数传热温差，
ΔT也会因为流速的增加而增加，因为随管内外水/风流速的增加，Ta2-Tw2减小。所以，通过调整风换热器管内水、管外风的流速能在一定程度上调整Q值的大小；在风换的的水流量和风流量已经达到极限流量，而仍然不能满足能量平衡时，就需要调节风换热器的进水温度Tw1。
8.根据权利要求1所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，其特征在于：所述的一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室的温度调节，当风换热器进、出水温度固定时，水循环量的调控函数近似表示为
式中，a、b、c是三者的比例系数，需要由照射、围护传热和室内热容在传感器上各产生1℃变化时的实际数据标定，f＝F/F0是照射面积系数，F、F0分别是实际、设定的照射面积；当式(7)的等号右边总和，(afΔTe+bΔT∞+cΔT0)＞0，是供冷水循环；(afΔTe+bΔT∞+cΔT0)＜0，则供暖水循环。
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