RU2642885C2 - Method for modelling temperature fields in light-permeable indoor structures and device for its implementation - Google Patents

Abstract

FIELD: heating system.

SUBSTANCE: method for modelling temperature fields in the light-permeable indoor structures differs in the fact that the change of the temperature fields inside the structure is carried out at the expense of man-made impact on the inner fencing surface of the light-permeable indoor structure. The man-made impact is carried out by an artificial thermal field, the level of man-made impact is regulated by the change in the magnitude of the thermal field. Device for modelling temperature fields containing protective screens, front flaps and temperature sensors, characterized in the fact that a distributed heating element is fixed on the entire inner surface of the protective screens, wherein the power of the heating element is regulated.

EFFECT: increased informativity of the received data by ensuring modelling of the external effect of air temperature on the temperature regime inside the structure.

6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области практических исследований температурных изменений в светопроницаемых культивационных сооружениях (например, пленочных теплицах, укрытиях или парниках) для выращивания теплолюбивых овощных культур при изучении тепловых полей в зоне выращивания растений.The invention relates to the field of practical research of temperature changes in translucent cultivation structures (for example, film greenhouses, shelters or hotbeds) for growing heat-loving vegetable crops when studying thermal fields in a plant growing zone.

Температурный режим в тепличных сооружениях значительно меняется от наружных условий: температуры воздуха, интенсивности солнечной радиации, скорости ветра. При высоких значениях этих параметров наступает перегрев воздуха, увеличивается градиент температуры по высоте, что отрицательно сказывается на росте и развитии растений.The temperature regime in greenhouse structures varies significantly from external conditions: air temperature, solar radiation intensity, wind speed. At high values of these parameters, overheating of the air occurs, the temperature gradient increases in height, which negatively affects the growth and development of plants.

Определение температурных полей в культивационных сооружениях и их анализ имеет пассивный характер, когда ведется лишь их регистрация в зависимости от состояния внешнего воздействия (интенсивности солнечной радиации - пасмурно, рассеянный свет, яркое солнце), изменения температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра или сочетания этих факторов и последующий анализ данных. Основной недостаток метода - локальная оценка текущего состояния, невозможность повторения результата эксперимента («нельзя дважды войти в одну и ту же воду в реке»).The determination of temperature fields in cultivation structures and their analysis is passive in nature, when only they are recorded depending on the state of external influence (intensity of solar radiation - cloudy, scattered light, bright sun), changes in outdoor temperature, wind direction and speed, or a combination of these factors and subsequent data analysis. The main disadvantage of the method is a local assessment of the current state, the impossibility of repeating the result of the experiment ("you can’t enter the same water in the river twice”).

Этот недостаток частично устраняется путем изменения температурных полей внутри культивационных сооружений с помощью различных технических средств, регистрации этих изменений и последующего анализа и обобщения полученных данных в виде различных моделей. При этом применяют несколько вариантов моделирования:This drawback is partially eliminated by changing the temperature fields inside the cultivation facilities using various technical means, recording these changes and then analyzing and summarizing the data obtained in the form of various models. In this case, several modeling options are used:

- моделирование температурных полей с помощью искусственного обогрева внутри сооружения с помощью различных систем обогрева почвы;- modeling of temperature fields using artificial heating inside the structure using various soil heating systems;

- моделирование температурных полей с помощью искусственного обогрева внутри сооружения с помощью различных тепловых ламп;- modeling of temperature fields using artificial heating inside the building using various heat lamps;

- моделирование температурных полей при различных системах естественной и искусственной вентиляции;- modeling of temperature fields in various systems of natural and artificial ventilation;

- моделирование температурных полей при различных комбинациях и сочетаниях вышеуказанных технических средств и систем.- modeling of temperature fields with various combinations and combinations of the above technical means and systems.

Основной недостаток всех перечисленных способов - они моделируют лишь различные варианты техногенного воздействия на температурные поля внутри сооружения, но не позволяют понять физику влияния внешних факторов (например, той же солнечной радиации) на формирование этих полей.The main drawback of all these methods is that they only simulate various options for technogenic impact on the temperature fields inside the structure, but they do not allow us to understand the physics of the influence of external factors (for example, the same solar radiation) on the formation of these fields.

Задачей настоящего изобретения является моделирование внешнего воздействия (в частности, солнечной радиации, реализуемой через температуру наружного воздуха) на температурный режим внутри сооружения.The objective of the present invention is to simulate the external influence (in particular, solar radiation, realized through the temperature of the outside air) on the temperature regime inside the structure.

Известен способ моделирования, обеспечивающий изменение температурных полей в пленочных теплицах за счет рециркуляционной системы вентиляции (Обеспечение равномерного температурного поля в пленочной теплице / Нестяк B.C., Иванов Г.Я., Иванов А.Г. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2002, №11. С. 31).A known modeling method that provides a change in temperature fields in film greenhouses due to a recirculation ventilation system (Ensuring a uniform temperature field in a film greenhouse / Nestyak BC, Ivanov G.Ya., Ivanov AG // Mechanization and electrification of agriculture. - 2002, No. 11. S. 31).

Его основной недостаток заключается в невозможности дифференциальной оценки внешнего (солнечной радиации) и внутреннего (система вентиляции) воздействия на температуру внутри теплицы и отсутствии технической возможности изменения параметров внешних условий.Its main drawback is the impossibility of differential assessment of external (solar radiation) and internal (ventilation system) effects on the temperature inside the greenhouse and the lack of technical ability to change the parameters of external conditions.

Наиболее близким (прототипом) к достижению поставленной задачи является моделирование условий жизнеобеспечения под защитными сооружениями экранного типа (Способ выращивания овощных культур и защитные экраны для его реализации / Арюпин В.В., Усольцев С.Ф., Ивакин О.В., Нестяк B.C. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки - 2013, - №5. С. 79-86). Суть способа заключается в следующем.The closest (prototype) to the achievement of the task is to simulate the conditions of life support under protective structures of screen type (Method for growing vegetables and protective screens for its implementation / Aryupin V.V., Usoltsev S.F., Ivakin O.V., Nestyak BC // Siberian Bulletin of Agricultural Science - 2013, - No. 5. P. 79-86). The essence of the method is as follows.

В устройстве экранного типа для защиты растений от внешних воздействий, содержащем два экрана, расположенные зеркально относительно друг друга, раздвижные торцевые стенки и датчики температуры, регистрирующие ее изменение в различных зонах подэкранного пространства в зависимости от уровня солнечной инсоляции, изменяют параметры технологического и вентиляционных проемов. Съем сигналов с датчиков осуществляется регистраторами ТРМ 138. Сигналы преобразовываются в цифровой вид и передаются в модуль сбора данных МСД 100, который с заданной периодичностью фиксирует их в файлах на карте памяти. На основании полученных данных строятся графики трендов температур, отображающие полученные результаты.In a screen-type device for protecting plants from external influences, containing two screens located mirror-relative to each other, sliding end walls and temperature sensors that record its change in different zones of the sub-screen space depending on the level of solar insolation, change the parameters of the technological and ventilation openings. The signals are removed from the sensors by the TPM 138 registrars. The signals are converted to digital form and transmitted to the MSD 100 data acquisition module, which records them in files on the memory card at a specified frequency. Based on the data obtained, temperature trend graphs are constructed that display the results.

Основной недостаток прототипа, как и всех других, - лишь регистрация внешнего воздействия на температурный режим внутри изучаемого объекта при возможности изменения техногенных параметров эксперимента (размера технологического и вентиляционных проемов).The main disadvantage of the prototype, like all others, is only the registration of external influence on the temperature regime inside the studied object with the possibility of changing the technogenic parameters of the experiment (the size of the technological and ventilation openings).

Заявляемое решение устраняет недостатки прототипа и заключается в том, что, согласно изобретению, способ моделирования температурных полей в светопроницаемых культивационных сооружениях, содержащий внешнее и внутреннее воздействие на параметры температуры, отличается тем, что изменение температурных полей внутри сооружения осуществляется за счет техногенного воздействия на внутреннюю ограждающую поверхность светопроницаемого культивационного сооружения. Внешнее воздействие задается искусственно, путем формирования по всей площади защитных экранов температурного поля, имитирующего солнечную инсоляцию, определяющую температурные поля внутри светопроницаемого сооружения. Для этого на внутренней стороне ограждающей поверхности защитного светопроницаемого сооружения по всей его площади монтируется нагревательный элемент (например, нагревательная пленка типа «обогреваемый пол»), имитирующий рассеянную солнечную радиацию. Уровень теплового воздействия (мощность нагревательного элемента) может изменяться за счет изменения вида нагревательного элемента или подаваемого напряжения. Для снижения теплопотерь наружная поверхность экранов закрывается теплоизолирующим материалом, например фольгированным пеноизолом.The claimed solution eliminates the disadvantages of the prototype and lies in the fact that, according to the invention, the method of modeling temperature fields in translucent cultivation facilities, containing external and internal effects on temperature parameters, is characterized in that the change in temperature fields inside the structure is due to anthropogenic effects on the internal enclosing surface of a translucent cultivation structure. External influence is set artificially by forming a temperature field over the entire area of the protective shields that simulates solar insolation, which determines the temperature fields inside a translucent structure. For this purpose, a heating element (for example, a heating film of the “heated floor” type) imitating scattered solar radiation is mounted on the inner side of the enclosing surface of a protective translucent structure. The level of heat exposure (power of the heating element) may vary due to a change in the type of heating element or the applied voltage. To reduce heat loss, the outer surface of the screens is covered with a heat insulating material, for example foil foamed foam.

Предлагаемое устройство для моделирования температурных полей, содержащее защитные экраны, торцевые заслонки и датчики температуры, согласно изобретению, отличается тем, что по внутренней поверхности защитных экранов закреплен распределенный нагревательный элемент, а наружная поверхность защищена теплоизолирующим слоем, причем нагревательный элемент и теплоизолирующий слой закреплены по всей защитной поверхности. Мощность нагревательного элемента регулируется.The proposed device for modeling temperature fields, containing protective shields, end flaps and temperature sensors, according to the invention, is characterized in that a distributed heating element is fixed on the inner surface of the protective screens, and the outer surface is protected by a heat insulating layer, and the heating element and heat insulating layer are fixed throughout protective surface. The power of the heating element is adjustable.

Устройство для моделирования условий жизнеобеспечения растений представлено на фигурах 1 и 2, где приняты следующие обозначения:A device for modeling the conditions of plant life is presented in figures 1 and 2, where the following notation:

1 - защитный экран;1 - a protective screen;

2 - нагревательный элемент;2 - heating element;

3 - теплоизолирующий слой;3 - heat insulating layer;

4 - торцевая заслонка;4 - end flap;

5 - решетка;5 - a lattice;

6 - датчик температуры6 - temperature sensor

Устройство выполнено в виде двух защитных экранов 1, изготовленных из светопроницаемого материала и установленных оппозитно друг другу внутренними поверхностями с технологическим проемом, определяемым расстоянием между рядами растений и параметрами защитных экранов. На внутренней поверхности защитных экранов 1 закреплен нагревательный элемент 2, имитирующий воздействие солнечной радиации. Регулирование мощности нагревательного элемента 2 осуществляется автотрансформатором (на фигурах не показано), путем изменения напряжения. Наружная поверхность защитных экранов 1 закрыта теплоизолирующим слоем 3 для снижения потерь тепла в эксперименте.The device is made in the form of two protective shields 1 made of translucent material and installed opposite to each other by internal surfaces with a technological opening determined by the distance between the rows of plants and the parameters of the protective shields. A heating element 2 is mounted on the inner surface of the protective shields 1, simulating the effect of solar radiation. The power control of the heating element 2 is carried out by an autotransformer (not shown in the figures), by changing the voltage. The outer surface of the protective shields 1 is covered by a heat-insulating layer 3 to reduce heat loss in the experiment.

На торцах устройства смонтированы торцевые заслонки 4 с возможностью изменения размера вентиляционного проема.At the ends of the device mounted end flaps 4 with the ability to change the size of the ventilation opening.

Внутри подэкранного пространства на специальной решетке 5 установлены датчики температуры 6. Съем сигналов с датчиков и их преобразование в цифровой вид осуществляется, как и в прототипе, специальным оборудованием (регистраторами ТРМ 138 и модулем сбора данных МСД 100, на фигурах не показано).Inside the subscreen space, temperature sensors 6 are installed on a special grill 5. The signals are removed from the sensors and converted to digital form, as in the prototype, using special equipment (TRM 138 recorders and MSD 100 data acquisition module, not shown in the figures).

Используется предлагаемое изобретение следующим образом.Used the invention as follows.

Для моделирования различных условий внешнего воздействия (уровня солнечной инсоляции) с помощью автотрансформатора изменяется удельная мощность нагревательного элемента 2, закрепленного на внутренней поверхности защитных экранов 1. Уровень вентиляции изменяется размером технологического проема и величиной вентиляционных проемов торцевых заслонок 4. Изменения температуры в подэкранном пространстве регистрируются датчиками температуры 6, смонтированными на решетке 5. Полученные данные снимаются регистраторами ТРМ 138, преобразовываются в цифровой вид и передаются в модуль сбора данных МСД 100, который с заданной периодичностью фиксирует их в файлах на карте памяти. На основании полученных данных строятся графики трендов температур, отображающие полученные результаты.To simulate various environmental conditions (solar insolation level) using an autotransformer, the specific power of the heating element 2, mounted on the inner surface of the protective screens 1, is changed. The ventilation level is changed by the size of the technological opening and the size of the ventilation openings of the end flaps 4. Temperature changes in the subscreen space are recorded by sensors temperature 6 mounted on the grate 5. The data obtained are recorded by the registrars TPM 138, I convert camping into digital form and transferred to the MSD data acquisition module 100 which captures a predetermined periodicity them in files on the memory card. Based on the data obtained, temperature trend graphs are constructed that display the results.

Claims (6)

1. Способ моделирования температурных полей в светопроницаемых культивационных сооружениях, содержащий внешнее и внутреннее воздействие на параметры температуры, отличающийся тем, что изменение температурных полей внутри сооружения осуществляется за счет техногенного воздействия на внутреннюю ограждающую поверхность светопроницаемого культивационного сооружения.1. A method for simulating temperature fields in translucent cultivation facilities, containing external and internal effects on temperature parameters, characterized in that the change in temperature fields inside the structure is due to anthropogenic effects on the inner enclosing surface of the translucent cultivation structure. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что техногенное воздействие осуществляется искусственным тепловым полем.2. The method according to p. 1, characterized in that the anthropogenic impact is carried out by an artificial thermal field. 3. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что уровень техногенного воздействия регулируется изменением величины теплового поля.3. The method according to PP. 1, 2, characterized in that the level of anthropogenic impact is regulated by a change in the magnitude of the thermal field. 4. Устройство для моделирования температурных полей, содержащее защитные экраны, торцевые заслонки и датчики температуры, отличающееся тем, что по внутренней поверхности защитных экранов закреплен распределенный нагревательный элемент, а наружная поверхность защищена теплоизолирующим слоем.4. A device for simulating temperature fields containing protective shields, end flaps and temperature sensors, characterized in that a distributed heating element is fixed on the inner surface of the protective shields, and the outer surface is protected by a heat insulating layer. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что нагревательный элемент и теплоизолирующий слой закреплены по всей защитной поверхности.5. The device according to p. 4, characterized in that the heating element and the insulating layer are fixed over the entire protective surface. 6. Устройство по пп. 4, 5, отличающееся тем, что мощность нагревательного элемента регулируется.6. The device according to paragraphs. 4, 5, characterized in that the power of the heating element is adjustable.

Images