СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В СВЕТОПРОНИЦАЕМЫХ КУЛЬТИВАЦИОННЫХ СООРУЖЕНИЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR MODELLING TEMPERATURE FIELDS IN LIGHT-PERMEABLE INDOOR STRUCTURES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

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.
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.
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»).
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:
- моделирование температурных полей с помощью искусственного обогрева внутри сооружения с помощью различных систем обогрева почвы;
- моделирование температурных полей с помощью искусственного обогрева внутри сооружения с помощью различных тепловых ламп;
- моделирование температурных полей при различных системах естественной и искусственной вентиляции;
- моделирование температурных полей при различных комбинациях и сочетаниях вышеуказанных технических средств и систем.
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.
Задачей настоящего изобретения является моделирование внешнего воздействия (в частности, солнечной радиации, реализуемой через температуру наружного воздуха) на температурный режим внутри сооружения.
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).
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.
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.
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.
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).
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.
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.
Устройство для моделирования условий жизнеобеспечения растений представлено на фигурах 1 и 2, где приняты следующие обозначения:
1 - защитный экран;
2 - нагревательный элемент;
3 - теплоизолирующий слой;
4 - торцевая заслонка;
5 - решетка;
6 - датчик температуры
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.
На торцах устройства смонтированы торцевые заслонки 4 с возможностью изменения размера вентиляционного проема.
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).
Используется предлагаемое изобретение следующим образом.
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.