Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и задачи исследований &
1.1. Влияние жизнедеятельности растений на параметры микроклимата теплицы и работу технологического оборудований /2
1.2. Современное технологическое оборудование испарительного охлаждения и доуеда ненин воздуха и его режимы работы &
13. Технические средства контроля качестш работы системы испарительного охвденш-и доувлашения воздуха м
1.4. Постановка задачи и цели исследования 36
Глаш 2. Анализ режимов работы технологического оборудова Ния и средств контроля системы испарительного ох
Лаждения и доувлшений воздуха в теплице 39
2.1. Обоснование периодичности контроля процессов изменения температуры и влажности воздуха в теплице 39
2.2. Обоснование мшима ль ной длительности пауз мвду отдельными включениями форсунок u?
2.3. Теоретическое обоснование параметров средств контроля диаметра и количеств капель на пошрх-ности листа растения 59
CLASS Глава 3. Задачи, программа и методика экспериментального исследования CLASS 8
3.1. Программа экспериментального исследовшіе №
3.1.1. Параметров микроклимата в теплице и погодных условий b%
3.1.2. Производительности и дисперсности распыла форсунок при различных режимах работы
3.1.3. Скорости испарения капель с поверхности листа растения 69
3.1.4. Параметров средств контроля диаметра и количества капель о9
3.2. Методика экспериментального исследование 70
3.2.1. Параметров микроклимата и погодные условия 70
3.2.2. Методика исследования производительности и дисперсности распыла форсунок при разных режимах раоо ты , 79
3.2.3. Методика исследования скорости испарения капель влаги & &
3.2.4. Методика исследования средств контроля диаметра и количества капель на поверхности листа растения уо
Глава 4. Результаты экспериментального исследование и их анализ 97
4.1. Периодичность контроля процессов изменений температуры и блашости воздуха в теплице 97
4.2. Производительность и дисперсность распыла форсунок при различных рж1ах работы №
4.3. Скорость испарение капель влаги с поверхности Листа растений ^3
4.4. Параметры средств контроля диаметр. И количества капель на по верхности листа растение
Глава. 5. Программа-, методика и результаты опьшо-производвенной проверки системы испарительного охлаздв -
Ние и дзувлшений воздуха в теплице інч
5.1. Программа опытно производственной прошрки ^6
5.2. Методики опытно производственной проверки \ц6
5.3. Результаты опытно-производственной проверни 5й. Расчет экономического э$#екга от шедрений системы испарительного охлазденж и доувлашения воздуха в теплице 458
Выводы и предложений ' 4bd
Список использошных источников
- Влияние жизнедеятельности растений на параметры микроклимата теплицы и работу технологического оборудований
- Современное технологическое оборудование испарительного охлаждения и доуеда ненин воздуха и его режимы работы
- Обоснование периодичности контроля процессов изменения температуры и влажности воздуха в теплице
- Производительности и дисперсности распыла форсунок при различных режимах работы
Влияние жизнедеятельности растений на параметры микроклимата теплицы и работу технологического оборудований
Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования /10...18/, опыт эксплуатации теплиц /19...24/ убедительно показывает, что благоприятные условия жизнедеятельности растений, наряду с высокой культурой земледелия, являются определяющими факторами роста урожайности тепличной продукции.
Тесная взаимосвязь в замкнутом объеме теплицы между параметрами микроклимата, режимами работы оборудования и жизнедеятельностью растений требует проведения специальных исследований, целью которых является повышение эффектишости работы инженерного оборудования.
Исследование влияния ряда факторов, таких как свет, влага, температура воздуха и почвы,на рост и развитие растения проводилось в климатических камерах, фита тронах и других сооружениях с искусственным климатом. Однако, полученные при этом данные, дающие ценные сведения о влиянии отдельных факторов на жизнедеятельность растений, трудно перенести в производственные условия /10/, из-за невозможности обеспечить полную идентификацию процессов в климокамерах и реальной теплице.
Процесс фотосинтеза, определяющий рост и развитие растения может происходить с большей или меньшей скоростью в зависимости от внешних климатических условий. При этом растения создают органическое ЕЄЩЄСТБО, поглощая солнечную энергию, углекислый газ СО2 из воздуха, влагу и питательные вещества из почвы.
Если количество солнечной энергии, поглощаемой растением, зависит в первую очередь от уровня солнечной радиации, то количество поглощаемого углекислого газа, влаги и питательных веществ из почвы зависит не только от внешних метеофакторов, но и от работы технологического оборудования. Поглощаемая корневой системой влага с растворенными в ней минеральными солями используется не только для роста растения, но и регулирует его тепловой и водный режимы. Благодаря такой саморегулирующей системе растения выдерживают колебания температуры окружающего воздуха в пределах от 5 до 40С, а колебания влажности от 40 до 100$ /24...26/.
Однако колебания температуры и влажности воздуха в столь широком диапазоне вредно отражаются на росте и урожайности растений. Это объясняется тем, что низкая влажность и высокая температура воздуха приводят к уменьшению общего числа плодов, увеличению количества деформированных плодов, т.е. в общем случае уменьшается урожайность тепличных культур.
Растение и окружающая среда постоянно взаимодействуют между собой.- Любое изменение окружающих условий немедленно вызывает изменение жизнедеятельности растений. Колебания температуры и влажности окружающего воздуха приводит к изменению температуры и транспирации растения# что сказывается на интенсивности фотосинтеза за счет изменения состояния устьиц. Своими откликами на внешние условия растение стремится постоянно поддерживать процесс фотосинтеза на максимально возможном для данных условий уровне.
При высоком уровне солнечной радиации в теплые периоды года происходит повышение температуры листьев растений, но если при этом относительная влажность воздуха высокая, то удаления влаги из растений протекает спокойно. При переменной погоде невозможно обеспечить равномерное удаление влаги и поэтому возникают автоколебания в водном балансе растений, отрицательно сказывающиеся на их состоянии. Поэтому обеспечение постоянства водного режима является одной из важных предпосылок получения высоких урожаев.
Параметры микроклимата регламентируются нормами технологического проектирования /9/, в которых приведены пределы изменения температуры и влажности воздуха в теплице для разных стадий развития растений. В таблице I.I. представлены выборочные данные для I световой зоны, из которых видно, что относительная влажность воздуха в теплице должна поддерживаться в пределах 60...95$. Температура воздуха при этом равна 20...28С, т.е. в теплице колебания влажности и температуры воздуха лежат в широких пределах. Поэтому растение как бы берет на себя часть функций технологического оборудования по поддержанию параметров микроклимата и стремится компенсировать воздействие внешних факторов таким образом, чтобы процесс жизнедеятельности протекал в оптимальном для данных условий режиме. В растении существуют две системы: система поддержания температуры самого растения в оптимальных пределах при изменяющихся факторах внешней среды и система по поддержанию водного режима, исключающая перегрев и иссушение растения. Температурный и водный режим последнего обеспечивается за счет потребления воды из почвы и испарения ее через наземные органы. Причем процесс поддержания оптимального водного режима растения является доминирующим над тепловым, т.к. оно легче переносит тепловой шок, чем водный /26, 28/. Поэтому при выращивании овощей водный режим является одним из основных. Благодаря перемещению воды в растении питательные вещества поступают к различным его органам, при этом количество поглощенной растением воды значительно больше, чем требуется для перемещения питательных веществ и его роста. Другими словами, вес взрослого растения составляет только 10$ от веса потребляемой им воды. Остальная часть влаги удаляется за счет транспирации /10, 30,26/.
Современное технологическое оборудование испарительного охлаждения и доуеда ненин воздуха и его режимы работы
С целью получения информации о работе распылителей неоднократно предпринимались попытки использования различных средств контроля для измерения количества воды, осаждающейся на поверхности листа растения. Основными являются электродные датчики (типа "электронный лист", гигристор) , у которых сопротивление между электродами изменяется пропорционально количеству осажденной воды /62,70,72/. Вместе с тем, электродным датчикам присущ такой серьезный недостаток, как отложение солей за счет электролиза при прохождении электрического тока через пленку воды. Возникает необходимость через 5...10 дней очищать поверхность между электродами, используя 20% раствор соляной кислоты. В работе /73/ предлагается датчик для обнаружения конденсированной влаги, в котором электроды сделаны из смеси стекла фритта и проводников из золота. Однако при этом не исключается влияние электролиза на выходной сигнал.
Таким образом существующие датчики влажности воздуха непригодны для контроля за работой СИОД воздуха, работающих по принципу распыления годы через форсунки низкого давления, так как необходимо контролировать не только влажность Еоздухе, но и количество влаги, осажденной на поверхности листа растения, а также скорость ее испарения. Поэтому для контроля качества работы технологического оборудования СКОД воздуха необходимо разработать специальные средства контроля , позволяющие оценить количество и диаметр осажденных на поверхности листа растения капель.
В качестве средств контроля в СИОД воздуха можно использовать устройства на базе поверхностных акустических волн (ПАВ). В данных устройствах преобразуется электрический сигнал в ПАВ, которая распространяется по поверхности твердого тела и в выходном преобразователе шовь превращается в электрический сигнал. При распространении ПАВ по поверхности твердого тела происходит ее взаимодействие с окружающей средой, что вызывает изменение амплитуды или частоты выходного сигнала /74...7S/.
Высокие технологические параметры твердотельных интегральных устройств, простота конструкции и схемного решения, малые габариты, 100% повторяемость параметров при сравнительно низкой стоимости и высокой антикоррозийной стойкости позволяет применять эти устройства в качестве средств контроля количества и диаметра капель чСЕД), осажденных на поверхности листа растения и оценивать процесс их испарения с учетом параметров окружающей среды /81/.
I. Существующие системы обеспечения заданного микроклимата теплиц не позволяют поддерживать требуемые по технологическим нормам температуоно-влажностные параметры воздуха, особенно в весенне-летний период в связи с повышенным уровнем солнечной радиации. Поэтому необходимо применение специального технологического оборудования для поддержания заданных агротребованиями значений температуры и влажности воздуха.
2. Обзор литературных материалов показал, что между жизнедеятельностью растений и параметрами окружающей среды существует тесная связь, приводящая к взаимным изменениям как параметров растений, так и параметров окружающей среды. Данная связь требует постоянной коррекции режимов работы технологического оборудования обеспечения микроклимата воздуха в теплице /бб/.
3. Данной цели можно достигнуть применением сложных систем кондиционирования воздуха /52/. Однако такие системы имеют высокую стоимость и большую энергоемкость. Наиболее целесообразно применять простые и дешевые СИОД воздуха с распылением воды форсунками низкого давления, что позволяет просто и достаточно экономично обеспечивать для растений заданную температуру и влажность воздуха и исключить резкие колебания транспирации /82/.
4. Широкое внедрение СИОД воздуха сдерживается отсутствием научно-обоснованных режимов работы технологического оборудования с форсунками низкого давления, а именно: отсутствием данных по длительности цикла, исходя из случайного характера процессов изменения температуры и влажности воздуха; продолжительности пауз между отдельными включениями форсунок; количестве влаги на поверхности листа растения и времени ее испарения.
5. В настоящее время отсутствуют надежные и точные средства контроля качества работы СИОД воздуха, позволяющие определять количество и дисперсность капель на поверхности листа растения и в соответствии с этим изменять режимы работы технологического оборудования.
6. Отсутствие надежных средств контроля и работа по программе без учета случайного характера протекания процессов изменения температуры и влажности воздуха в теплице приводит к переувлажнению растений из-за неправильного выбора режимов работы СИОД воздуха.
В связи с вышеизложенным, целью данной работы является повышение эффективности работы СИОД воздуха путем обоснования режимов работы и разработки специальных средств контроля диаметра и количества капель на поверхности листа растения.
Данная цель достигается при решении следующих основных задач: 1. Установить характер процессов изменения температуры и влажности воздуха в теплице и определить периодичность их контроля. 2. Определить зависимости диаметра и количества капель на поверхности листа растения от времени работы форсунок и дать рекомендации по выбору последнего. 3. Обосновать длительность пауз между повторными включениями форсунок на основе анализа процесса испарения капель влаги с поверхности листа растения. 4. Разработать методику расчета времени испарения капель, в том числе с применением графических методов. 5. Разработать структурные и принципиальные схемы средств контроля дисперсности и количества влаги (СКД) на поверхности листа растения.
Обоснование периодичности контроля процессов изменения температуры и влажности воздуха в теплице
С целью подтверждения теоретических предпосылок, изложенных в главе 2 и обоснования режимов работы системы испарительного охлаждения и доувлажнения воздуха в теплице при проведении экспериментального исследования, решаются следующие задачи: - измеряются и регистрируются параметры микроклимата теплицы и погодных условий; - определяются качественные и количественные показатели работы форсунок; - измеряются скорости испарения капель влаги с поверхности листа растения; - определяются параметры средств контроля диаметра и количества капель на поверхности листа растения.
Экспериментальные исследования проводятся на лабораторных установках в опытной теплице НШ1ТИМЭСХ НЗ РСФСР, на стендах Всесоюзного научно-исследовательского института защиты растений и в производственной теплице совхоза Колпинокий СПО "Лето" в период с 1978 по 1983 гг.
Параметров микроклимата в теплице и погодных условий Программой исследования предусматривалось измерение следующих параметров микроклимата в теплице: - температуры и относительной влажности наружного воздуха; - температуры и относительной влажности внутреннего воздуха в опытной и контрольной теплицах; - уровня солнечной радиации; - температуры почвы в опытной и контрольной теплицах; - влажности почвы. предусматривалось определение следующих параметров: - оптимального рабочего давления; - производительности; - равномерности; - размера и формы факела распыла; - размеров капель в разных точках факела при времени работы форсунки 5, 10, 15 с. 3.1.3. Скорости испарения капель с поверхности листа растения. Программой предусматривалось определение: - времени работы форсунки; - температуры и относительной влажности воздуха в зоне растения ; - уровня солнечной радиации на поверхности листа; - температуры поверхности нижней и взрхней сторон листа; - влажности почвы; - формы и количества капель на поверхности листа; - времени испарения; - изменение диаметра и высоты капли в процессе испарения. предусматривалось определение влияния формы и количества влаги на выходной сигнал ЧЭ и скорости испарения влаги с поверхности ЧЭ. При этом измерялись следующие параметры: - форма, диаметр капли и количество влаги на 43; - изменения выходного сигнала Чд в процессе испарения капель влаги; - время работы форсунки; - время испарения влаги с ЧЭ; - температура и относительная влажность воздуха; - уровень солнечной радиации.
Датчики регистрации параметров микроклимата, согласно /35, 82,80/ располагаются по диагонали теплицы (рис.3.1). Причем, относительная влажность и температура воздуха в теплице измеряется датчиками, установленными на высоте 1,2 м от поверхности гряды. Для контроля изменения параметров по высоте в этих же точках теплицы устанавливаются термографы и гигрографы соответственно на высотах 0,2; 1,2 и 2,4 м. Измерение уровня солнечной радиации осуществляется пиранометром Енишевского и люксометром Ю-ІІб. В качестве контрольного прибора измерения температуры и относительной влажности используется психрометр Астмана М-34. Погодные условия измеряются вне теплицы. Датчики и самописцы температуры и влажности устанавливаются на расстояние 1,2 м от стенок. Измерение влажности почвы производится один раз в день. Влажность почвы определяется объемновесовым способом.
Производительности и дисперсности распыла форсунок при различных режимах работы
Блок измерения состоит из усилителя-согласователя 270 и цифрового измерительного прибора $ 203. Регистрация результатов осуществляется быстродействующим печатающим устройством Щ 68000К, состоящим из блока управления и блока печати. Скорость регистрации - 15 строк в секунду. Б одной строчке печатается шестнадцать знаков. Структурная схема К 200 представлена на рис.3.2.
Термометры сопротивления Kii... l\tr , измеряющие соответственно температуру воздуха в опытной и контрольной теплицах, температуру наружного воздуха и температуру почвы подключаются через дополнительный коммутатор на реле PI..JP7 к измерительному мосту. Сигналы разбаланса поступают на усилитель 759 (ИУІ), выход которого подключается к соответствующим входам К 200. Подобное решение позволило использовать для всех каналов измерения температуры один измерительный мост и один усилитель-преобразователь, тем самым до минимума уменьшив погрешность измерения разности температур в различных точках теплицы. Канал измерения температуры предварительно тарировался с помощью образцового моста МО-62. Затем датчики помещались в термостат, температура в котором изменялась от 5 до ч50С ступенчато, через 5С. С помощью платы подстроечных сопротивлений настраивались показания измерительного прибора, таким образом, чтобы они соответствовали измеряемой температуре с точностью + 0,2С (рис.3.3).
Влажность воздуха в опытной и контрольной теплицах измеряется с помощью гигрометра "Волна", содержащего чувствительный элемент Сна основе кварцевого резонатора с пленкой сорбента типа полиамид) и измерительный блок. Выходные сигналы с измерительных усилителей ИУ2, ИУЗ поступали на соответствующие каналы К 200.
Влажность наружного воздуха измеряется с помощью гигрометра А 280, чувствительным элементом которого является хлористо литиевый датчик (3) с диапазоном 30...90 относительной влажности, С выхода измерительного блока А 280 (4) сигнал в виде напряжения постоянного тока 0...I0 В поступает непосредственно на один из каналов К 200.
Измерение уровня солнечной радиации осуществляется с помощью пиранометров йнишевского (4...6), выходные сигналы с которых подаются на входы усилителей 7024/М (ИУ4...ИУ6), а с выхо до в усилителей на вход К 200. Пиранометр ы 4,5,6 установлены . соответственно в опытной и контрольной теплицах и снаружи теплицы. В связи с тем, что при подкормке растений, а также при химической обработке образуются вредные для датчиков влажности соединения, то в период обработки и в течение двух дней после обработки датчики влажности удалялись из теплиц, а перед их последующей установкой проводилась предварительная тарировка в соответствии с заводской инструкцией на гигрометр "Волна".
ИИС К 200 работает в циклическом режиме. Длительность цикла 5 мин. Каждый измерительный канал подключается к цифровому вольтметру на время I с. Однако, измерение осуществляется через 0,7 с после подключения измерительного канала.
Такой режим выбран из следующих условий. Задержка на 0,7 с процесса измерения позволяет избежать погрешностей от переходных процессов в измерительных и коммутационных цепях. Частота опроса I с и длительность цикла 5 мин позволяют получить для высокочастотных составляющих температуры и относительной влажности до 400 точек. Число выборок в каждом периоде (весенне-летнем, летнем и летне-осеннем) - не менее 6 /Qh/. Полученные данные обрабатываются на ЭШ.
При этом определяется среднее значение: где N - количество дискретных ординат реализации. Для построения гистограмм, определяющих время работы теплицы при различной температуре и влажности воздуха, полученные в результате эксперимента данные группируются в разряды, интервалы которых составляют 2С для температуры и h% для влажности воздуха.
