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[伟德国际-存100送38]基于热泵技术的南疆温室温度控制系统中的优化

文章出处:admin 人气:发表时间:2018-01-06 15:13
温室温度
  据温室骨架消费厂家理解,南疆温室等农业设备的需求较大,但现有的电加热温室控制方式能耗较大,影响温室的节能控制,温度控制也有待进一步优化。水源热泵技术可将水处置与温室温度控制系统分离起来,到达节能与温度优化控制的效果。针对南疆农业设备的资源应用与温度控制问题现状,应用水源热泵技术与PLC控制技术,设计出可停止自动温度调理的南疆温室内部温度智能控制系统。实验结果标明,系统设计合理,在南疆室外温度条件下,温室内部的温度控制稳定牢靠,适用性较强;在温室控制优化测试中,室内温度值稳定在±2 ℃之间,属于温室的较优控制范围;在能耗的比照上,热泵系统节能效果明显,与电加热系统相比拟,节能效果明显。
  南疆昼夜温差大,受自然条件影响,南疆当地对蔬菜的需求量较大,温室等设备农业能很好地处理本地的蔬菜供给的问题。但是,现有的大型温室控制系统中,温度、湿度等参数的控制仍有待更进一步的优化,以到达更好的温室环境效果。在温度的控制上,南疆地域现有的温室温度控制采用电加热器供热方式,能耗较大,不利于大型温室设备的构建。水源热泵技术是一种能够把水中低品位的热能提取出来,应用高品位电能将其转化为清洁能源供应设备建筑物,从而满足设备内作物生长所需求的温度。水源热泵系统具有节能环保、运转牢靠、设备投入相对较小等优点,惹起了研讨人员的普遍关注。刘明池针对连栋温室的水源热泵供暖系统停止了实测研讨[1],给出相对精确的各项热负荷参数取值,进一步考证了其可行性。王吉庆对温室停止了改造,经过强化内部掩盖保温、减少直接加热空间的方法,对温室节能效果停止了评价,与传统燃煤锅炉热水供暖相比节能了近一半[2]。陈教料就热均衡状态下地表水源热泵温室供暖系统停止了实验研讨,结果标明温室内部温度垂直散布平均,可以满足作物生长所需温度[3]。蔡军等树立了温室模型对其停止温度自动控制,到达了预期效果[4]。总之,研讨水源热泵技术可以较好地控制设备内的温度,进步温室的能源应用率,具有重要的实践意义。本文针对南疆地域的农业设备供暖与温度控制现状,设计一种可应用于智能温室温度加热控制的水源热泵控制系统,以满足智能温室的控制请求与消费理论。 
  1 总体设计思绪 
  1.1 实验温室 
  温室位于兵团第一师阿拉尔市十团国度现代农业中心区,共9连栋玻璃温室,建筑总面积为9 600 m2,呈南北走向,东西长度为120 m,南北宽度为80 m,高度为7.8 m,每跨长度为6 m,详细如图1所示。为顺应南疆昼夜温差大的气候特性,温室屋顶采用5 mm厚ATO涂膜玻璃,温室墙体采用双层5 mm厚中空钢化玻璃。室内配有保温幕,在冬季停止开启,能够很大限度减少与外界冷空气的热交流,到达良好的保温效果。温室主要是南果北种观光体验,主要分为蝴蝶兰种植区,香蕉、火龙果、木瓜等多种热带水果种植区。温室内部采用低温热水(水温55~45 ℃)镀锌圆翼散热器采暖系统作为温室的末端采暖安装。 
  1.2 温室内部热负荷计算 
  思索种植作物主要是花卉及热带水果,分离南疆地域气候特征,室内作物生长温度取18 ℃,室外计算温度取-20 ℃。温室热负主要包括:围护构造热损失、冷风浸透热损失及空中热损失三个局部。 
  2 温室控制系统设计 
  2.1 温室加热系统的设计 
  依据温室内部热负荷计算,设计采用水源热泵方式供热系统镀锌圆翼散热器散热,散热量为[400 W/m],则需求总长7 680 [m]。本系统采用直接式系统[5],整个系统构造如图2所示,主要由污水提升加压设备、阻垢设备、热泵系统和温室末端设备四大局部组成。其中热泵系统包含蒸发器、冷凝器、收缩阀、紧缩机等主要部件,紧缩机为热泵系统的中心部件,依据工艺请求,紧缩机的转速变化将使热泵系统运转加快,使温室内的温度明显进步。而温室的温度变化请求在一个可控的变化范围,作物生长时,温度请求稳定在一个温控规范值。紧缩机电机采用专用的阿特拉斯公司消费的电机,功率选择为3.2 kW,型号为Y2?32M1?2。
  2.2 温室供热控制系统设计 
  依据南疆气候条件,在白昼,日间温度较高,温度内部温度与湿度均较高,此时紧缩机工作转速处于低速运转,南疆昼夜温差较大,夜间请求紧缩机工作转速进步,对温室停止加热控制。另外,紧缩机系统转速还由污水提升泵、循环泵的请求决议。设计紧缩机的电气控制系统原理图如图3所示[6]。图3中,采用DEB200型变频器停止紧缩机转速的调理,转速的给定信号由PLC200经过采集温度信号计算给定,转速的控制由变频器S1,S2,S3,S4停止多给转速信号的选择,当PLC经过计算后,自动给定S1,S2,S3,S4高、低电平信号,由高、低电平信号组成二进制码输入变频器,变频器由此接纳转速信号。 
  2.3 温室PLC控制系统的设计 
  依据电气原理图,设计出PLC控制系统如图4所示。图4中,选择牢靠性较高的西门子PLC?200系统作为中心控制单元,其型号为S7?200 CPU224型可编程控制器。包括16位DI/DO模块与2路AI模块。由于模仿量信号较多,扩展选择8路AI/AO模块。温室内部的湿度、温度信号,蒸发器及管道内部的压力信号经过压力传感器信号输入至PLC的AI模块端,PLC内部信号经过比照、数值剖析后,依据温室的最优温度请求停止紧缩机转速信号的给定。PLC的输出继电器采用固态继电器输出,增加了PLC信号的响应速度。图4中K4和K5为变频器转速给定信号端口。 
  3 水源热泵系统的测试与实验 
  实验前,先对水源热泵系统停止测试实验,检测热泵系统的整机运转状况。先从PLC内部程序停止仿真剖析,检验软件系统的可行性,测试各部件及温室内部温湿度传感器等检测系统的牢靠性。确认软件系统准备无误后,再停止紧缩机的投入运转,然后依次启动水提升泵、循环泵。实验温室采用兵团第一师阿拉尔市十团国度现代农业中心区内部智能betvlctor伟德国际,自带各类温湿度传感器,可便当停止丈量。实验的运转时间为24 h,每小时停止一次温度与湿度的丈量,智能betvlctor伟德国际的传感器布置如图5所示。系统运转后的实验结果如表1所示。从表1能够看出,在南疆室外温度变化较大时,运用水源热泵系统能够较好地控制温室内部温度的变化,使温室内的温度在21~23 ℃范围内变化,温度值稳定在±2 ℃之间,属于温室的较优控制范围。紧缩机的电流信号较为稳定,高速与低速运转的控制性能良好,受温度稳定的影响,湿度的变化也较为稳定,处于52%~62%之间。在能耗的比照上,热泵系统节能效果明显,经过运用变频控制,使24 h内的工作总耗电量为5.5 kW·h,节能效果明显。 
  将实验前的原温室采用的电加热方式耗电量状况与增加热泵系统后的耗电量状况停止数据比照,如图6所示。从图6可知,24 h的运转时间内,热泵系统耗电量从开端的0.2 kW·h增加至5.5 kW·h;电加热系统则在24 h的运转时间段内到达了11.5 kW·h,应用热泵系统的节能效果明显。 
  4 结 论 
  针对南疆温室设备农业的现状,应用水源热泵技术,运用PLC控制技术,优化设计出可停止自动温度调理的南疆温室温度控制系统。水源热泵系统设计合理,可应用在温室的供暖处置,且温度控制稳定牢靠,适用性较强;在温室的应用上,室内温度值稳定在±2 ℃之间,属于温室的较优控制范围,紧缩机的电流信号较为稳定,高速与低速运转的控制性能良好;在能耗的比照上,热泵系统节能效果明显,经过运用变频控制,使24 h内的工作总耗电量为5.5 kW·h,与电加热系统相比拟,节能效果明显。
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