濕度控制-溫室內的濕度環境與室外的環境濕度

濕度控制-溫室內的濕度環境與室外的環境濕度

　　溫室內的濕度環境與室外的環境濕度相差很大，主要表現在以下幾方面：

　?。?）空氣濕度大，溫室內空氣的絕對濕度和相對濕度一般大于露地。產生濕度大的原因主要是設施屬于準封閉系統，室內外的空氣交換受到抑制，特別是寒冷季節的夜晚，為了保溫而不通風，常出現90%--100%的高濕環境；設施內壁面、屋面、窗簾內面結露滴在作物體上，形成水滴；作物本身的結露、吐水等；白天室內溫度高、土壤蒸發和作物蒸騰大而水汽又不易逸散；室內霧靄的發生，散落在作物體上。

　?。?）設施內相對濕度的日變化大，尤其是塑料溫室，其變幅可達到20%--40%.濕度的晝夜變化，與氣溫的日變化呈相反的趨勢。在夜間，室內維持較高的濕度，有時濕空氣與冷后凝結成水滴附著在薄膜或玻璃的內表面上，或出現霧靄。日出后，室內溫度升高，溫度逐漸下降.設施內空氣濕度的日變化受天氣、加溫和通風換氣量的影響，陰天或灌水后的濕度幾乎都在90%以上。同時，還與設施的大小、結構、土壤的干濕等有關。

　　設施內由于降水被阻截，空氣交換受到抑制，設施內的水分收支與露地不同。其收支關系可以用下式表示為：

　　Ir+G+C=ET式中Ir--灌水量；G--地下水補給量；C--凝結水量；ET--土壤蒸發與作物蒸騰，即蒸散量。

　　設施內的蒸騰量與蒸發量均為露地的70%左右，甚至更小。據測定，太陽輻射較強時，平均日蒸散量為2-3mm,可見設施農業是一種節水型農業生產方式。設施內的水分收支狀況決定了土壤濕度，而土壤濕度直接影響到作物根系對水分、養分的吸收，進而影響到作物的生育和產量品質。設施內空氣濕度的大小是水分多少的反映。

　　水分不足，影響了作物細胞分離或生長，因而影響了干物質增長和分配，影響了作物的產量和品質。當植物內水分嚴重不足時，可導致氣孔關閉，妨礙二氧化碳交換，使光合作用顯著下降.通常，多數蔬菜作物光合作用的適宜的空氣相對濕度為60%-85%,低于40%或高于90%時，光合作用會受到阻礙，從而使生長發育受到不良影響。因此對溫室生產過程中空氣濕度的監測和調控，對農業生產具有現實的意義。

　　溫室環境控制的特點及其實現

　　一、溫室環境控制的發展歷史和現狀

　　溫室環境控制是設施農業最基本的技術實現形式之一，其目的就是營造作物生長適合的人工氣候環境，使作物能夠部分或者全部克服外界氣候環境和土壤因素的制約，一年四季都能生長，并且縮短生產周期，提高產量、質量，進行大規模工廠化生產。

　　溫室環境控制經歷了從僅采用單純的冬季保溫措施到對植物生長所需多個條件進行控制的發展歷程。目前荷蘭、以色列、日本等一些農業發達國家研制的溫室已經可以成功地控制植物生長的幾乎全部條件（溫度、濕度、CO2濃度、營養液、光等）.近幾年來我國各地陸續從上述國家引進了一些這樣的溫室，但是在運行中發現這些溫室普遍存在系統造價、運行費用高，不適應當地氣候，控制效果不理想等諸多問題。

　　二、溫室環境控制的特點

　　1.影響作物生長的主要因素

　　1）光照：為了使作物快速生長，必須保證作物的光照時間、光量和光質，以進行充分的光合作用。如果由于外界氣候的原因，如連續陰雨等，使作物有效光照時間縮短，應開啟人工光源以人工光照補充。

　　2）溫度：溫室中的溫度應該跟蹤每種作物生長的各個時期所要求的最佳曲線變化，為作物提供最適于其生長的環境溫度。

　　3）CO2濃度：植物進行光合作用時是吸取空氣的二氧化碳，放出氧氣。研究表明，適當提高溫室中CO2的濃度具有增加產量、提高品質的良好功效。

　　4）營養液（包括水和各種養分）：不同的作物以及作物生長周期的不同階段，對水和養分的需求有不同的要求。通過控制水質可減少病蟲害的發生；適時適量地給作物提供各種養分，可促進作物的生長。

　　5）濕度：不同的作物對空氣的濕度也有不同的要求。針對溫室中所種植的作物的特性，控制系統應當控制相應的濕度，滿足作物的要求。

　　2.溫室環境控制的特點

　　溫室環境作為一個控制對象，可以說是一個非線性、分布參數、時變、大時延、多變量耦合的復雜對象。具體分析如下：

　　1）非線性：溫室內部的氣候處于熱平衡混沌狀態，再加上作物本身的蒸騰現象，使得我們按照一般暖通工程方法無法對其建模。

　　2）分布參數：一般溫室面積都比較大，大的有幾十萬平方米，小的也有幾百平方米；在這么大的面積里，各個物理量的分布是不均勻的。比如溫度，溫室內部各點溫度都不一樣，四周一般都比中間的底，頂部和底部也有差別，其值的大小依賴于空間位置和氣流的方向等各種因素。

　　3）時變：作物在生長周期的不同階段，光合作用能力、吸熱散熱能力等均有所差別。因而，系統加熱升溫，熱量傳到溫室的各個部分需要經過一段時間的延遲，溫度才會有所提高。

　　4）大延時：對于外界所施加的作用，系統并不立即響應，而是經過一段時間的延遲才有反應。比如，對系統加熱升溫，熱量傳到溫室的各個部分需要經過一段時間的延遲，溫度才會有所提高。

　　5）多變量耦合：系統各變量之間并不是互相獨立，各個子系統的控制回路彼此耦合在一起。溫度降低，使得濕度減??；二氧化碳濃度增大，會使溫度升高；同樣，光照過多，會使溫度升高等等，不一而足。對系統任一目標的控制，都會影響到其它狀態的變化。

　　另外外界環境的作用，如春夏秋冬四季的溫度、濕度、風雨雪等氣候會對室內有顯著影響，不能僅簡單地看作是一種干擾。室內作物對溫室氣候的影響也是很大的，如作物蒸騰作用，對濕度的影響是相當大的，也不能低估。

　　3溫室環境控制系統

　　1）采用與智能方法結合的預測控制等方法

　　預測控制是處理設施園藝簡化方法無法解決的非線性大時延對象較為理想的方法。預測控制的核心前提是預測準確，現有的這些預測控制算法普遍存在著預測精度不高、反饋校正方法單調、滾動優化策略較少等問題；而且到目前為止，文獻中有關預測控制的研究報道大都是針對線性系統的，針對非線性的研究很少。

　　另外，對于設施農業系統中的大量不確定性、外界干擾以及建模誤差，如何保證控制系統的穩定性也是一個很重要的問題。為此引入智能方法，把預測控制理論與智能相結合，用預測控制的機理進行研究，建立高精度、多模態的信息預測模型以減少模型誤差，提高預測精度，實現了對系統的智能預測控制。

　　2）控制系統的實現

　　系統控制實現的前提是準確的檢測溫室各環境因子參量，采用各種智能傳感器完成室外氣象數據和室內各參數的采集工作，控制器一般采用微處理器，各控制手段起到最終執行機構的作用。

　　控制系統所要完成的任務就是在獲取室內外參數的基礎上，按照一定的控制算法去控制設備，使得溫室環境能夠跟蹤人工設定值變化，不受室外環境的影響，并能按照室外風速、風向、雨量的測定值，進行極限報警，同時采取聯動保護措施，保證系統運行的安全和可靠。

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