濕度控制-溫室內的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度

濕度控制-溫室內的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度

　　溫室內的濕度環(huán)境與室外的環(huán)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(chǎn)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(fēng)，常出現90%--100%的高濕環(huán)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(fā)和作物蒸騰大而水汽又不易逸散；室內霧靄的發(fā)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(shí)濕空氣與冷后凝結成水滴附著(zhù)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(fēng)換氣量的影響，陰天或灌水后的濕度幾乎都在90%以上。同時(shí)，還與設施的大小、結構、土壤的干濕等有關(guān)。

　　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(guān)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(fā)與作物蒸騰，即蒸散量。

　　設施內的蒸騰量與蒸發(fā)量均為露地的70%左右，甚至更小。據測定，太陽(yáng)輻射較強時(shí)，平均日蒸散量為2-3mm,可見(jiàn)設施農業(yè)是一種節水型農業(yè)生產(chǎn)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(jìn)而影響到作物的生育和產(chǎn)量品質(zhì)。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(cháng)，因而影響了干物質(zhì)增長(cháng)和分配，影響了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。當植物內水分嚴重不足時(shí)，可導致氣孔關(guān)閉，妨礙二氧化碳交換，使光合作用顯著(zhù)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(shí)，光合作用會(huì )受到阻礙，從而使生長(cháng)發(fā)育受到不良影響。因此對溫室生產(chǎn)過(guò)程中空氣濕度的監測和調控，對農業(yè)生產(chǎn)具有現實(shí)的意義。

　　溫室環(huán)境控制的特點(diǎn)及其實(shí)現

　　一、溫室環(huán)境控制的發(fā)展歷史和現狀

　　溫室環(huán)境控制是設施農業(yè)最基本的技術(shù)實(shí)現形式之一，其目的就是營(yíng)造作物生長(cháng)適合的人工氣候環(huán)境，使作物能夠部分或者全部克服外界氣候環(huán)境和土壤因素的制約，一年四季都能生長(cháng)，并且縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量、質(zhì)量，進(jìn)行大規模工廠(chǎng)化生產(chǎn)。

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

　　二、溫室環(huán)境控制的特點(diǎn)

　　1.影響作物生長(cháng)的主要因素

　　1）光照：為了使作物快速生長(cháng)，必須保證作物的光照時(shí)間、光量和光質(zhì)，以進(jìn)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(shí)間縮短，應開(kāi)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(cháng)的各個(gè)時(shí)期所要求的最佳曲線(xiàn)變化，為作物提供最適于其生長(cháng)的環(huán)境溫度。

　　3）CO2濃度：植物進(jìn)行光合作用時(shí)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(chǎn)量、提高品質(zhì)的良好功效。

　　4）營(yíng)養液（包括水和各種養分）：不同的作物以及作物生長(cháng)周期的不同階段，對水和養分的需求有不同的要求。通過(guò)控制水質(zhì)可減少病蟲(chóng)害的發(fā)生；適時(shí)適量地給作物提供各種養分，可促進(jìn)作物的生長(cháng)。

　　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(mǎn)足作物的要求。

　　2.溫室環(huán)境控制的特點(diǎn)

　　溫室環(huán)境作為一個(gè)控制對象，可以說(shuō)是一個(gè)非線(xiàn)性、分布參數、時(shí)變、大時(shí)延、多變量耦合的復雜對象。具體分析如下：

　　1）非線(xiàn)性：溫室內部的氣候處于熱平衡混沌狀態(tài)，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(wú)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(wàn)平方米，小的也有幾百平方米；在這么大的面積里，各個(gè)物理量的分布是不均勻的。比如溫度，溫室內部各點(diǎn)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(lài)于空間位置和氣流的方向等各種因素。

　　3）時(shí)變：作物在生長(cháng)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(gè)部分需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲，溫度才會(huì )有所提高。

　　4）大延時(shí)：對于外界所施加的作用，系統并不立即響應，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(gè)部分需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲，溫度才會(huì )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(gè)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(huì )使溫度升高；同樣，光照過(guò)多，會(huì )使溫度升高等等，不一而足。對系統任一目標的控制，都會(huì )影響到其它狀態(tài)的變化。

　　另外外界環(huán)境的作用，如春夏秋冬四季的溫度、濕度、風(fēng)雨雪等氣候會(huì )對室內有顯著(zhù)影響，不能僅簡(jiǎn)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(huán)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(jiǎn)化方法無(wú)法解決的非線(xiàn)性大時(shí)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(zhù)預測精度不高、反饋校正方法單調、滾動(dòng)優(yōu)化策略較少等問(wèn)題；而且到目前為止，文獻中有關(guān)預測控制的研究報道大都是針對線(xiàn)性系統的，針對非線(xiàn)性的研究很少。

　　另外，對于設施農業(yè)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(gè)很重要的問(wèn)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(jìn)行研究，建立高精度、多模態(tài)的信息預測模型以減少模型誤差，提高預測精度，實(shí)現了對系統的智能預測控制。

　　2）控制系統的實(shí)現

　　系統控制實(shí)現的前提是準確的檢測溫室各環(huán)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(wù)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(huán)境能夠跟蹤人工設定值變化，不受室外環(huán)境的影響，并能按照室外風(fēng)速、風(fēng)向、雨量的測定值，進(jìn)行極限報警，同時(shí)采取聯(lián)動(dòng)保護措施，保證系統運行的安全和可靠。

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