濕度控制-溫室內(nèi)的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度

　　溫室內(nèi)的濕度環(huán)境與室外的環(huán)境濕度相差很大，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

　　（1）空氣濕度大，溫室內(nèi)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(shè)施屬于準(zhǔn)封閉系統(tǒng)，室內(nèi)外的空氣交換受到抑制，特別是寒冷季節(jié)的夜晚，為了保溫而不通風(fēng)，常出現(xiàn)90%--100%的高濕環(huán)境；設(shè)施內(nèi)壁面、屋面、窗簾內(nèi)面結(jié)露滴在作物體上，形成水滴；作物本身的結(jié)露、吐水等；白天室內(nèi)溫度高、土壤蒸發(fā)和作物蒸騰大而水汽又不易逸散；室內(nèi)霧靄的發(fā)生，散落在作物體上。

　　（2）設(shè)施內(nèi)相對濕度的日變化大，尤其是塑料溫室，其變幅可達(dá)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(nèi)維持較高的濕度，有時濕空氣與冷后凝結(jié)成水滴附著在薄膜或玻璃的內(nèi)表面上，或出現(xiàn)霧靄。日出后，室內(nèi)溫度升高，溫度逐漸下降.設(shè)施內(nèi)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，還與設(shè)施的大小、結(jié)構(gòu)、土壤的干濕等有關(guān)。

　　設(shè)施內(nèi)由于降水被阻截，空氣交換受到抑制，設(shè)施內(nèi)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(jié)水量；ET--土壤蒸發(fā)與作物蒸騰，即蒸散量。

　　設(shè)施內(nèi)的蒸騰量與蒸發(fā)量均為露地的70%左右，甚至更小。據(jù)測定，太陽輻射較強時，平均日蒸散量為2-3mm,可見設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種節(jié)水型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。設(shè)施內(nèi)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(yǎng)分的吸收，進而影響到作物的生育和產(chǎn)量品質(zhì)。設(shè)施內(nèi)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(xì)胞分離或生長，因而影響了干物質(zhì)增長和分配，影響了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。當(dāng)植物內(nèi)水分嚴(yán)重不足時，可導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，妨礙二氧化碳交換，使光合作用顯著下降.通常，多數(shù)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(fā)育受到不良影響。因此對溫室生產(chǎn)過程中空氣濕度的監(jiān)測和調(diào)控，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有現(xiàn)實的意義。

　　溫室環(huán)境控制的特點及其實現(xiàn)

　　一、溫室環(huán)境控制的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

　　溫室環(huán)境控制是設(shè)施農(nóng)業(yè)最基本的技術(shù)實現(xiàn)形式之一，其目的就是營造作物生長適合的人工氣候環(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，并且縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量、質(zhì)量，進行大規(guī)模工廠化生產(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所需多個條件進行控制的發(fā)展歷程。目前荷蘭、以色列、日本等一些農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家研制的溫室已經(jīng)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(yǎng)液、光等）.近幾年來我國各地陸續(xù)從上述國家引進了一些這樣的溫室，但是在運行中發(fā)現(xiàn)這些溫室普遍存在系統(tǒng)造價、運行費用高，不適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颍刂菩Ч焕硐氲戎T多問題。

　　二、溫室環(huán)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(zhì)，以進行充分的光合作用。如果由于外界氣候的原因，如連續(xù)陰雨等，使作物有效光照時間縮短，應(yīng)開啟人工光源以人工光照補充。

　　2）溫度：溫室中的溫度應(yīng)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(huán)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(dāng)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）營養(yǎng)液（包括水和各種養(yǎng)分）：不同的作物以及作物生長周期的不同階段，對水和養(yǎng)分的需求有不同的要求。通過控制水質(zhì)可減少病蟲害的發(fā)生；適時適量地給作物提供各種養(yǎng)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(tǒng)應(yīng)當(dāng)控制相應(yīng)的濕度，滿足作物的要求。

　　2.溫室環(huán)境控制的特點

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

　　1）非線性：溫室內(nèi)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(xiàn)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(shù)：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(nèi)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(tǒng)加熱升溫，熱量傳到溫室的各個部分需要經(jīng)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(tǒng)并不立即響應(yīng)，而是經(jīng)過一段時間的延遲才有反應(yīng)。比如，對系統(tǒng)加熱升溫，熱量傳到溫室的各個部分需要經(jīng)過一段時間的延遲，溫度才會有所提高。

　　5）多變量耦合：系統(tǒng)各變量之間并不是互相獨立，各個子系統(tǒng)的控制回路彼此耦合在一起。溫度降低，使得濕度減小；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(tǒng)任一目標(biāo)的控制，都會影響到其它狀態(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)雨雪等氣候會對室內(nèi)有顯著影響，不能僅簡單地看作是一種干擾。室內(nèi)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(dāng)大的，也不能低估。

　　3溫室環(huán)境控制系統(tǒng)

　　1）采用與智能方法結(jié)合的預(yù)測控制等方法

　　預(yù)測控制是處理設(shè)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(yù)測控制的核心前提是預(yù)測準(zhǔn)確，現(xiàn)有的這些預(yù)測控制算法普遍存在著預(yù)測精度不高、反饋校正方法單調(diào)、滾動優(yōu)化策略較少等問題；而且到目前為止，文獻中有關(guān)預(yù)測控制的研究報道大都是針對線性系統(tǒng)的，針對非線性的研究很少。

　　另外，對于設(shè)施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性也是一個很重要的問題。為此引入智能方法，把預(yù)測控制理論與智能相結(jié)合，用預(yù)測控制的機理進行研究，建立高精度、多模態(tài)的信息預(yù)測模型以減少模型誤差，提高預(yù)測精度，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的智能預(yù)測控制。

　　2）控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　系統(tǒng)控制實現(xiàn)的前提是準(zhǔn)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(shù)據(jù)和室內(nèi)各參數(shù)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(zhí)行機構(gòu)的作用。

　　控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)就是在獲取室內(nèi)外參數(shù)的基礎(chǔ)上，按照一定的控制算法去控制設(shè)備，使得溫室環(huán)境能夠跟蹤人工設(shè)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，進行極限報警，同時采取聯(lián)動保護措施，保證系統(tǒng)運行的安全和可靠。

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