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基于热水加热温室的节能控制研究 刘兵徐立鸿萧蕴诗 ‘同济丈学电气工翟摹 上海200092) 搞 要本文从节能的角度提出丁一十鞍为筒化的基于热水加热量窒的动在气候摸塑，并根据此模型对 热水加热系坑进行了分析，提出了一套基于模强璜舅的节能控制的薪方怯． 美■词担室，气候模型t模型预涮，自适应模糊逻辑系统 1引言 温室是指为了克服不利的气候等自然条件的限制而采用的人工建筑，为作物生长提供 适宜的小气候环境。在设施农业发达的国家中，温室系统已得到大面积的推广和应用，温室 小气傧的建模与控制的研究也比较深入n“】。我国也先后从国外引进了～些大型连株温室。 但这些温室由于运行费用较高，经济效益并不理想，主要起示范作用。中国煤的蕴藏量丰富， 这些温室几乎无一例外都是采用燃煤的加热方式．其中运行费用的相当大的～部分被用于 温室升温所消耗的能量。以上海浦东孙桥现代农业开发区为例，该基地的温室中，在冬天仅 仅燃煤的消耗就占全部运行费用的40～50％，一个冬天大约为80万元．节约能耗已经成为 推广大型温室过程中急需解决的_l珂题。 本文从节能的角度提出了一个较为简化的基于热水加热温室的动态气候模型，并根据 此模型对热水加热系统进行了分析，提出了一套基于模型预测的节能控制的新方法． 2温室加热升温系统 加热升温系统原理图如图1所示。 田1沮塞热水升沮系统 351～ 在温室的加热系统中，三通闶得到了较广泛的使用．通过它可以实现流入温室的水温It的连 续控制。从温室中流出的水经过三通阀后分流成两部分，一部分流回锅炉重新加热，另一部 分直接向温室回流。这两部分各占的比例由0的设定值所决定。当从锅炉流出的水温瓦满 足控制的裕量时，便可实现t，的连续控制。热水流人温室后，分成两股，分别对植物的根区附 近的空气和温室的侧墙加热． 温度传感器采集锅炉水温、热水进水管水温、回水管水温，所采集到的数据传送至中央 计算机温度控制系统，系统根据温室内温度控制电动三通阀调节热水管与回水管的进水比 例，达到调节t，进而控制温室温度的目的。 3基于模型预测的模糊节能控制 3．1 温室内的气候模型 温室系统是一个各物理过程相互作用的复杂体系。并受到室外动态天气条件的影响．在 钱新林‘温室小气候动态模型的建模方法》一文中对典型的中国温室的温、湿、光及C02浓 度等要素进行了微气候观测，建立了温室气候一般动态模型，该模型可以分解成两部分，即： L—f(T．，L，gJ，u，口，t)+g(L，0，o) (1) 其中，r一模型表达式中确定性部分}g——时变非线性的不确定性部分．而 (2) f(T．，T，…q“，口，L)一Q十Q州+q+Q脚+Q栩。+Q一 其中，Q一太阳辐射能量；Q。一=能量辐射散失；Q，一地面吸收的能量；Q“。一设备加 热能iQ一=空气流通散热． ●________--●-。_●●_一 (3) g(L，丁。，P‘)一Q协，(丁。，T。)一E(e‘) (4) 是一个未知时变非线性系统，这里采用自适应模糊逻辑网络的方法对g(t，n，气)进行了 辨识。 3．2模糊节能控制方法 中国目前的大多数温室中，尤其在冬季，流出锅炉的水温是不控的，当温室内部的气温 低于设定值时，锅炉一直处于加热状态，流出锅炉的热水为极限最高温度。根据经验可知：瓦 一Ti≈15℃即可，过高的温度将造成以下两个方面的能量浪费；一是L过高使热水管道内 外温差较高。在热水传输过程中散发到外界空气中的热能将成倍增加；二是丁。过高时，如果 了．