3.4. Характеристики споруд закритого грунту та їх особливо­сті як об’єктів управління

Розробка і ефективна експлуатація систем автоматич­ного управління технологічними процесами закритого гру­нту потребує виявлення особливостей, характерних для цього типу об’єктів, побудову моделей процесів тепло- і масообміну та визначення каналів управління цими проце­сами.

Особливостями споруд закритого грунту як об’єктів управління є:

3.1. Складові енергетичного балансу споруди закритого грунту

значна кількість контро­льованих і регульованих пара­метрів, між якими існують тіс­ні взаємозв’язки;

інерційність по каналах уп­равління більше, ніж по кана­лах збурень;

об’єкт з розподіленими па­раметрами і змінною структу­рою (що пов’язано з приростом рослинної біомаси).

Метою управління є стабілізація основних технологіч­них параметрів середовища в межах, встановлених агро­технічними вимогами.

Взаємозв’язок між режимними параметрами середови­ща і потрібними для їх підтримання потоками тепла і ре­човин встановлюється за допомогою теплофізичних роз­рахунків. При цьому споруду закритого грунту розгляда­ють як єдину енергетично замкнену систему з підсистемами опалення, вентиляції і теплотехнікою огороджуючих кон­струкцій.

Схема енергетичного балансу в споруді закритого гру­нту (рис. 3.1) враховує теплові потоки, що надходять з сонячною радіацією (З_с> теплові потоки від систем обігрі­вання повітря (З_п та грунту (З_г, а також втрати тепла через огородження (Зо, через грунт <2вг, через систему вентиляції а», на випаровування вологи ф_Вв при зрошенні.

Теплота, що надходить в теплицю з сонячною радіа­цією (Зс,— найбільш значна, але найменш стабільна ком­понента в енергетичному балансі. Вона залежить від ве­ликої кількості факторів: пропускної здатності теплиці, ви­соти сонцестояння, хмарності та інших. Швидкі зміни освітленості у 5—25 разів (при змінній хмарності) створю­ють найгірший динамічний режим роботи технологічного обладнання.

Тепло, що виробляється системою обігрівання, є основ­ним управляючим впливом на об’єкт. Теплову потужність системи обігрівання повітря <3_П та грунту ф_г розраховують на найгірший температурний режим і перевіряють в умо­вах статичних (найнижча зовнішня температура) і дина­мічних (перепади освітленості) навантажень.

Теплові втрати через огородження (^₀ залежать від

площі огородження /^г, а також різниці зовнішньої 0₃ і внутрішньої 0_П температур:

де а —коефіцієнт теплопередачі огородження.

Теплові втрати через грунт (З_вг значно менші, ніж че­рез огородження. їх розраховують лише для вузької сму­ги грунту, що безпосередньо прилягає до огородження.

Втрати тепла через вентиляцію (З_в залежать від коефі­цієнта повітрообміну, швидкості вітру, зовнішньої темпера­тури та ступеня відкриття вентиляційних фрамуг.

Втрати тепла на випаровування вологи <3_ВВ значні і залежать від вологості повітря. Тому поливи і зрошення* суттєво впливають на температурний режим у теплиці.

При значному перегріванні теплиць влітку вентиляція і випарувальне охолодження використовують як найефек­тивніший спосіб управління мікрокліматом.

Як об’єкт управління, закритий грунт складається як мінімум з трьох елементів з різними теплофізичними ха­рактеристиками: огородження, повітря і грунту. Управлін­ня мікрокліматом у споруді закритого грунту передбачає управління параметрами повітряного і грунтового середо­вища з урахуванням внутрішніх і зовнішніх взаємозв’язків.

На рис. 3.2 зображена структурна схема управляючих: впливів на повітря (а) і грунт (б). Кожний з блоків ха­рактеризується великою кількістю взаємозв’язків між па­раметрами, що підлягають управлінню. Існують також не- вказані на рисунку взаємозв’язки між блоками, наприклад,, завдяки конвективному теплообміну температура грунту впливає на температуру повітря і навпаки. Крім того, жит­тєдіяльність рослин потребує певної просторово-часової уз­годженості між зміною параметрів блоків а і б.

Це надзвичайно ускладнює управління такою багато- зв’язною системою, як теплиця. Складність управління мі­крокліматом пов’язана з наявністю перехресних зв’язків

між системами регулювання, незадовільними характерис­тиками об’єкта по основних каналах управління, а також значним впливом збурень.