时间：2014-09-30 09:59:31   浏览：

  设施农业已经发展了上百年的时间自20世纪60年代开始，为了提高经济效益，温室生产越来越注重自动化生产与管理。温室环境模型和作物生长模型是实现温室自动化生产与管理的重要基础。而温室小气候环境是影响作物生长和产量的主要条件之一，是温室系统的直接控制对象。建立一个具有较高模拟精度的温室环境模型对实现温室系统的优化与控制具有重要意义。自20世纪60年代开始，人们就对温室环境变化展开了深入的研究，试图建立起相应的环境模型用于温室的管理和结构设计。由于在早期建设的农业温室中生产所需的能量基本上来自太阳辐射，而不同地区气候差异较大，温室的结构设计和材料对室内环境影响很大。温室环境模型主要用于研究不同结构和材料对温室环境的影响以便指导温室的结构设计和材料选择，而对温室整体环境的模拟精度要求不高，而且大多数是针对某一环境因子（例如温度）进行的，因此模型主要以静态模型为主。随着材料科学的发展和结构设计新理念的提出，用静态模型来研究材料和结构对温室保温性能的影响一直在进行。出于对作物产量精确模拟的需要，作物生长与产量模型对温室气候预测的要求越来越高，简单的静态模型已不能满足产量模拟的要求。此时，人们开始了温室环境动态建模的探索。Bot从温室的结构、朝向以及太阳高度等方面深入研究了太阳辐射在温室中的分布和吸收，并详细研究了温室通风口的开窗位置、形状和大小对温室通风的影响，建立了一个机理比较充分的温室环境动态模型。这些研究成果对后来的温室环境模型研究起到了非常重要的作用，很多模型都在这些研究的基础上建立起来的。
受资金和技术条件的限制，早期温室大多没有配备气候调节设备的日光温室，温室小气候的变化主要受室外天气变化的影响，在建模过程中不需要考虑气候调节设备动作的问题。然而，温室环境的主动调节是改善作物生长所需气候条件、提高作物产量的重要手段，在温室生产中越来越受到人们的重视。随着技术的进步和投资条件的改善，加热、通风和喷雾等各种气候调节设备也开始成为温室建设中必不可少的配置。这些气候调节设备的配备使得温室系统的环境变化更加复杂而多样。整个温室系统不仅包括室内外环境状态，同时也包含了气候调节设备。与此相对的是包含气候调节设备在内的温室环境模型研究却相对落后。在众多的温室环境模型中，大多只考虑了通风这一控制操作，而具有加热和喷雾等操作的温室环境模型相对较少。
  针对温室小气候控制的需求，1984 年Arinze提出了一种包括加热和通风操作的温室环境动态模型，建立了室内温度、湿度、冠层温度、覆盖层温度等环境状态的动态微分方程。为提高模拟精度，土壤被划分为多个层次，并建立了每一层土壤的温度动态变化方程。尽管模拟精度比较高，由于土壤和覆盖层被划分为多个层次，模型的阶数（即模型包含的状态微分方程个数）比较高，给环境控制器的设计带来了很大的困难。这类模型一般更注重对温室热效应的模拟，至今还在研究以适应不同地区和结构的温室。考虑到控制过程中的实际困难，Albright等在现有模型的基础上综合作物的蒸腾作用，对模型进行了简化和合并，获得了一个包含温度和湿度的二阶环境动态模型。由于模型结构简单，控制器的设计相对容易，这个模型已经被广泛用于各种温室环境控制中。类似的模型还有Bennis模型和Ferriara模型等。这类模型在温室环境控制中应用方便，计算简单，但缺点是模拟精度较差，没有充分考虑作物生长对环境的重大影响。尽管室内温度和湿度是影响作物生长的两个重要环境因子，而且早期的温室环境控制也主要针对这两个环境因子进行调节的。然而，室内的CO2浓度也是影响作物产量的关键因素，它直接影响了作物光合作用以及碳水化合物的转化。不同CO2浓度下，作物的光合作用对室内的温度和湿度的要求也不一样，此时，温湿度不一定需要调节在经验值上，在某种意义上可以降低能量的消耗（如为达到一定的光合速率，既可以调节温度也可以调节CO2浓度，或者两者同时进行调节，其控制决策的采用原则是使总成本小）。对室内CO2浓度的调节既是促进作物生长，提高作物产量的需要，同时也是降低能耗成本，改善经济效益的需要。CO2浓度动态模型的建立是保证室内CO2浓度得到精确控制的前提。Van Henten是较早研究温室系统优控制的学者。为研究以经济效益为控制目标的温室系统，他建立了一个包含室内温度、湿度和CO2浓度为状态的温室环境动态模型以及一个生菜干物质产量模型。温室环境模型中反映了光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等作物对环境变化的反馈，同时描述了作物生长所以依赖的 3 个主要环境状态，同时含有通风、加热和CO2注入等控制量。相对来说，这个模型比较简单，模型没有包含执行机构的动态性能，以加热控制为例，模型中的加热控制量是输随着温室结构设计的不断完善，装配在温室中的各种气候调控设备也逐渐增多，温室气候变化的机理过程也更为复杂，为此，De Zwart入到温室系统中的热量，然而，实际上这些热量的输入并不能立刻使得空气温度发生变化，这是因为热量有一个扩散和交换的过程，温度的变化总是要滞后于控制量的变化，而这就是执行机构动作引起的环境变化动态。要真实反映控制执行机构动作与系统状态变化之间的动态关系，模型中必须要包含执行机构的这种动态性能，例如不同的控制执行机构（例如管道热水式加热或热风机式空气加热）会导致温室系统升温速度的不同，亦即其动态模型有所不同—这也是面向控制的温室系统模型与单纯的作物生长模型或小气候环境模型的根本不同之处。提出了面向通用Venlo型商业温室的更为完善的温室环境模型以研究和分析温室生产过程中的节能策略。在这个模型中充分反映了温室内的各种热质交换，同时建立了加热系统动态模型。在这种温室中加热系统由锅炉和加热管构成，具有天窗和侧窗通风系统、喷雾降温系统和遮阳保温层控制系统。温室各种功能得到了进一步的完善，相对于早期的温室，其结构和热质交换过程也更为复杂。后来很多温室环境模型如Vanthoor模型和van Ooteghem模型都是在这个模型基础上改进和完善的。这类模型能够在很大程度上反映温室内各种因子的相互作用机理过程，相比早期的温室环境模型是一个巨大的飞跃。但其缺点是状态变量多、结构复杂，计算量大，控制器设计困难（如在文献中只能采用基于经验且较为简单的协调控制策略），控制实时性的要求难以满足。针对这个问题，Tap提出了一个包含锅炉加热系统、地面温度、室内空气温度、湿度和CO2相对于欧美国家，中国对农业温室的研究起步较晚，温室环境模型的研究基本上开始于 20 世纪90 年代初。
  由于早期的温室环境模型大多数受到地理条件和温室结构的影响，不具有普遍通用性，不能适用于中国建设的农业温室。由于受制于资金和技术等原因，中国对温室环境的研究更注重于温室结构的优化以改善温室的性能。大多数对温室环境模型的研究都是基于这个目的展开的。如佟国红等浓度的五阶非线性温室环境模型，并配合一个简化的作物生长与产量模型用于温室生产的优化与控制，取得了一定的效果，但模拟精度还是不够理想。
  以上就是河南创美农小编为大家总结的，我想大家对温室的历史有一定了解了。如果想建温室大棚，就找专业的公司，河南创美农实业有限公司，专业做温室大棚，日光温室，智能连栋温室等。详情请登录：www.chuangmeinong.com。