Введение к работе
Актуальность темы. Экономическая ситуация, сложившаяся в настоящее время в России, требует от объектов хозяйственной деятельности высокого качества выпускаемой продукции, устойчивости в жестких условиях конкурентной борьбы на рынке, выполнение требований надзорных органов и строгой дисциплины при выполнении налоговых обязательств. При этом необходимо сокращать расходы и увеличивать прибыль, поэтому предприятиям важно использовать такие научно-технические разработки, применение которых позволит сократить платежи, снизить себестоимость, повысить качество продукции и повысить доходы работников.
Особенно затратным по потреблению энергии в сельском хозяйстве является производство овощей и зелени, насыщенных витаминами, в зимних условиях. Употребление в пищу импортных овощей может оказаться не всегда полезным. Кроме того, производство собственных овощей это - продовольственная безопасность региона и страны в целом. Например, ОАО ТК «Завьяловский» Удмуртской Республики обеспечивает рабочими местами местное население и является основным источником бюджетных средств муниципального образования «Завьяловский район» Удмуртской Республики (более 25%).
Значительную долю в себестоимости продукции, выращиваемой в теплицах, составляет потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Так, для обеспечения требуемых параметров микроклимата до 40% затрат финансовых средств - приходится на отопление. Вместе с этим, при повышении температуры выше требуемого значения, существующие системы управления температурным режимом, теплоту, накопленную в теплице в весенне-летний период, удаляют через вентиляционные фрамуги. Это не рационально с точки зрения энергосбережения и может снизить продуктивность в защищенном грунте за счет поступления больших масс холодного воздуха.
Поэтому разработка рационального алгоритма работы автоматических систем управления температурным режимом, который позволяет равномерно распределять тепло в зоне плодоношения биологических объектов и применить тепло, аккумулируемое в теплицах, на другие технологические процессы, является актуальным.
Цель работы заключается в снижении расхода энергетических ресурсов при работе отопительно-вентиляционных электроустановок защищенного грунта.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
повысить эффективность работы отопительно-вентиляционных электроустановок путем разработки алгоритма управления температурным режимом;
разработать математическую модель температурного режима в теплице;
теоретически и экспериментально исследовать распределение тепла в зоне плодоношения биологических объектов защищенного грунта;
провести экономическую оценку использования разработанного алгоритма управления температурного режима отопительно-вентиляционных электроустановок.
Объектом исследования является температурный режим в рабочем объеме защищенного грунта.
Предметом исследования является математическая модель управления температурным режимом в рабочем объеме защищенного грунта
Методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе применения теории тепломассообмена, вероятностей и математической статистики, интегральных преобразований и дифференциальных уравнений, прикладной и вычислительной математики, а также методов расчета отопи-тельно-вентиляционных установок.
Достоверность и обоснованность подтвердилась проверкой полученных результатов на компьютерных имитационных моделях, а так же испытаниями на действующем оборудовании систем управления температурным режимом теплиц ОАО Тепличного комбината «Завьяловский» и ООО «Цветочной компании «Лилия» Удмуртской республики.
Научную новизну работы составляют:
разработанный алгоритм управления температурным режимом ото-пительно-вентиляционными электроустановками, который позволяет понизить потребление электроэнергии, обеспечить равномерное распределение тепла в зоне плодоношения биологических объектов защищенного грунта;
предложена сравнительно простая и удобная в применении математическая модель, доказывающая положительное влияние применения алгоритма управления температурным режимом на равномерное распределение теплых воздушных масс в рабочем объеме защищенного грунта;
на основе предложенной математической модели разработана программа для управления работой отопительно-вентиляционных электроустановок и обеспечения требуемого температурного режима с помощью логических контроллеров.
Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:
проведены экспериментальные исследования, которые позволили
разработать научную основу и создать практическую базу для более
эффективного использования отопительно-вентиляционных электроус
тановок в защищенном грунте;
анализ экспериментальных исследований позволил построить диаграммы скоростей воздушных потоков, и определить влияние скорости воздушного потока на распределение тепла в рабочем объеме защищенного грунта;
предложен алгоритм управления отопительно-вентиляционными электроустановками, который позволит повысить эффективность распределения тепла в зоне плодоношения биологических объектов;
разработана программа для управления работой отопительно-
вентиляционных электроустановок и обеспечения требуемого темпера
турного режима с помощью логических контроллеров.
Реализация результатов исследований. Работа является продолжени
ем исследований вопросов теории и практики систем управления микро
климатом, в частности температурным режимом отопительно-
вентиляционных электроустановок:
разработанный алгоритм управления отопительно-вентиляционными установками внедрен в ОАО тепличный комбинат «Завьяловский» Удмуртской Республики;
разработанный алгоритм управления отопительно-вентиляционными установками внедрен в ООО «Цветочная компания «Лилия» Удмуртской Республики;
в учебном процессе студентов ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА». На защиту вынесены следующие положения:
алгоритм управления температурным режимом отопительно-вентиляционными установками для равномерного распределения тепла в зоне плодоношения биологических объектов защищенного грунта;
математическая модель и результаты эксперимента, доказывающие положительное влияние усовершенствования отопительно-вентиляционной установки на обеспечение равномерного распределения теплых воздушных масс в рабочем объеме защищенного грунта;
программа для управления работой отопительно-вентиляционных электроустановок и обеспечения требуемого температурного режима с помощью логических контроллеров.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях: «Инновации в образовании и науке», МГАУ 2009 год; «Обеспечение и рациональное использование энергетических и водных ресурсов в АПК», РГАЗУ 2009 год; Конференции молодых ученых ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА, 2008-2009 гг., публикации в журналах с 2007 по 2010 год.
Публикации. По результатам исследований опубликовано б печатных работ, в том числе 2 статьи в научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на 125 с. текста, а также 4 приложений. Список использованной литературы включает в себя 140 наименований, из кото-
рых 4 на иностранном языке. В приложениях представлены акты об использовании результатов работы, протокол экспериментов, паспорт измерительного прибора, программа ЭВМ.
