太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型.pdf

19 中華人民共和國(guó) 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 12 發(fā)明專利申請(qǐng) 10 申請(qǐng)公布號(hào) 43 申請(qǐng)公布日 21 申請(qǐng)?zhí)?201810803323 2 22 申請(qǐng)日 2018 07 20 71 申請(qǐng)人 中國(guó)農(nóng)業(yè)大 學(xué) 地址 100094 北京市海淀區(qū) 圓明園西路2號(hào) 申請(qǐng)人 華北電力科 學(xué)研究院有限責(zé)任公司 72 發(fā)明人 巨云濤 袁姝 劉珂 馬雅蓉 陳璨 吳林 林 劉輝 74 專利代理機(jī)構(gòu) 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事 務(wù)所 普通 合 伙 1 1201 代理人 張潤(rùn) 51 Int Cl G05B 17 02 2006 01 54 發(fā)明名稱 太陽(yáng)能熱泵 控溫的溫室大棚模型 57 摘要 本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室 大棚模型 包括 以溫室外環(huán)境因子為可測(cè)輸入 并以溫室內(nèi)溫度為輸出 分析 溫室溫度系統(tǒng)的機(jī) 理模型 以建立溫室大棚溫度系統(tǒng)模型描述溫室 內(nèi)溫度系統(tǒng) 根據(jù)平衡均相理論建立太陽(yáng)能集熱 器的兩相流模型 根據(jù)冰箱壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理建 立計(jì)算其耗功率的太陽(yáng)能熱泵壓縮機(jī)模型 建立 冷凝器模型 并根據(jù)能量守恒定律建立方程 該 模型解決由于太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度的隨機(jī)性對(duì)模型 仿真系統(tǒng)帶來(lái)的波動(dòng) 結(jié)果更符合實(shí)際情況 可 為溫室大棚規(guī)劃建設(shè)帶來(lái)便利 具有實(shí)用性與廣 泛性 簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn) 權(quán)利要求書(shū)2頁(yè) 說(shuō)明書(shū)8頁(yè) 附圖2頁(yè) CN 110737204 A 2020 01 31 CN 110737204 A 1 一種太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 包括 以溫室外環(huán)境因子為可測(cè)輸入并以溫室內(nèi)溫度為輸出 分析溫室溫度系統(tǒng)的機(jī)理模 型 以建立溫室大棚溫度系統(tǒng)模型描述溫室內(nèi)溫度系統(tǒng) 根據(jù)平衡均相理論建立太陽(yáng)能集熱器的兩相流模型 根據(jù)冰箱壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理建立計(jì)算其耗功率的太陽(yáng)能熱泵壓縮機(jī)模型 以及 建立冷凝器模型 并根據(jù)能量守恒定律建立方程 2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 還包括 根據(jù)溫室系統(tǒng)中的能量變化情況確定溫室內(nèi)部的溫度變化 所述能量變化包括顯熱交 換和潛熱交換 其中 所述顯熱交換包括入射到溫室內(nèi)的太陽(yáng)輻射能 天窗自然通風(fēng)換熱 溫室覆蓋和維護(hù)材料縫隙泄漏換熱 且所述潛熱交換包括溫室中的作物蒸騰作用 3 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 還包括 對(duì)溫室內(nèi)部建立能量平衡方程 其中 所述平衡方程為 qa q rad qven qconv qtran 其中 q a為溫室內(nèi)空氣能量的變化 q rad為射太陽(yáng)輻射能 q ven為天窗自然通風(fēng)引起的空 氣對(duì)流熱交換 q conv為韞室內(nèi)外空氣通過(guò)溫室覆蓋 圍護(hù)材料進(jìn)行的熱交換 q tran為作物蒸 騰作用消耗的潛熱 4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 其中 根據(jù)制冷劑在集熱器內(nèi)流動(dòng)所遵循的動(dòng)量守恒定律 可得 vm v f xvfg vfg v g vf 并且 由所述能量守恒定律 可得 hfg h g hf UL f h c hr 其中 P為集熱器中制冷劑的壓力 C f為摩擦阻力系數(shù) G為單位集熱面積上制冷劑的質(zhì) 流量 D i為集熱管的內(nèi)徑 v m為制冷劑均相比容 v g為制冷劑飽和氣比容 v f為制冷劑飽和液 比容 x為制冷劑干度 為集熱器中的制冷劑流量 W為集熱器板寬 F 為太陽(yáng)集熱器的效 率因子 h g為制冷劑的飽和氣焓 h f為制冷劑的飽和液焓 I為太陽(yáng)能輻射度 為透射吸收 率 U L為熱損系數(shù) h c為集熱器與周?chē)h(huán)境空氣間的對(duì)流換熱系數(shù) h r為集熱器與周?chē)h(huán)境 間的當(dāng)量輻射換熱系數(shù) T f為集熱器中制冷劑的平均溫度 T a環(huán)境溫度 5 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 還包括 在所述太陽(yáng)能輻射度視為與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量時(shí) 列寫(xiě)在能量守恒定律方程中加入 隨機(jī)量的方程 其中 W t 是一個(gè)維納過(guò)程 權(quán) 利 要 求 書(shū) 1 2 頁(yè) 2 CN 110737204 A 6 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 其中 如果所 述二階矩過(guò)程 W t t 0 滿足具有獨(dú)立增量 對(duì)任意的t s 0 增量W t W s N 0 2 t s 且 0 W 0 0 則確定為所述維納過(guò)程 7 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 所述太陽(yáng)能熱 泵壓縮機(jī)模型采用冰箱壓縮機(jī) 所述冰箱壓縮機(jī)的耗功率為 其中 P comp為壓縮機(jī)實(shí)際耗功率 為壓縮機(jī)中的制冷劑流量 P 1 P 2為分別為壓縮機(jī)吸 和排氣壓力 v 1為壓縮機(jī)吸氣比容 k為絕熱指數(shù) comp為壓縮機(jī)的總效率 8 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 其中 所述壓 縮機(jī)的制冷劑流量與所述集熱器的制冷劑流量的關(guān)系為 其中 NC為集熱器組數(shù) 9 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 所述冷凝器模 型放熱量為 其中 Q c為冷凝放熱量 h 2和h 3為冷凝進(jìn)出口制冷劑的焓值 10 根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 其特征在于 在熱泵與溫 室進(jìn)行能量交換時(shí) 溫室內(nèi)空氣能量的變化等于所述冷凝放熱量 權(quán) 利 要 求 書(shū) 2 2 頁(yè) 3 CN 110737204 A 太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 技術(shù)領(lǐng)域 0001 本發(fā)明涉及溫室大棚技術(shù)領(lǐng)域 特別涉及一種太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 背景技術(shù) 0002 周?chē)沫h(huán)境中存在著無(wú)窮無(wú)盡的低品位熱源 如空氣 水 土壤 太陽(yáng)能 工業(yè)廢熱 等 由于它們的溫度往往比較低 達(dá)不到溫室大棚對(duì)用熱的溫度要求而不能直接加以利用 而熱泵是一種能獲取低位熱能 經(jīng)過(guò)電能做功 提供可被溫室大棚所用的高位熱能的裝置 熱泵的工作原理與制冷機(jī)相同 都是按逆卡諾循環(huán)工作 根據(jù)熱源形式的不同 熱泵可分為 空氣源熱泵 水源熱泵 土壤源熱泵和太陽(yáng)能熱泵等 0003 由于化石能源給環(huán)境帶來(lái)了大量的污染 太陽(yáng)能 風(fēng)能等一次清潔能源被廣泛應(yīng) 用已成為一種趨勢(shì) 而太陽(yáng)能熱泵還未被使用在農(nóng)業(yè)溫室大棚中 溫室大棚透光 密閉 保 溫的結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)與外界氣候環(huán)境相對(duì)隔離的特殊的內(nèi)部氣候環(huán)境 它直接決定著溫室 內(nèi)作物的生長(zhǎng)狀況 從而影響溫室作物的產(chǎn)量 品質(zhì) 供應(yīng)期以及整個(gè)溫室生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效 益 發(fā)明內(nèi)容 0004 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一 0005 為此 本發(fā)明的目的在于提出一種太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 該模型具有 實(shí)用性與廣泛性 簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn) 0006 為達(dá)到上述目的 本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模 型 包括 以溫室外環(huán)境因子為可測(cè)輸入并以溫室內(nèi)溫度為輸出 分析溫室溫度系統(tǒng)的機(jī)理 模型 以建立溫室大棚溫度系統(tǒng)模型描述溫室內(nèi)溫度系統(tǒng) 根據(jù)平衡均相理論建立太陽(yáng)能 集熱器的兩相流模型 根據(jù)冰箱壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理建立計(jì)算其耗功率的太陽(yáng)能熱泵壓縮機(jī) 模型 建立冷凝器模型 并根據(jù)能量守恒定律建立方程 0007 本發(fā)明實(shí)施例的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 考慮了太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的隨機(jī) 性 可以更加真實(shí)地反映因其產(chǎn)生的溫室大棚內(nèi)溫度的波動(dòng) 并且進(jìn)一步為溫室大棚提供 了一種新的控溫途徑 為后續(xù)溫室大棚發(fā)展提供新的方向 解決由于太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度的隨 機(jī)性對(duì)模型仿真系統(tǒng)帶來(lái)的波動(dòng) 結(jié)果更符合實(shí)際情況 可為溫室大棚規(guī)劃建設(shè)帶來(lái)便利 具有實(shí)用性與廣泛性 簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn) 0008 另外 根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型還可以具有以下 附加的技術(shù)特征 0009 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 還包括 根據(jù)溫室系統(tǒng)中的能量變化情況確 定溫室內(nèi)部的溫度變化 所述能量變化包括顯熱交換和潛熱交換 其中 所述顯熱交換包括 入射到溫室內(nèi)的太陽(yáng)輻射能 天窗自然通風(fēng)換熱 溫室覆蓋和維護(hù)材料縫隙泄漏換熱 且所 述潛熱交換包括溫室中的作物蒸騰作用 0010 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 還包括 對(duì)溫室內(nèi)部建立能量平衡方程 其 說(shuō) 明 書(shū) 1 8 頁(yè) 4 CN 110737204 A 中 所述平衡方程為 0011 qa q rad qven qconv qtran 0012 其中 q a為溫室內(nèi)空氣能量的變化 q rad為射太陽(yáng)輻射能 q ven為天窗自然通風(fēng)引起 的空氣對(duì)流熱交換 q conv為韞室內(nèi)外空氣通過(guò)溫室覆蓋 圍護(hù)材料進(jìn)行的熱交換 q tran為作 物蒸騰作用消耗的潛熱 0013 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 其中 根據(jù)制冷劑在集熱器內(nèi)流動(dòng)所遵循的 動(dòng)量守恒定律 可得 0014 0015 vm v f xvfg vfg v g vf 0016 并且 由所述能量守恒定律 可得 0017 0018 hfg h g hf UL f h c hr 0019 其中 P為集熱器中制冷劑的壓力 C f為摩擦阻力系數(shù) G為單位集熱面積上制冷劑 的質(zhì)流量 D i為集熱管的內(nèi)徑 v m為制冷劑均相比容 v g為制冷劑飽和氣比容 v f為制冷劑飽 和液比容 x為制冷劑干度 為集熱器中的制冷劑流量 W為集熱器板寬 F 為太陽(yáng)集熱器 的效率因子 h g為制冷劑的飽和氣焓 h f為制冷劑的飽和液焓 I為太陽(yáng)能輻射度 為透射 吸收率 U L為熱損系數(shù) h c為集熱器與周?chē)h(huán)境空氣間的對(duì)流換熱系數(shù) h r為集熱器與周?chē)?環(huán)境間的當(dāng)量輻射換熱系數(shù) T f為集熱器中制冷劑的平均溫度 T a環(huán)境溫度 0020 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 還包括 在所述太陽(yáng)能輻射度視為與時(shí)間有 關(guān)的隨機(jī)變量時(shí) 列寫(xiě)在能量守恒定律方程中加入隨機(jī)量的方程 0021 0022 其中 W t 是一個(gè)維納過(guò)程 0023 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 如果所述二階矩過(guò)程 W t t 0 滿足具有 獨(dú)立增量 對(duì)任意的t s 0 增量W t W s N 0 2 t s 且 0 W 0 0 則確定為 所述維納過(guò)程 0024 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 所述太陽(yáng)能熱泵壓縮機(jī)模型采用冰箱壓縮 機(jī) 所述冰箱壓縮機(jī)的耗功率為 0025 0026 其中 P comp為壓縮機(jī)實(shí)際耗功率 為壓縮機(jī)中的制冷劑流量 P 1 P 2為分別為壓縮 機(jī)吸和排氣壓力 v 1為壓縮機(jī)吸氣比容 k為絕熱指數(shù) comp為壓縮機(jī)的總效率 0027 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 所述壓縮機(jī)的制冷劑流量與所述集熱器的 制冷劑流量的關(guān)系為 說(shuō) 明 書(shū) 2 8 頁(yè) 5 CN 110737204 A 0028 0029 其中 NC為集熱器組數(shù) 0030 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 所述冷凝器模型放熱量為 0031 0032 其中 Q c為冷凝放熱量 h 2和h 3為冷凝進(jìn)出口制冷劑的焓值 0033 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 在熱泵與溫室進(jìn)行能量交換時(shí) 溫室內(nèi)空氣 能量的變化等于所述冷凝放熱量 0034 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出 部分將從下面的描述中變 得明顯 或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到 附圖說(shuō)明 0035 本發(fā)明上述的和 或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得 明顯和容易理解 其中 0036 圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型的流程圖 0037 圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型的結(jié)構(gòu)圖 0038 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溫室大棚溫度系統(tǒng)模型的示意圖 0039 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的溫室大棚溫度系統(tǒng)模型的示意圖 具體實(shí)施方式 0040 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例 所述實(shí)施例的示例在附圖中示出 其中自始至終 相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件 下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的 旨在用于解釋本發(fā)明 而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制 0041 下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 0042 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型的流程圖 0043 如圖1所示 該太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型包括以下步驟 0044 在步驟S101中 以溫室外環(huán)境因子為可測(cè)輸入并以溫室內(nèi)溫度為輸出 分析溫室 溫度系統(tǒng)的機(jī)理模型 以建立溫室大棚溫度系統(tǒng)模型描述溫室內(nèi)溫度系統(tǒng) 0045 可以理解的是 以溫室外環(huán)境因子為可測(cè)輸入 以溫室內(nèi)溫度為輸出 建立溫室大 棚溫度系統(tǒng)模型描述溫室內(nèi)溫度系統(tǒng) 如圖2所示 在模塊M101中 建立溫室大棚溫度系統(tǒng) 模型 0046 具體而言 以溫室外環(huán)境因子 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 溫度 濕度 C0 2濃度 風(fēng)速和風(fēng)向 等 為可測(cè) 不可控 輸入 以溫室內(nèi)溫度為輸出 分析了溫室溫度系統(tǒng)的機(jī)理模型 經(jīng)合理 簡(jiǎn)化后 建立溫室大棚溫度系統(tǒng)模型描述溫室內(nèi)溫度系統(tǒng) 0047 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 還包括 根據(jù)溫室系統(tǒng)中的能量變化情況確 定溫室內(nèi)部的溫度變化 能量變化包括顯熱交換和潛熱交換 其中 顯熱交換包括入射到溫 室內(nèi)的太陽(yáng)輻射能 天窗自然通風(fēng)換熱 溫室覆蓋和維護(hù)材料縫隙泄漏換熱 且潛熱交換包 括溫室中的作物蒸騰作用 0048 可以理解的是 如圖3所示 溫室大棚溫度系統(tǒng)模型包括以下假設(shè) 將溫室內(nèi)部空 說(shuō) 明 書(shū) 3 8 頁(yè) 6 CN 110737204 A 氣系統(tǒng)作為一個(gè)整體 溫室系統(tǒng)中的能量變化情況決定了溫室內(nèi)部的溫度變化 能量變化 包括顯熱交換和潛熱交換 顯熱交換包括入射到溫室內(nèi)的太陽(yáng)輻射能 天窗自然通風(fēng)換熱 溫室覆蓋和維護(hù)材料縫隙泄漏換熱 潛熱交換包括溫室中的作物蒸騰作用 0049 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 還包括 對(duì)溫室內(nèi)部建立能量平衡方程 其 中 平衡方程為 0050 qa q rad qven qconv qtran 0051 其中 q a為溫室內(nèi)空氣能量的變化 q rad為射太陽(yáng)輻射能 q ven為天窗自然通風(fēng)引起 的空氣對(duì)流熱交換 q conv為韞室內(nèi)外空氣通過(guò)溫室覆蓋 圍護(hù)材料進(jìn)行的熱交換 q tran為作 物蒸騰作用消耗的潛熱 0052 具體而言 對(duì)溫室內(nèi)部建立能量平衡方程 0053 qa q rad qven qconv qtran 0054 其中 q a為溫室內(nèi)空氣能量的變化 單位為W J s 1 q rad為射太陽(yáng)輻射能 單位為 J s 1 q ven為天窗自然通風(fēng)引起的空氣對(duì)流熱交換 單位為J s 1 q conv為韞室內(nèi)外空氣通 過(guò)溫室覆蓋 圍護(hù)材料進(jìn)行的熱交換 單位為J s 1 q tran為作物蒸騰作用消耗的潛熱 單位 為J s 1 0055 0056 其中 air為空氣密度 在海拔0m 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下取1 292kg m 3 C air為空氣熱 容量 1 005kJ kg 1 K 1 V為溫室容積 單位為m 3 T in為溫室內(nèi)的溫度 單位為K t為時(shí)間 單位為s 0057 qrad Qrad Ag 0058 其中 為溫室覆蓋材料的太陽(yáng)輻射透過(guò)率 無(wú)量綱 Q rad為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 單位為 W m 2 A g為溫室地表面積 單位為m 2 0059 qven airCairGw Tout Tin 0060 其中 G w為天窗的自然通風(fēng)率 單位為m 3 s 1 T out為溫室外的溫度 單位為K 0061 進(jìn)一步地 綜合考慮風(fēng)壓和熱壓作用 溫室天窗自然通風(fēng)率的計(jì)算公式如下 0062 0063 0064 其中 S為溫室有效通風(fēng)面積 單位為m 2 A w為天窗總面積 天窗長(zhǎng)度 寬度 個(gè) 數(shù) 單位為m 2 為開(kāi)窗角度 C d為流量系數(shù) 無(wú)量綱 C w為綜合風(fēng)壓系數(shù) 無(wú)量綱 U為溫室外 風(fēng)速 單位為m s 1 g為重力加速度 9 8m s 2 H為溫室進(jìn)風(fēng)口中心與出風(fēng)口中心的垂直 距離 單位為m 0065 在忽略熱壓作用的影響時(shí) 可將上式簡(jiǎn)化為 0066 0067 qconv A chc Tout Tin 0068 其中 A c為溫室表面積 覆蓋于維護(hù)材料總面積 單位為m 2 h c為溫室覆蓋與圍護(hù) 說(shuō) 明 書(shū) 4 8 頁(yè) 7 CN 110737204 A 材料的熱傳導(dǎo)系數(shù) 單位為J s 1 K 1 0069 qtran A l E 0070 其中 A l為溫室內(nèi)作物冠層面積 單位為m 2 為水的蒸發(fā)潛熱 單位為2 450J kg 1 E為溫室作物葉片蒸騰速率 單位為kg s 1 m 2 0071 作物葉片的蒸騰速率如下 0072 0073 0074 式中 為飽和水汽壓隨溫度變化曲線的斜率 單位為kPa K 1 R n 為作物冠層所 得凈輻射 單位為W m 2 LAI為作物冠層葉面積指數(shù) 葉面積m 2 地表面積m 2 需用冠層分析 儀測(cè)量 無(wú)量綱 r b為作物葉片邊界層空氣力學(xué)阻抗 可根據(jù)Stanghellini給出的方法確 定 單位為s m 1 r l為作物葉片對(duì)水汽的阻抗 氣孔平均阻抗 可根據(jù)Stanghellini給出 的方法確定 單位為s m 1 為濕度計(jì)常數(shù) 0 0646kPa K 1 e in為溫室內(nèi)空氣實(shí)際水汽 壓 單位為kPa 為溫室內(nèi)空氣飽和水汽壓 單位為kPa RH in為溫度內(nèi)相對(duì)濕度 0075 進(jìn)一步地 此變量可表示為 0076 R n R n 1 exp k LAI 0077 其中 k為作物冠層消光系數(shù) 需用冠層分析儀測(cè)量 無(wú)量綱 R n為到達(dá)作物冠層 上方的太陽(yáng)凈輻射 單位為W m 2 0078 由研究表明 0079 Rn c Qrad 0080 0081 Tin T in 273 15 0082 其中 c為常數(shù) 無(wú)量綱 可根據(jù)Stanghellini給出的方法確定 T in 溫室內(nèi)的溫度 單位為 e 00 時(shí)的空氣飽和水汽壓 取 6107kPa 0083 并將上式在T in T x處Taylor展開(kāi) 忽略二次以上項(xiàng) 得 0084 0085 0086 在步驟S102中 根據(jù)平衡均相理論建立太陽(yáng)能集熱器的兩相流模型 0087 可以理解的是 本發(fā)明實(shí)施例利用平衡均相理論 建立了太陽(yáng)能集熱器的兩相流 模型 也就是說(shuō) 可以利用平衡均相理論 即假定氣液兩相具有相同的流速 并如圖2所示 在模塊M102中 建立太陽(yáng)能集熱器的兩相流模型 0088 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 其中 根據(jù)制冷劑在集熱器內(nèi)流動(dòng)所遵循的 動(dòng)量守恒定律 可得 說(shuō) 明 書(shū) 5 8 頁(yè) 8 CN 110737204 A 0089 0090 vm v f xvfg vfg v g vf 0091 并且 由能量守恒定律 可得 0092 0093 hfg h g hf UL f h c hr 0094 其中 P為集熱器中制冷劑的壓力 C f為摩擦阻力系數(shù) G為單位集熱面積上制冷劑 的質(zhì)流量 D i為集熱管的內(nèi)徑 v m為制冷劑均相比容 v g為制冷劑飽和氣比容 v f為制冷劑飽 和液比容 x為制冷劑干度 為集熱器中的制冷劑流量 W為集熱器板寬 F 為太陽(yáng)集熱器 的效率因子 h g為制冷劑的飽和氣焓 h f為制冷劑的飽和液焓 I為太陽(yáng)能輻射度 為透射 吸收率 U L為熱損系數(shù) h c為集熱器與周?chē)h(huán)境空氣間的對(duì)流換熱系數(shù) h r為集熱器與周?chē)?環(huán)境間的當(dāng)量輻射換熱系數(shù) T f為集熱器中制冷劑的平均溫度 T a環(huán)境溫度 0095 具體而言 P為集熱器中制冷劑的壓力 單位為kPa C f為摩擦阻力系數(shù) G為單位集 熱面積上制冷劑的質(zhì)流量 單位為kg m 2 s D i為集熱管的內(nèi)徑 單位為m v m為制冷劑均 相比容 v g為制冷劑飽和氣比容 單位為m 3 kg v f為制冷劑飽和液比容 單位為m 3 kg x為制 冷劑干度 為集熱器中的制冷劑流量 單位為kg s W為集熱器板寬 單位為m F 為太陽(yáng)集 熱器的效率因子 h g為制冷劑的飽和氣焓 單位為J kg h f為制冷劑的飽和液焓 單位為J kg I為太陽(yáng)能輻射度 單位為W m 2 為透射吸收率 U L為熱損系數(shù) h c為集熱器與周?chē)h(huán)境 空氣間的對(duì)流換熱系數(shù) 單位為W m 2 h r為集熱器與周?chē)h(huán)境間的當(dāng)量輻射換熱系 數(shù) 單位為W m 2 T f為集熱器中制冷劑的平均溫度 單位為K T a環(huán)境溫度 單位為K 0096 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 還包括 在太陽(yáng)能輻射度視為與時(shí)間有關(guān)的 隨機(jī)變量時(shí) 列寫(xiě)在能量守恒定律方程中加入隨機(jī)量的方程 0097 0098 其中 W t 是一個(gè)維納過(guò)程 0099 將其中的變量I 即太陽(yáng)能輻射度視為一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量時(shí) 可以列寫(xiě)在 能量守恒定律方程中加入隨機(jī)量的方程 0100 0101 其中 W t 是一個(gè)維納過(guò)程 0102 太陽(yáng)能輻射度I本來(lái)只與變量 有關(guān) 但在增加了隨機(jī)量之后即成為與時(shí)間也有 關(guān)的一個(gè)變量 加入隨機(jī)量之后將導(dǎo)致 也變?yōu)橐粋€(gè)與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量 0103 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 其中 如果二階矩過(guò)程 W t t 0 滿足具 有獨(dú)立增量 對(duì)任意的t s 0 增量W t W s N 0 2 t s 且 0 W 0 0 則確定 為維納過(guò)程 0104 具體而言 W t 是一個(gè)維納過(guò)程 它是一個(gè)具體而又典型的隨機(jī)過(guò)程 它是布朗運(yùn) 說(shuō) 明 書(shū) 6 8 頁(yè) 9 CN 110737204 A 動(dòng)的數(shù)學(xué)模型 且屬于獨(dú)立增量過(guò)程 對(duì)于給定的二階矩過(guò)程 W t t 0 如果它滿足 具 有獨(dú)立增量 對(duì)任意的t s 0 增量W t W s N 0 2 t s 且 0 W 0 0 則稱此 過(guò)程為維納過(guò)程 0105 需要說(shuō)明的是 求解隨機(jī)微分方程的工具層出不窮 可以使用SUNDIALS 它是一組 適用于線性 非線性 微分 代數(shù)方程的求解工具集 此外 Matlab也有自帶的SDE Toolbox 工具箱 此工具箱中為一組求解各種形式隨機(jī)微分方程 組 的Matlab程序集 參看工具箱 中的說(shuō)明 便可學(xué)會(huì)使用其中的SDE Toolbox Models Library 其中包括十種不同形式的 隨機(jī)微分方程 組 只要輸入相應(yīng)的參數(shù) 便可求解 0106 在步驟S103中 根據(jù)冰箱壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理建立計(jì)算其耗功率的太陽(yáng)能熱泵壓縮 機(jī)模型 0107 可以理解的是 如圖2所示 在模塊M103中 建立太陽(yáng)能熱泵壓縮機(jī)模型 利用小型 全封閉活塞式壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理 建立計(jì)算其耗功率的太陽(yáng)能熱泵壓縮機(jī)模型 也就是說(shuō) 利用冰箱壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理 即利用小型全封閉活塞式壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理 建立計(jì)算其耗 功率的太陽(yáng)能熱泵壓縮機(jī)模型 如圖4所示 0108 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 太陽(yáng)能熱泵壓縮機(jī)模型采用冰箱壓縮機(jī) 冰 箱壓縮機(jī)的耗功率為 0109 0110 其中 P comp為壓縮機(jī)實(shí)際耗功率 為壓縮機(jī)中的制冷劑流量 P 1 P 2為分別為壓縮 機(jī)吸和排氣壓力 v 1為壓縮機(jī)吸氣比容 k為絕熱指數(shù) comp為壓縮機(jī)的總效率 0111 具體而言 P comp為壓縮機(jī)實(shí)際耗功率 單位為W 為壓縮機(jī)中的制冷劑流量 單位 為kg s P 1 P 2為分別為壓縮機(jī)吸 排氣壓力 單位為kPa v 1為壓縮機(jī)吸氣比容 單位為m 3 kg k為絕熱指數(shù) comp為壓縮機(jī)的總效率 0112 壓縮機(jī)中的制冷劑質(zhì)流量為 0113 0114 其中 V th為壓縮機(jī)的理論容積輸氣量 單位為m 3 s V為壓縮機(jī)的輸氣系數(shù) c為容 積系數(shù) p為壓力系數(shù) T為溫度系數(shù) l為泄露系數(shù) 0115 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 壓縮機(jī)的制冷劑流量與集熱器的制冷劑流 量的關(guān)系為 0116 0117 其中 NC為集熱器組數(shù) 0118 由于之前加入的隨機(jī)量 使 變成了一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量 則此處的 也 將變成一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量 0119 在步驟S104中 建立冷凝器模型 并根據(jù)能量守恒定律建立方程 0120 可以理解的是 如圖2所示 在模塊M104中 建立冷凝器模型 最后利用能量守恒定 律建立方程 0121 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 冷凝器模型放熱量為 說(shuō) 明 書(shū) 7 8 頁(yè) 10 CN 110737204 A 0122 0123 其中 Q c為冷凝放熱量 h 2和h 3為冷凝進(jìn)出口制冷劑的焓值 0124 具體而言 Q c為冷凝放熱量 單位為W h 2 h 3為冷凝進(jìn)出口制冷劑的焓值 單位為J kg 由于之前加入的隨機(jī)量 使 變成了一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量 則此處的Q c也將變成 一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量 0125 進(jìn)一步地 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中 在熱泵與溫室進(jìn)行能量交換時(shí) 溫室內(nèi)空氣 能量的變化等于冷凝放熱量 0126 可以理解的是 q a為溫室內(nèi)空氣能量的變化 Q c為冷凝放熱量即太陽(yáng)能熱泵與溫室 大棚之間的能量交換值 由于只有熱泵與溫室進(jìn)行能量交換 即Q c q a 由于之前加入的隨 機(jī)量 使Q c變成了一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量 則本發(fā)明建立的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大 棚模型也將變成一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī)變量 0127 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的太陽(yáng)能熱泵控溫的溫室大棚模型 考慮了太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 的隨機(jī)性 可以更加真實(shí)地反映因其產(chǎn)生的溫室大棚內(nèi)溫度的波動(dòng) 并且進(jìn)一步為溫室大 棚提供了一種新的控溫途徑 為后續(xù)溫室大棚發(fā)展提供新的方向 解決由于太陽(yáng)能輻射強(qiáng) 度的隨機(jī)性對(duì)模型仿真系統(tǒng)帶來(lái)的波動(dòng) 結(jié)果更符合實(shí)際情況 可為溫室大棚規(guī)劃建設(shè)帶 來(lái)便利 具有實(shí)用性與廣泛性 簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn) 0128 此外 術(shù)語(yǔ) 第一 第二 僅用于描述目的 而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性 或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量 由此 限定有 第一 第二 的特征可以明示或者 隱含地包括至少一個(gè)該特征 在本發(fā)明的描述中 多個(gè) 的含義是至少兩個(gè) 例如兩個(gè) 三 個(gè)等 除非另有明確具體的限定 0129 在本說(shuō)明書(shū)的描述中 參考術(shù)語(yǔ) 一個(gè)實(shí)施例 一些實(shí)施例 示例 具體示 例 或 一些示例 等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征 結(jié)構(gòu) 材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中 在本說(shuō)明書(shū)中 對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不 必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例 而且 描述的具體特征 結(jié)構(gòu) 材料或者特點(diǎn)可以在任 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合 此外 在不相互矛盾的情況下 本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié) 合和組合 0130 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例 可以理解的是 上述實(shí)施例是示例 性的 不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述 實(shí)施例進(jìn)行變化 修改 替換和變型 說(shuō) 明 書(shū) 8 8 頁(yè) 11 CN 110737204 A 圖1 圖2 圖3 說(shuō) 明 書(shū) 附 圖 1 2 頁(yè) 12 CN 110737204 A 圖4 說(shuō) 明 書(shū) 附 圖 2 2 頁(yè) 13 CN 110737204 A