一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室制造技术

本实用新型专利技术提供一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，所述的精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，由至少两个送风口、两个回风口、两台辅助用风机，都斜对角配置，构成人工气候室的旋风流气流场；其温度控制，采用两级热量平衡和二变量的温控措施：第一级能量平衡，先制备冷水和热水；第二级是利用冷水或热水，平衡人工气候室与外界的热交换量；调节能量的二变量是风换热器的进水流量和进水温度；本实用新型专利技术推导了作物人工气候室的温控模型，为作物人工气候室的精准温控提供了理论依据；提出温控必须依据的三个信号：太阳辐射、围护结构传热流量和室内温度，并提供对应的温差值；介绍了实施例；本实用新型专利技术的理论和技术的创新，有重要意义和实用价值。有重要意义和实用价值。有重要意义和实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室


[0001]本技术涉及气候室领域，具体为一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室。

技术介绍

[0002]植物生长受多种环境因子：光照、温度、相对湿度、二氧化碳等的影响，为了加快现代农业的进度，广泛应用作物人工气候室，一种在封闭系统中人工控制、改变和再现多种气象条件的实验设备，对作物的生长、开花、结实与这些因素的关系进行研究；目前的人工气候室，按结构可分为箱式、房式和混合式3种：箱式，体积小,可调性好,但工作面积一般只有几平方米，不能模拟大面积作物生产情况，不适合用于水稻良种选择；房式，为规模较大的完整建筑物，由机房、控制中心和若干个大小不等的环境控制室组成，工作面积可以是几十到几百平方米；混合室是在房式的人工气候室内再放置若干个箱室；
[0003]在水稻选育种研究中，高温对水稻的生长发育以及产量造成危害，尤其是水稻抽穗扬花阶段更为明显；近年来，极度天气频发，其中高温热害对水稻生产造成严重影响；如2013 年、2016年我国江淮和长江流域高温天气使一些水稻品种结实率显著下降，造成极大的生产损失；不同水稻品种对高温敏感性不同，国内外众多研究表明高温热害对作物生长发育、个群体质量、生理特性、光合作用、品质及产量形成具有明显影响；耐热和不耐热品种之间花器官及生理特性差异显著；对于水稻耐热品种的筛选鉴定对保障粮食安全具有重要意义；为了能够加快水稻的选种进度，需要建造鉴定水稻耐热性的人工气候室只能是有较大面积的房室人工气候室；然而，目前房式的人工气候室，在温度的调节上多采用房间空调方式，是通过制冷机和人工气候室内的空气循环系统，根据房间温度的信号与设定温度的差值控制散热器风扇的转速，或制冷机的开停，实现人工气候室内高温空气温度的调节；室内的空气循环于制冷机的风换热器与人工气候室内的农作物间；当室内温度过高时，制冷机的风换热器为蒸发器，制冷剂蒸发温度在3
‑
8℃左右，人工气候室内高温气体，在低温蒸发器表面会凝结析出空气中的许多水分，降低人工气候室内的湿度；另外，按制冷机的设计要求，风换热器的进、出口温差是8℃以上，而鉴定水稻耐热性的人工气候室要求在水稻稻穗层的温度均匀度在1℃范围；现有的人工气候室，通常的人工气候室参照房间空调的送风和回风方式只布置单送风口，送风口布置在人工气候室的一侧上方，回风就在换热器送风口的背后侧；这种送风方式在送风口前方的空气流线上温度差别比较大，冷风或热风很难在室内均匀扩散，出风口的风会因为送风口风压高于吸风口的压力，还没有与室内空气充分换热就短路回流了，难以实现室内温度场均匀，水稻稻穗层的四角是气流死角，不能充分换热，四角的温度与中央区的温度会有较大差别；也有报道，日本的作物人工气候室为改善室内空气流动方式，采用上送风，地沟回风的方式；这种送风方式如果顶上的送风口和地沟的数量足够多，能够一定上改善空气的流动均匀性，但是室内空气温度在高度层上仍然有差别，地沟是条线形，地沟两侧离地沟远处的风速小，平面层的温度均匀度难以很高，另外，地沟回风的方式，也使作物人工气候实验室的有效面积减少了。
[0004]根据以上作物人工气候室的温度调控方式，归结三个存在问题：(1)气流有死角，难以获得均匀温度场；(2)以单一的室温信号为温度调控系统的启停，响应滞后于外界对人工气候室的传热量变化，特别是太阳辐照的变化；(3)以制冷机直接进行温度调控，温差过大，而且制冷机蒸发器温度过低，容易使人工气候室的湿度降低。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本技术提供了一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，可以有效提高室内温度场，特别是水稻耐热性人工气候室作物层的温度均匀度、温度和湿度精准达标，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本技术通过以下技术方案予以实现：一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，包括人工气候室、制冷供热系统、人工气候室的旋风流系统和温度湿度探测与温度控制系统；所述作物人工气候室，为方形或长方形作物层，四周围至少第一墙体是玻璃墙面，其余面也可以是玻璃墙，玻璃墙用双层中空玻璃建造，第二墙体采用隔热墙体；所述制冷供热系统，包括风源热泵冷水机组，冷水箱和冷水循环泵，热水箱和热水循环泵；所述冷水箱和热水箱，由风源热泵冷水机组制备定温冷水和定温热水；所述人工气候室换热送风系统，是包括风换热器的换热系统、人工气候室的旋风流系统和送风管路；所述风换热器的换热系统，包括翅管换热器、送风机和送风管路，安装于人工气候室外，送风机的进风口是人工气候室的回风口，送风机的出口由送风管路连接到翅管换热器的进风口，翅管换热器的出风口是人工气候室的送风口；所述人工气候室的旋风流系统，由至少两个送风口、两个回风口、两台辅助用轴流风机，均斜对角配置构成，所述温度湿度探测与温度控制系统，包括有人工气候室的气温、湿度，室外温度，太阳辐照强度，冷水箱水温，热水箱水温，风换热器进、出口气温的测头。
[0009]优选的，所述人工气候室内旋风流系统，所述两个送风口开设在人工气候室的顶上方，分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，一个送风口在西南角的第一墙体上，另一个送风口在东北角的第二墙体上，或一个送风口在东南角的第一墙体上，另一个送风口在西北角的第二墙体上，原则是使两个送风口送出的风在水平面层构成旋流；所述两个回风口，开设在人工气候室下方近地面处，也分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，所述送风口，安装有两层的可调风向的格栅条，一层格栅条可以调节上下风向，另一层格栅条调节左右风向；所述人工气候室上分别安装有一台辅助用轴流风机。
[0010]优选的，所述温度控制系统，是两级热量平衡系统和二变量温控系统；所述第一级能量平衡系统，是制备冷水箱定温冷水和热水箱定温热水的制冷供热系统；所述第二级能量平衡系统，是利用冷水箱或热水箱的冷量或热量，平衡人工气候室与外界的热交换量的人工气候室换热送风系统；所述第一个变量，是风换热器的进水流量变化；所述第二个变量，是换热器的进水温度变化；所述制冷供热系统，包括风源热泵冷水机组，冷水箱，热水箱和水循环泵；所述风源热泵冷水机组，由压缩机、水换热器、空气换热器、节流阀、四通阀组成，通过四通阀切换，可组织制冷剂的制冷循环和制热循环；制冷循环时，水换热器为蒸发器，产生冷水；制热循环时，水换热器为冷凝器，产生热水；水换热器的出水口连接水循环泵
后，水循环泵的出口，分别经冷水阀F1和热水阀F3，与冷水箱和热水箱并联接；冷水箱和热水箱的一个出水口，分别连接冷水阀F2和热水阀F4后，并联接到水换热器的进水口，构成冷水循环回路和热水循环回路；所述冷水箱和热水箱的水温，预定在比人工气候室设定的温度低10
‑
15℃和高10
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15℃。
[0011]优选的，所述风换热器的进水温度T
w1
，是通过混流泵或混流变频泵调节，混流泵入口连接冷、热水箱；所述混流变频泵，是由可自动调节冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，包括人工气候室、制冷供热系统、人工气候室的旋风流系统和温度湿度探测与温度控制系统；其特征在于：所述人工气候室，为方形或长方形作物床，四周围至少有第一墙体是玻璃墙面，其余面为玻璃或隔热墙，玻璃墙用双层中空玻璃建造，第二墙体采用隔热墙体；所述制冷供热系统，包括风源热泵冷水机组，冷水箱和冷水循环泵，热水箱和热水循环泵；所述冷水箱和热水箱，由风源热泵冷水机组制备定温冷水和定温热水；所述人工气候室换热送风系统，包括风换热器的换热系统、人工气候室的旋风流系统和送风管路；所述风换热器的换热系统，包括翅管换热器、送风机和送风管路，安装于人工气候室外，送风机的进风口是人工气候室的回风口，送风机的出口由送风管路连接到翅管换热器的进风口，翅管换热器的出风口是人工气候室的送风口；所述人工气候室的旋风流系统，由至少两个送风口、两个回风口、两台辅助用轴流风机，均斜对角配置构成，所述温度湿度探测与温度控制系统，包括有人工气候室的气温、湿度，室外温度，太阳辐照强度，冷水箱水温，热水箱水温，风换热器进、出口气温的测头。2.根据权利要求1所述一种精准均匀温控旋风气流的人工作物气候室，其特征在于：所述人工气候室内旋风流系统，所述送风口开设在人工气候室的顶上方，分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，一个送风口在西南角的第一墙体上，另一个送风口在东北角的第二墙体上，或一个送风口在东南角的第一墙体上，另一个送风口在西北角的第二墙体上，原则是使两个送风口送出的风在水平面层构成旋流；所述两个回风口，开设在人工气候室下方近地面处，也分别在第一墙体和第二墙体的斜对角墙体上，所述送风口，安装有两层的可调风向的格栅条，一层格栅条可以调节上下风向，另一层格栅条调节左右风向；所述人工气候室上分别安装有一台辅助用轴流风机。3.根据权利要求1所述一种精准均...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜士云，刘银燕，陈则韶，李泽福，王辉，马廷臣，
申请(专利权)人：安徽省农业科学院水稻研究所，
类型：新型
国别省市：