一种正压温室二氧化碳内循环调节装置及调节方法与流程

1.本发明涉及正压温室设计技术领域，特别涉及一种正压温室二氧化碳内循环调节装置及调节方法。


背景技术：

2.目前,当正压温室中co2浓度较高时，通常采用与外界通风的方式降低温室中co2浓度，但在寒冷冬季的夜晚，与外界强制通风会使得温室中各环境因子发生剧烈改变，故可采用温室内吸附co2的方式来降低温室中的co2浓度。
3.co2吸收方式根据吸收机理及所采用吸收剂的不同可分为：物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法。温室二氧化碳气肥的制备方法主要有：有机物发酵法、燃烧法、化学反应法、液态二氧化碳直接释放、通风法以及动物呼吸法。为了使反应后产物能够重复使用，正压温室中二氧化碳制备与吸附均采用化学反应法。
4.传统的与外界强制通风以降低温室内co2浓度的方法受到室外天气限制，且无法精确控制降低co2的量，从而造成过度调节或者调节不足；另外，现有的二氧化碳调节的设备价格昂贵，增加了温室的使用成本。


技术实现要素：

5.本发明目的是：提供一种正压温室二氧化碳内循环调节装置及调节方法，以解决现有技术中co2调节不精确，以及现有的调节设备成本高等问题。
6.本发明的技术方案是：一种二氧化碳内循环浓度调节方法，包括以下步骤：s1、设定温室内的二氧化碳浓度的目标值；s2、当温室二氧化碳浓度大于目标值时，开启风机和循环窗，使温室和循环室的空气循环，并计算需要降低的二氧化碳的量：；其中，vg为温室的体积；m
1j
为第j次调控时初始二氧化碳浓度；m2为作物生长所需浓度；s3、计算吸附装置吸附二氧化碳的量：；其中，为前j-1（j=1，2，3
…
m）次使用吸附装置吸附二氧化碳的时间；为j（j=1，2，3
…
m）次使用吸附装置吸附二氧化碳的总时长；为进气仓在第i（i=1，2，3
…
n）时刻检测到的二氧化碳浓度值；为出气仓在第i时刻检测到的二氧化碳的浓度值；v为循环风速；s为吸附装置的面积；s4、根据s2和s3的计算，up与un相等时，温室内二氧化碳浓度降低至目标值，第j次调控完成。
7.优选的，在步骤s3中，所述吸附装置多次使用后吸附能力降低，最终为零，需要更换吸附剂，吸附能力以转化率x表示为：；其中，k为固有反应速率常数，即单位时间内反应的速率；xu为最终转化率；t为吸附装置使用总时长。
8.优选的，包括温室，所述温室内设置有循环室和第一浓度计，所述循环室内设置有吸附装置，且所述吸附装置将循环室分隔为进气仓和出气仓；所述进气仓内通过循环窗与温室连接，且其内部设置有第二浓度计、第一流速计；所述出气仓通过风机与温室连接，且其内部设置有第三浓度计。
9.优选的，所述吸附装置与循环室内壁为转动连接，工作时，其外围刚好卡嵌在循环室内壁上。
10.优选的，所述温室内设置有通风管，所述通风管与风机连接，且所述通风管上设置有多个排气孔。
11.优选的，所述吸附装置包括框架，所述框架内均匀排列设置有多个吸附板，所述吸附板倾斜连接在框架内，多个所述吸附板在框架截面上的投影完全覆盖框架的截面。
12.优选的，每个所述吸附板上连接有多个小球，所述小球通过软绳与吸附板的底部连接且小球下端与下方的吸附板连接，吸附进行时，小球随空气流动而摆动，并撞击吸附板。
13.优选的，所述吸附板内填充有吸附剂，所述吸附剂为氢氧化钙。
14.与现有技术相比，本发明的优点是：（1）通过温室空气内循环的方式对co2进行吸收，避免了低温环境下与外界空气直接交换，影响温室内作物的生长；同时，建立正压温室中co2吸附模型，通过多个传感器的检测数据及吸附剂的转化率，可对吸附剂的使用情况，吸附时间等进行精准的计算，进而精准的控制温室内co2的量，达到精确调控的目的，且使得反应产物能够高效利用；（2）相较于现有的调节设备，极大的降低了温室成本；循环室同时可作为进出温室的玄关或缓冲区，也进一步的降低温室成本；（3）采用氢氧化钙作为吸附剂，成本较低，且吸附后生成的caco3还可进一步的与醋酸等反应，生成的酒精可作为燃烧原料，生成的co2可储存，或增加温室co2浓度；（4）在吸附板上设置多个金属或玻璃等材质的小球，空气流动时，小球随之运动，不断的撞击吸附板，可避免吸附时产生的caco3凝结较大颗粒覆盖氢氧化钙，而影响吸附效率；（5）在一些特定工况下，吸附板上可填充不同的吸附剂，以实现对温室中其它气体的吸收。
附图说明
15.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明所述正压温室内部结构示意图；图2为本发明所述吸附装置结构示意图。
16.其中：温室1,循环室2,第一浓度计3,通风管4,排气孔41,风机5,循环窗6,吸附装置7,框架71,吸附板72,进气仓8,第二浓度计81,第一流速计82,出气仓9,第三浓度计91。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：如图1-2所示，一种二氧化碳内循环浓度调节装置，包括温室1，温室1内设置有循环室2和第一浓度计3，第一浓度计3设置在温室1内，一般设置高度在作物的冠层附近，以检测温室1内的二氧化碳的浓度；当然第一浓度计3可设置多个，取其平均数据，可以更精确的反应出二氧化碳的浓度情况。温室1内还设置有通风管4，通风管4与风机5连接，且通风管4上设置有多个排气孔41；通风管4沿温室1远离循环窗6的一端延伸，使得风机5排出的空气尽可能均匀的排放入温室1中，以促进温室1中气体的流动，增加二氧化碳的处理效率。
18.循环室2内设置有吸附装置7，吸附装置7与循环室2内壁为转动连接，工作时，其外围刚好卡嵌在循环室2内壁上，并将循环室2分隔为进气仓8和出气仓9。循环室2可同时作为温室1的玄关或缓冲区，人员进入温室1时，先进入循环室2，可避免直接进入温室1开、关门时，温室1内外空气流通，产生较大温差或影响二氧化碳等气体的浓度。吸附装置7在不使用时，通过旋转紧贴循环室2内壁，以方便人员进出。
19.进气仓8内通过循环窗6与温室1连接，且其内部设置有第二浓度计81、第一流速计82；出气仓9通过风机5与温室1连接，且其内部设置有第三浓度计91。吸附作业时，第二浓度计81检测吸附之前的二氧化碳浓度，第三浓度计91检测吸附之后的二氧化碳的浓度，第一流速计82检测经过循环室2的气体流速。第二浓度计81、第三浓度计91及第一流速计82均可分别设置有多个，以更加精确的测定相应的数据。
20.吸附装置7包括框架71，框架71内均匀排列设置有多个吸附板72，吸附板72倾斜连接在框架71内，多个吸附板72在框架71截面上的投影完全覆盖框架71的截面。每个吸附板72上连接有多个小球（图中未画出），小球通过软绳与吸附板72的底部连接，且小球的下端与下方的吸附板72的上端连接，吸附进行时，小球随空气流动而摆动，并撞击吸附板72。吸附板72内填充有吸附剂，吸附剂为氢氧化钙。
21.本实施例中，多个吸附板72分层排列设置，且与空气流动的方向呈一定角度，可使得空气流动时，与吸附板72有更充分的接触。吸附剂可选用氢氧化钙，当然也可以选择其它化学物质，能够吸收二氧化碳即可。以氢氧化钙为例，其吸收二氧化碳之后产生碳酸钙，碳酸钙易结节成大块而覆盖在氢氧化钙的表面，阻隔氢氧化钙与二氧化碳的接触。小球通过软绳与每层吸附板72的底端连接，其中最上端的小球通过软绳与框架71的顶端连接，由于重力下垂，小球刚好处于下一层吸附板72的上端，吸附作业时，小球随气流摆动并不断的撞击吸附板72，可以击碎碳酸钙或使其与氢氧化钙分离，一方面提高二氧化碳的吸附效率；另一方面也提高氢氧化钙的利用率；同时在一定程度上，撞击也使得氢氧化钙颗粒更加松弛，进一步的增加了二氧化碳的吸附能力。
22.以下基于上述的结构基础，对温室1中二氧化碳吸附的具体方式进行说明，包括以下步骤：s1、设定温室1内的二氧化碳浓度的目标值。
23.根据温室1中作物不同生长阶段，通过控制系统设定温室1内作物生长区域的极限
co2浓度值cm；第二浓度计81检测进气仓8空气中co2浓度为c1；第三浓度计91检测出气仓9空气中co2浓度为c2；第一浓度计3实时监测温室1内作物区域co2浓度cv，第一流量计测量循环室2内空气流速v，吸附装置7面积为s，吸附剂最小固体转化速率为y。
24.s2、当温室1二氧化碳浓度大于目标值cm时，开启风机5和循环窗6，使温室1和循环室2的空气循环，同时转动吸附装置7，使其分隔于循环室2内，并计算需要降低的二氧化碳的量：；其中，vg为温室1的体积；m
1j
为第j次调控时初始二氧化碳浓度；m2为作物生长所需浓度。
25.s3、计算吸附装置7吸附二氧化碳的量。
26.由于当正压温室1需要降低温室1中co2浓度进行内循环通风时，温室1内空气处于流动状态，无法有效检测出此时温室1中作物生长区域内co2浓度，故可通过计算被吸附的co2的量，从而计算出此时温室1中co2浓度，使得作物生长区域达到指定浓度后能够及时停止吸附，以达到精确控制温室1内co2浓度目的。
27.随着通风的进行，温室1内co2不断与吸附板72中吸附剂反应，第三浓度计91与第二浓度计81的co2浓度测量值也会不断变化，控制系统每隔时间记录一次各传感器测量值，可根据每个时间前后接收到的第三浓度计91与第二浓度计81的co2浓度值，计算出在每个时间内，被吸附的co2量，进而在时间内的co2吸附装置78吸附co2的总量un为：；其中，为前j-1（j=1，2，3
…
m）次使用吸附装置7吸附二氧化碳的时间；为j（j=1，2，3
…
m）次使用吸附装置7吸附二氧化碳的总时长；为进气仓8在第i（i=1，2，3
…
n）时刻检测到的二氧化碳浓度值；为出气仓9在第i时刻检测到的二氧化碳的浓度值；v为循环风速；s为吸附装置7的面积。
28.s4、根据s2和s3的计算，up与un相等时，温室1内二氧化碳浓度降低至目标值，第j次调控完成。
29.需要说明的是，吸附装置7多次使用后，装置中的氢氧化钙吸附剂含量逐渐减小，生成碳酸钙也会附着在氢氧化钙表面，从而阻碍氢氧化钙对二氧化碳的吸附作用，需要更换吸附剂。
30.作为一种非催化的气固反应，在转化率较低的情况下反应快速发生，初始速率取决于温度，最终转化速率为0，假设最后的转化率为xu（%）,初始速率用常数k表示，转化速率可以表示为:；式中：x为转化率；n是参数；k为固有反应速率常数（单位时间内在固体表面反应的
速率）；xu为最终转化率；t为吸附装置7使用总时长。
31.转化率的变化随着时间的变化不断减缓，并在x=xu处变为零。为了获得转化过程与时间的明确函数，其常数当量n可以取2，则可得：；最终处理可得：；一般认为，转化率达到最终转化率的一半时，可达到获得最佳的吸附能力。因此，对于上式，当转化率x为最终转化率xu一半时的时间设为b，即当x=xu/2时，t=b，可得xu=kb。代入式中得：；对上式中时间t求导可得固体的转化速率为：；其中，k为固有反应速率常数，即单位时间内反应的速率；xu为最终转化率；t为吸附装置7使用总时长。
32.即，可认为当时，此时吸附装置7中吸附的吸附速率过低，吸附装置7不再继续使用，需更换吸附剂。
33.另外，本方法中更换的吸附剂可进一步的进行处理，以获得二氧化碳和酒精，进行重复使用，获得最大的效益。具体的：首先，需要计算使用过的吸附剂中氢氧化钙量与生成物碳酸钙量，使得将使用过的吸附剂作为二氧化碳发生装置中生成物时，能够精确控制醋酸加入量，从而避免加入过量醋酸，造成浪费。
34.设初始固体的量为w0，已经反应的固体量为w，则转化率可以通过固体量变化表示，即：；吸附装置7共使用m次，则吸附装置7使用的总时长为tm，可得:；通过上式可以计算出，当吸附装置7吸附co2速率小于设定值y时，吸附剂中已经反应的固体质量w为：。在吸附剂中，剩余的ca(oh)量为w
0-w，则生成的caco3质量wc为：。
35.当吸附剂作为co2反应物时，通过碳酸钙、氢氧化钙与醋酸的反应方程可得，则使用吸附剂制备co2时，需要的醋酸质量为：。
36.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人
能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术特征：
1.一种二氧化碳内循环浓度调节方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、设定温室内的二氧化碳浓度的目标值；s2、当温室二氧化碳浓度大于目标值时，开启风机和循环窗，使温室和循环室的空气循环，并计算需要降低的二氧化碳的量：；其中，v
g
为温室的体积；m
1j
为第j次调控时初始二氧化碳浓度；m2为作物生长所需浓度；s3、计算吸附装置吸附二氧化碳的量：；其中，为前j-1（j=1，2，3
…
m）次使用吸附装置吸附二氧化碳的时间；为j（j=1，2，3
…
m）次使用吸附装置吸附二氧化碳的总时长；为进气仓在第i（i=1，2，3
…
n）时刻检测到的二氧化碳浓度值；为出气仓在第i时刻检测到的二氧化碳的浓度值；v为循环风速；s为吸附装置的面积；s4、根据s2和s3的计算，up与un相等时，温室内二氧化碳浓度降低至目标值，第j次调控完成。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳内循环浓度调节方法，其特征在于：在步骤s3中，所述吸附装置多次使用后吸附能力降低，最终为零，需要更换吸附剂，吸附能力以转化率x表示为：；其中，k为固有反应速率常数，即单位时间内反应的速率；xu为最终转化率；t为吸附装置使用总时长。3.一种二氧化碳内循环浓度调节装置，其特征在于：包括温室，所述温室内设置有循环室和第一浓度计，所述循环室内设置有吸附装置，且所述吸附装置将循环室分隔为进气仓和出气仓；所述进气仓内通过循环窗与温室连接，且其内部设置有第二浓度计、第一流速计；所述出气仓通过风机与温室连接，且其内部设置有第三浓度计。4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳内循环浓度调节装置，其特征在于：所述吸附装置与循环室内壁为转动连接，工作时，其外围刚好卡嵌在循环室内壁上。5.根据权利要求3所述的一种二氧化碳内循环浓度调节装置，其特征在于：所述温室内设置有通风管，所述通风管与风机连接，且所述通风管上设置有多个排气孔。6.根据权利要求3所述的一种二氧化碳内循环浓度调节装置，其特征在于：所述吸附装置包括框架，所述框架内均匀排列设置有多个吸附板，所述吸附板倾斜连接在框架内，多个所述吸附板在框架截面上的投影完全覆盖框架的截面。7.根据权利要求6所述的一种二氧化碳内循环浓度调节装置，其特征在于：每个所述吸附板上连接有多个小球，所述小球通过软绳与吸附板的底部连接且小球下端与下方的吸附板连接，吸附进行时，小球随空气流动而摆动，并撞击吸附板。8.根据权利要求7所述的一种二氧化碳内循环浓度调节装置，其特征在于：所述吸附板
内填充有吸附剂，所述吸附剂为氢氧化钙。

技术总结
本发明涉及正压温室设计技术领域，具体为一种正压温室二氧化碳内循环调节装置及调节方法，包括温室，所述温室内设置有循环室和第一浓度计，所述循环室内设置有吸附装置，且所述吸附装置将循环室分隔为进气仓和出气仓；所述进气仓内通过循环窗与温室连接，且其内部设置有第二浓度计、第一流速计；所述出气仓通过风机与温室连接，且其内部设置有第三浓度计。通过温室空气内循环的方式对CO2进行吸收，避免了低温环境下与外界空气直接交换，影响温室内作物的生长；同时，通过多个传感器的检测数据及吸附剂的转化率，可对吸附剂的使用情况，吸附时间等进行精准的计算，进而精准的控制温室内CO2的量。的量。的量。


技术研发人员：陆永明 沙刘云 孙科 黄娟 朱墙兵
受保护的技术使用者：昆山市永宏温室有限公司
技术研发日：2023.09.13
技术公布日：2023/10/20