🌱 Kontrol ng klima sa greenhouse Live na modelo

Batayan — ang modelo sa likod ng mga numero

Bawat ugnayang ginagamit ng simulator, kasama ang pinagmulan nito. Ang mga constant na minarkahang palagay ay mga halimbawang calibration.

Sumusunod ang temperatura ng hangin sa energy balance: pumapasok ang araw, lumalabas ang init sa takip at kasama ng hangin ng bentilasyon, init na ginamit sa pagsingaw ng tubig, kasama ang pag-init.

C·dT/dt = τ·I·(1 − 0.6·0.75·screen) − λ·(E_crop + E_fog) + Q_heat + (U·Ac/Af + ρc_p·Q_v)·(T_out − T) + G_soil·(T_soil − T)[1]Palagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

Ang init na nawawala sa takip ay U × lawak × pagkakaiba ng temperatura; binababa ng saradong screen ang U, itinataas ito ng maaliwalas na langit sa gabi.

U = 6.2 − (6.2 − 4.0)·screen W/m²K (single glass → with thermal blanket); ×(1 + 0.25·clear sky) at night[1]Palagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

Ang bentilasyon ay tagas ng hangin kasama ang agos na tulak ng hangin sa mga bukas na bentilasyon.

Q_v = (N·H/3600 + vent·C_w·max(1, u_wind))·(1 − 0.4·screen), N = 0.75 h⁻¹[1][4]Palagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

Mabilis na tumataas ang saturation vapour pressure kasabay ng temperatura; ang VPD ay kung gaano kalayo ang hangin sa saturation.

e_s(T) = 0.6108·exp(17.27·T / (T + 237.3)) kPa; VPD = e_s(T) − e_a; RH = e_a / e_s(T)[2]

Balanse ng singaw ng tubig: nagdaragdag ng halumigmig ang transpiration at fog; inaalis ito ng bentilasyon at condensation sa malamig na salamin.

H·dχ/dt = E_crop + E_fog − Q_v·(χ − χ_out) − k_c·(Ac/Af)·(1 − 0.7·screen)·max(0, e_a − e_s(T_cover)), χ = e·M_w/(R·T)[6][2]Palagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

May bahagi ang transpiration na mula sa radiation at bahaging dulot ng tuyong hangin (VPD).

E_crop = A·(1 − e^(−k·LAI))·I_in/λ + B·LAI·VPD (A 0.45, k 0.64, LAI 3, B 0.02 kg/m²·h·kPa by day)[3]Palagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

Lumalamig lamang ang fog hanggang sa masingaw ito: mga 2.45 MJ kada litro, mas marami sa tuyong hangin kaysa mahalumigmig.

E_fog = fog·0.4 kg/m²·h × min(1, VPD/0.8); each evaporated kg removes λ = 2.45 MJ of sensible heat; the rest wets leaves[1][2]Palagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

Balanse ng CO₂: pumapasok ang dosing, lumalabas ang bentilasyon at pagsipsip ng pananim.

H·dC/dt = dose − Q_v·(C − C_out) − P_net; dosing ≈ 5.5 g/m²·h holds ≈ 1000 ppm at 1 air change per hour[1]

Tumutugon ang photosynthesis sa liwanag, CO₂, temperatura at VPD; ang tugon sa CO₂ ay sumusunod sa nailathalang rule of thumb para sa mga prutas na pananim sa greenhouse.

P = P_ref·(1 − e^(−I_in/300))·exp(150/400 − 150/C)·f(T: 1 at 17–27 °C)·f(VPD) (from the CO₂ rule dP/P = 1.5 %·(1000/C)² per 100 ppm)[5][7]Palagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

Mga counter ng stress ng pananim: oras na masyadong mainit, masyadong malamig, o sapat na mahalumigmig para sa grey mould.

heat hours: T > 35 °C · cold hours: T < 10 °C · disease-risk hours: RH ≥ 90 % or wet leaves · GDD = Σ max(0, T − 10)·Δt[1][7][8][10]

Panahon sa labas: arawang kurba ng temperatura, pirmeng dew point, sikat ng araw na binabawasan ng ulap, at random na pagbabago ng ulap at hangin.

T_out = T̄ + A·cos(2π(h − 15)/24); e_out = e_s(T_dew); I = I_clear·(1 − 0.75·N^3.4); cloud N and wind fluctuate (normal, seeded)[9][2]Palagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

Iba pang constant na ginagamit ng modelo.

height 4.5 m · cover/floor 1.2 · τ 0.8 · heat capacity 30 kJ/m²K · heating ≤ 180 W/m² · screen blocks 60 % of light (75 % of that as heat) and 40 % of air exchange, and hides 70 % of the cold glass (condensation) · vents 0.016 m³/s·m² per m/s wind · soil 2 W/m²K · fog ≤ 0.4 L/m²·h · CO₂ ≤ 8 g/m²·h · P_ref 4 g CO₂/m²·h · condensation 1.9·10⁻⁸ kg/m²·s·PaPalagay: ang laki ng greenhouse, heat capacity, bentilasyon, screen, fog at crop coefficient ay mga halimbawang halaga para sa modernong glasshouse; ang pisika ay iisang mahusay na nahalong dami ng hangin. Kinakalibrate ng totoong site ang bawat constant.

Randomness: isang seeded na mulberry32 generator; mga distribusyong ginamit — uniform, exponential (inverse CDF), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Ipinapakita at maibabahagi ang seed.

Mga pinagmulan

1. ANSI/ASAE EP406.4 JAN2003 (R2008) — Heating, Ventilating and Cooling Greenhouses (eq. 1–4, Table 1 U-values, Table 2 infiltration: new glass or fiberglass 0.50–1.0 h⁻¹, §5.8.5 CO₂ injection, §7.1.3 temperature limits); since withdrawn, available from ASABE as a historical document — American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2003
2. R. G. Allen, L. S. Pereira, D. Raes, M. Smith — Crop evapotranspiration, FAO Irrigation and Drainage Paper 56 (eq. 11 saturation vapour pressure, eq. 14 dew point, λ = 2.45 MJ/kg) — FAO, Rome, 1998
3. M. Baille, A. Baille, J. C. Laury — A simplified model for predicting evapotranspiration rate of nine ornamental species vs. climate factors and leaf area — Scientia Horticulturae 59:217–232, 1994
4. T. Boulard, A. Baille — Modelling of air exchange rate in a greenhouse equipped with continuous roof vents — Journal of Agricultural Engineering Research 61(1):37–48, 1995
5. E. M. Nederhoff — Effects of CO₂ concentration on photosynthesis, transpiration and production of greenhouse fruit vegetable crops (PhD thesis; CO₂ rule) — Wageningen Agricultural University, 1994
6. B. H. E. Vanthoor, C. Stanghellini, E. J. van Henten, P. H. B. de Visser — A methodology for model-based greenhouse design: Part 1, a greenhouse climate model for a broad range of designs and climates — Biosystems Engineering 110:363–377, 2011
7. R. R. Shamshiri et al. — Review of optimum temperature, humidity, and vapour pressure deficit for microclimate evaluation and control in greenhouse cultivation of tomato: a review — International Agrophysics 32:287–302, 2018
8. Identifying and Managing Three Major Disease Threats in Greenhouse Tomatoes: Leaf Mold, Gray Mold, and Bacterial Wilt (SPES-820) — Virginia Cooperative Extension
9. F. Kasten, G. Czeplak — Solar and terrestrial radiation dependent on the amount and type of cloud — Solar Energy 24:177–189, 1980
10. G. S. McMaster, W. W. Wilhelm — Growing degree-days: one equation, two interpretations — Agricultural and Forest Meteorology 87:291–300, 1997