🌱 ग्रीनहाउस जलवायु नियंत्रण लाइव मॉडल

आधार — आँकड़ों के पीछे का मॉडल

सिमुलेटर द्वारा प्रयुक्त हर संबंध, उसके स्रोत के साथ। मान्यता के रूप में चिह्नित स्थिरांक उदाहरणात्मक अंशांकन हैं।

हवा का तापमान ऊर्जा संतुलन का पालन करता है: सूरज से ऊष्मा अंदर, आवरण और वेंटिलेशन की हवा से बाहर, पानी के वाष्पन में खर्च ऊष्मा, और ऊपर से हीटिंग।

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]मान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

आवरण से ऊष्मा-हानि U × क्षेत्रफल × तापमान-अंतर है; बंद स्क्रीन U घटाती है, साफ़ रात का आसमान इसे बढ़ाता है।

U = 6.2 − (6.2 − 4.0)·screen W/m²K (single glass → with thermal blanket); ×(1 + 0.25·clear sky) at night[1]मान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

वेंटिलेशन रिसाव और खुले वेंट से हवा-चालित प्रवाह का योग है।

Q_v = (N·H/3600 + vent·C_w·max(1, u_wind))·(1 − 0.4·screen), N = 0.75 h⁻¹[1][4]मान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

संतृप्त वाष्प दाब तापमान के साथ तेज़ी से बढ़ता है; VPD बताता है कि हवा संतृप्ति से कितनी दूर है।

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]

जलवाष्प संतुलन: वाष्पोत्सर्जन और फ़ॉग नमी जोड़ते हैं; वेंटिलेशन और ठंडे काँच पर संघनन उसे हटाते हैं।

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]मान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

वाष्पोत्सर्जन का एक विकिरण वाला हिस्सा होता है और एक शुष्क हवा (VPD) से चलने वाला हिस्सा।

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]मान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

फ़ॉग उतना ही ठंडा करता है जितना वह वाष्पित होता है: लगभग 2.45 MJ प्रति लीटर, नम हवा की तुलना में शुष्क हवा में अधिक।

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]मान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

CO₂ संतुलन: डोज़िंग अंदर, वेंटिलेशन और फ़सल द्वारा अवशोषण बाहर।

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]

प्रकाश-संश्लेषण प्रकाश, CO₂, तापमान और VPD पर प्रतिक्रिया करता है; CO₂ प्रतिक्रिया ग्रीनहाउस की फल वाली फ़सलों के लिए प्रकाशित अंगूठा-नियम पर आधारित है।

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]मान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

फ़सल तनाव काउंटर: बहुत गर्म, बहुत ठंडे, या ग्रे मोल्ड के लिए पर्याप्त नम घंटे।

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]

बाहरी मौसम: दैनिक तापमान वक्र, स्थिर ओस-बिंदु, बादलों से घटी धूप, बादल और हवा के यादृच्छिक उतार-चढ़ाव।

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]मान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

मॉडल द्वारा प्रयुक्त अन्य स्थिरांक।

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·Paमान्यता: ग्रीनहाउस का आकार, ऊष्मा धारिता, वेंट, स्क्रीन, फ़ॉग और फ़सल के गुणांक आधुनिक काँच-घर के लिए उदाहरणात्मक मान हैं; भौतिकी एक अच्छी तरह मिली हुई वायु-मात्रा की है। असली साइटें हर स्थिरांक को कैलिब्रेट करती हैं।

यादृच्छिकता: सीड वाला mulberry32 जनरेटर; प्रयुक्त बंटन — समान, घातांकीय (प्रतिलोम CDF), सामान्य (Box–Muller), प्वासों (Knuth)। सीड दिखाया जाता है और साझा किया जा सकता है।

स्रोत

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