第3节 日光温室的设计（二）在线视频

我们讲第三个问题

日光温室采光设计

前面学习了建筑日照的相关理论

我们现在讲日光温室的采光设计

日光温室的采光设计

是通过日光温室的建筑形体尺寸

来实现的

现在介绍

日光温室建筑形体尺寸的确定方法

首先是前屋面角的确定

在日光温室的采光设计中

为使进光量最大

日光温室前屋面与太阳光线

应成比较合理的角度

如果使冬至日

正午太阳光线入射角为零

看这个图

也就是太阳高度角

加前屋面角等于90度

这时 反射率为零 透光率最大

我们称这时的前屋面角为理想屋面角

通过推导

理想屋面角的计算公式

就是前屋面角等于

地理纬度减去赤纬角

我们举个例子

西安地区的地理纬度为34度15分

那么我们计算出来的

理想屋面角为

34度15分减去负的23度27分

等于57度42分

北京的地理纬度为39度54分

计算得到的

日光温室的理想屋面角为63度

在我国北方高纬度地区建造日光温室

如果使前屋面角成为理想屋面角

常使前底角加大到60~70度

造成前坡陡立 屋脊高

因而后墙也高

而栽培面积并不增加

并且保温困难 而且造价高

通常不被采纳

那前屋面角如何确定呢

我们前面已经分析过

入射角不超过40度时

透光率下降很少

因此 我们可以用40度作为入射角

作为设计参数

控制冬至日

正午太阳光线的入射角为40度

这时的前屋面角被称为合理屋面角

通过前面讲的内容

可以推导出

合理屋面角的计算公式为

前屋面角等于

地理纬度减去赤纬角减40度

那么我们来计算一下

合理屋面角

以西安为例

计算得到的

温室的合理屋面角为17度42分

北京的合理屋面角为23度21分

前屋面角采用合理屋面角

比理想屋面角小了很多

这是第一代节能日光温室

采用的前屋面角度

这个角合理不合理呢

我们分析一下

太阳高度角在一天当中是变化的

正午最大

距离正午越远 其值越小

而且上 下午

距离正午相等间距时刻的

太阳高度角相等

因此 用正午的太阳高度角

来计算得出的前屋面角偏小

釆光仍不理想

那怎么办呢

我们发现

在冬至日10点到14点这四个小时内

温室内的作物光合作用最强

对光照的需求大

如果这个时间段的太阳入射角

能小于40度

而不是正午的短时间段满足要求

使温室的采光较好

这样得出的前屋面角

被称为合理采光时段屋面角

根据合理采光时段屋面角的定义

太阳时角取上午10时的数值为-30度

太阳入射角为40度

以及当地的地理纬度

冬至日赤纬角

代入前面的公式1-3

就能计算出合理采光时段屋面角

合理采光时段屋面角作为前屋面角

这是第二代节能日光温室的

采用的前屋面角

这个表列出了

不同地理纬度地区的

合理屋面角和合理采光时段屋面角

可以看出

从北纬23度到43度的地区

合理屋面角比

合理采光时段屋面角要小

大约在10.69-11.24度之间

这张表列出了

北方部分城市的合理采光时段屋面角

我们在设计日光温室时

可以直接采用

前屋面角确定了

就可以设计前屋面的形状

我们来看一下

前屋面形状如何来设计

屋面形状要有利于日光透射进入温室

前屋面形状一般会采用曲线

这个曲线上的每一个切线角度都会不同

我们看这张图片上的日光温室

前底角角度较大

越向上 曲线的切线角度越小

我们来看几个日光温室

这个温室脊高显著偏低

仅有25%的采光屋面投影

大于合理采光时段屋面角

再看这个日光温室

前底角的角度比较大

导致上部曲线切线角度比较小

有25%的采光屋面投影

大于和接近合理采光时段屋面角

这样的设计显然不合理

那我们怎么办呢

我们需要前屋面精细化的设计

看这个图

在温室跨度和后屋面水平投影

不变的情况下

提高温室屋脊的高度

增加前屋面角

得到合理的屋面形状

这样 对于10米跨的温室

后屋面水平投影长度2米

前屋面角36度 脊高6米

有75%的采光屋面

接近和大于合理采光屋面角

这样的屋面形状设计才比较合理

对于后屋面仰角来说

后屋面仰角的大小

是会影响后墙的采光

后屋面仰角要大于太阳高度角

才能保证后墙整个高度上

受到光线的照射

所以后屋面仰角

要保证冬至日前后一个半月内

后墙内侧全高范围内

都能得到阳光的照射

以北纬40度地区为例

2月19日是雨水时节

距离冬至日接近两个月

这时的太阳高度角为38.5度

日光温室的后屋面仰角

大于这个角度就可以了

我们常取40度

作为北纬40度地区

日光温室的后屋面仰角的角度

但对于跨度

没有明确的标准

在一定的范围内取值就可以了

在北纬38-40度地区

温室的跨度为7到12米

在北纬41-42度的地区

温室的跨度取6.5~10米左右

纬度在43度左右的地区

温室的跨度取6.5到8米左右

后屋面水平投影长度

后屋面水平投影长度

与温室保温和采光密切相关

日光温室后屋面水平投影长度

随着纬度的升高而加长

在跨度一定的情况下

后屋面长的温室

前屋面就相对短

温室升温较慢

但是 夜间降温也慢

保温效果好

但实际生产当中

我们会遇到以下几种情况

我们看这个图片当中的日光温室

就没有后屋面

这张图中的日光温室

后屋面有 非常短 形同虚设

这张图片当中的日光温室

后屋面又窄 又平 又薄

这些温室的后屋面设计都不合理

那后屋面水平投影长度

到底多少合适呢

我们可以用脊位比来确定

后屋面水平投影长度越长

前屋面水平投影越短

前屋面水平投影长度与跨度之比

我们称为脊位比

前屋面水平投影

等于跨度减去后屋面水平投影

利用这个脊位比

就可以确定后屋面水平投影的长度

对于周年生产的日光温室脊位比

我们一般取0.8

对于冬季生产的温室

脊位比可以适当降低

可以选0.78到0.79

也就是适当的加长后屋面

可以利于保温

对于低纬度和较暖和的地区

可以适当的加大脊位比

但避免因为前屋面较长

而显著增加散热损失

接下来我们讲屋脊的高度

在确定了日光温室

前屋面角 跨度

和后面水平投影的情况下

可以利用下式直接计算出屋脊的高度

通过调整后屋面水平投影长度的大小

可以调整屋脊的高度

后墙高度

当日光温室的脊高

后屋面仰角

以及后屋面水平投影长度确定以后

后墙的高度可以通过下式来计算

后墙的高度与后屋面的仰角有关

两者互相制约

增加仰角可以降低后墙的高度

后墙高度同时还要满足使用的功能

一方面 在后墙附近设置通道

所以 后墙的高度要高于人体的高度

一般在两米以上

另一方面

要求墙体有足够的高度

才能达到一定的蓄热面积

最后一个参数是长度

我们对长度的设计没有明确的要求

但因为日光温室东西两个山墙

在上 下午会产生阴影

要求日光温室的长度不小于50米

在实际生产中

多按一亩地来进行设计温室

所以温室的长度

一般可以达到90到100米

温室长度较大时

屋面纵向联系构件的设置

应考虑材料的热胀冷缩的不利影响

如果采用砖后墙

应在中部预留伸缩缝

如果前屋面采用自动卷帘被时

温室的长度

不能超过卷帘机的工作长度

以上就是

日光温室形体参数的设计方法

这张表中列出了

不同地理纬度 不同跨度

日光温室的设计参数

我们在设计时可以进行参考