5.6.2 日光温室采光与剖面设计在线视频

大家好

我是中国农业大学的李明

欢迎回到农业生物环境工程慕课

今天

我们来学习日光温室采光与剖面设计

我们在前面学习过

日光温室呢是由透光前屋面

后屋面

后墙和保温被构成

前屋面覆盖透明材料

能让太阳光进入室内

后屋面主要承担的是保温功能

而后墙呢

则兼具保温和蓄热功能

它可在日间吸收并储存太阳能

然后在夜间向室内放热

使室内气温维持在一个较高的水平

因此呢

日光温室采光的目的

除了要满足植物生长需求外

还要满足后墙的蓄热需求

另外

日光温室生产期主要集中在冬季和春季

此时太阳辐射比较弱

需尽可能提高温室的太阳辐射透过率

日光温室采光与它的剖面尺寸

前屋面形状和前后排间距密切相关

今天呢我们将重点学习

日光温室剖面核心参数及确定方法

日光温室屋面曲线设计

和日光温室前后间距确定等内容

首先

我们来认识下日光温室的剖面核心参数

日光温室剖面的核心参数

包括前屋面角

脊高

后屋面角

后墙高度和后屋面水平投影宽度

前屋面角呢

是指前屋面底角与屋脊连线

与地面的夹角

脊高呢则是屋脊至水平地面的距离

后屋面角是后屋面与水平面形成的夹角

这五个参数互相关联

共同对日光温室的采光形成影响

剖面设计的主要内容

就是确定这些核心参数

在设计的过程中

我们可以采用以下流程来确定

首先根据实际需求提出温室的合理跨度

然后呢

基于当地纬度和日光温室几何关系

逐步确定前屋面角

后屋面投影宽度

脊高

后屋面角与墙高

最后输出日光温室面核心参数

首先我们来学习下

日光温室前屋面角的确定方法

为了保证日光温室的作物采光需求

应该呢要使冬至日正午前后4h内

室外太阳辐射能够最大限度的透入温室

但是呢

日光温室前屋面是曲线

太阳光线在前屋面不同位置的入射角

各不相同

这就给我们确定合理的前屋面角

带来了很大的困扰

因此呢需要做一些简化

根据研究

当前屋面角一定时

变动采光屋面形状

对太阳光入射率的影响幅度不超过5％

因此呢我们就可以采用平面

替代曲面来进行计算

根据太阳光透射理论

理想的前屋面角

应该能使太阳光线垂直入射温室屋面

这是是获得最大太阳辐射的最佳条件

通过几何分析

我们可以得出的理想的前屋面角

应该等于90度减去太阳高度角

这条原理看上去很简单

但是

按照该原则获得前屋面角很大

在工程上很难实现

为此呢

我们需要对上述方法进行修正

那么根据覆盖材料透光率

随入射角的变化曲线

我们可以发现

当入射角从0开始增大的时候

透光率变化是并不显著的

当超过40度时

透光率急速下降

这时候我们就可以以这个转折点

作为确定前屋面角的依据

这样就可以解决上述方法中

前屋面角过大的问题

那么根据上述分析

我们就可以使用

冬至日上午

真•太阳时为10点的高度角来进行计算

此时的高度角处于较低水平

只要这个时候的前屋面角

能满足太阳光入射角小于40度

则在全年都能保证太阳光

尽可能的投入日光温室

另外

还要注意的是

该时刻太阳光线与温室的剖面有一定的夹角

需要使用下面的正弦函数

来计算获得合理的前屋面角

获得前屋面角之后

可以将前屋面角的边长延长

用来确定后屋面水平投影宽度和脊高

那么我们有两种方法来确定这些参数

第一个方法呢

是首先确定

后屋面的水平投影宽度为跨度的1/5

后屋面垂直投影线

与前屋面角的延长线的交点就是屋脊位置

由此我们就能够获得相应的脊高

第二个方法

是以夏至日正午

后屋面

不会对最后一排作物产生阴影为目标

将该时刻照射到温室北部

最后一排作物顶部的太阳光线

与前屋面角延长线的交点作为屋脊位点

然后呢并由此获得相应的

后屋面水平投影宽度

和我们的脊高

夏至日正午时分的太阳高度角

处于全年的最高水平

只要这个时候的后屋面

不对作物产生阴影

那么就可以满足全年作物采光需求

接下来

我们来看一下后屋面角和墙高的确定

后屋面角一般可以认为等于

72度减去当地纬度

但是呢我们不要忘记

日光温室的采光

除了要满足作物生长外

还要尽可能保证后墙蓄热的要求

如果计算的后屋面角较小

就会使得后屋面

在冬季对后墙产生阴影

从而不利于后墙的蓄热

此时我们就要需要适当提高后屋面角

满足后墙的蓄热需求

在确定了后屋面角之后

就可以根据日光温室的几何关系

获得后墙的高度

接下来我们来看前屋面的形状

前面提到过

当前屋面角确定后

前屋面形状

对温室透光率影响幅度不超过百分之五

但是呢

我们要考虑到冬季光照是很弱的

这时候还是应尽可能的使阳光进入温室

因此呢

前屋面任意位置的屋面角

应大于等于50 °

减去冬至日正午的太阳高度角

另外呢

屋脊处切角要大于12度

以便于屋面的排水

同时呢

考虑到作业管理需求

在距离前屋面底角处1.0m处的高度

还要大于1.5m

此外

前屋面底角处的切角

还要不小于60度

这样能方便冬季

屋面的积雪能够顺利的滑落

说道这里

不知大家是否注意到

日光温的室后墙和后屋面是不透光的

在日光温室后侧会形成一个阴影带

如果前后排日光温室间距较小的话

前排日光温室

会对后排日光温室形成遮挡

进而影响后排日光温室的采光

因此呢我们还需要确定

前后排日光温室的合理间距

这个参数

同样可以根据合理采光原则来进行确定

也就是说日光温室前后排间距

应保证冬至日真太阳时10点

至14点之间

前排温室不对后排温室产生阴影

那么这时候我们就可以根据太阳光角度

及日光温室尺寸

利用下方的公式

来计算获得日光温室前后排的合理间距

最后我们进行一下小结

本次课程呢

我们学习了日光温室采光需求

剖面核心参数确定方法

日光温室前屋面曲线设计

以及日光温室前后间距的确定方法

该部分内容是日光温室设计的核心内容

希望大家理解掌握

好

今天的课程到此结束

谢谢大家