第2节 影响园艺设施光环境的因素在线视频

大家好

我是中国农业大学的高丽红

欢迎大家学习

设施园艺学这门课程

现在我们来学习

影响园艺设施光环境的因素

园艺设施的透光率是指设施内

太阳辐射能与外界太阳辐射能之比

看一下这个公式

τ= I/I0×100%

那么太阳光是由直射光和散射光组成

因此设施内的透光率又分为

对直射光的透过率

和对散射光的透光率

看一下这个公式

τ=τzM+(1-M)τs

M就是自然光中直射光所占的百分率

通常情况下

反射光的透过率

取决于透明覆盖材料的种类

保护设施的结构形式

及覆盖材料的污染状况

对固定形式的设施

反射光的透过率由下列因子决定

看一下这个公式

τs=τs0(1-r1)(1-r2)(1-r3)

τs0是指干洁透明覆盖材料

对散射光的透过率

r1是设施内构架 设备等

不透明材料的遮光损失率

一般大型温室<5%

小型温室<10%

r2是覆盖材料因老化的透光损失

r3是由水滴和尘染引起的透光损失

一般水滴引起的透光损失

可以达到20%-30%

尘染引起的透光损失

可达15%-20%

对直射光的透过率

主要与透射光的入射角有关

这又与温室的方位

屋面坡度和太阳高度有关

我们来看一下直射光透过率的公式

τz=τx(1-r1)(1-r2)(1-r3)

τx为干洁透明覆盖材料

在入射角为x时的透光率

X与温室方位

屋面坡度 太阳高度有关

从设施内的散射光

和直射光透过率来看

设施内透光率

主要受以下因素的影响

覆盖材料的透光特性

覆盖材料的污染和老化程度

温室的结构方位

建材骨架和室内设施等

我们来看一下

覆盖材料的透光特性

投射到保护设施覆盖物上的

太阳辐射能被分为三部分

吸收 反射和透过

吸收率 反射率和透过率

三部分之和等于百分之百

对于干净的玻璃或塑料薄膜而言

其吸收率一般在10%左右

反射率增加 透过率就变小

影响透光率的因素主要受

光线的入射角 薄膜的老化

灰尘和水滴等的影响

这张图片是

直射光透过率与入射角的关系

我们在前面已经讲过

随着光线入射角的增大 透光率下降

在0到45度之间下降比较缓慢

入射角在45度到60度下降明显

入射角大于60度急剧下降

再来看一下

园艺设施结构与透光率的关系

园艺设施的结构包括

建筑方位 结构形状 跨度 高度 长度等

设施的建筑方位是指屋脊的延长方向

一般是东西延长或南北延长

东西延长我们一般叫东西栋温室

南北延长呢

叫南北栋温室

设施的结构形状主要是指

屋面的坡度与透光率密切相关

先看建筑方位对透光率的影响

对单屋面温室而言

以东西延长采光比较理想

而对全光面温室

它的建筑方位是

东西栋或南北栋哪种更好呢

我们来看一下这张图

这是在冬至日

不同纬度和方位

对直射光日总量透过率的影响

从这张图中我们可以得出以下结果

单栋温室的透光率要高于连栋温室

随光线入射角增加 透光率下降

纬度越高 下降越快

冬至时东西方位温室透光率

优于南北方位

连栋数越多 纬度越高差异越明显

再看一下这张图

这是相同纬度

不同建筑方位单栋和连栋温室

直射光日总量透过率的季节变化

从图中我们能够看出

3月10日以前

东西栋单栋温室透光率优于南北栋

3月10日以后相反

因此从透光率角度出发

就单栋温室而言

冬季直射光床面平均透光率

以东西延长比南北延长好

平均要高10%左右

纬度越高效应越明显

再来看结构中骨架材料

遮阴对透光率的影响

设施内骨架材料遮光面积

与下列因素有关

一是与阳光的入射角有关

入射角增大

遮光面积除宽度外

还需要增加厚度的阴影

此外与纬度有关

纬度越高 太阳高度越低

建材的遮光面积就越大

还与水平构架材料多少有关

水平构架材料多

东西延长温室直射光在床面上

分布有若干弱光带

形成死的阴影

而南北延长温室水平构架阴影

会随着太阳的移动而移动

是活的阴影

因此南北延长温室的光照分布

比东西延长温室相对更加均匀

我们归纳一下

单栋温室建筑方位确定的原则

从透光率和骨架材料遮阴

两方面综合考虑

对单栋温室和塑料拱棚而言

如果是单屋面

则应以东西延长坐北朝南为优

如果是双屋面

以冬季生产为主时

东西延长比南北延长的光照强度高

并可通过设计温室时调整屋面坡度

减少水平构架材料

来减少床面上的弱光带

若以春秋栽培为主或全年栽培时

则应以南北延长为优

光照分布更加均匀

那么全面透光的连栋温室

以何种建筑方位为优呢

我们来看一下 这张图

这是屋脊型连栋温室

地面上直射光日总量透过率的分布图

从图中能够看出

东西栋连栋温室

总透光率比较高

但是有若干个弱光区

光照分布非常不均匀

而南北栋温室总透光率低于东西栋

但总体光照分布比较均匀

因此对全光屋面连栋温室

从透光率角度

东西栋优于南北栋

从光分布角度

南北栋优于东西栋

在冬 春 夏三个季节均表现明显

东西延长的温室

冬至和春分时

由于天沟及向南屋面

造成的阴影弱光带十分明显

直射光日总量差值冬至可达30%

春分达10%

所以连栋温室

应以南北延长设计为最佳设计

下面 我们来看一下

屋面坡度也就是屋面倾斜角

对透光率的影响

这主要影响直射光的透过率

屋面坡度主要影响光线的入射角

前面说过

随着光线入射角的增加

光的透过率减小

当入射角大于60度时

透光率急剧下降

劳伦斯研究单栋温室屋面倾斜角

与室内光强的关系

认为在一定范围内屋面的倾斜角越大

温室的透光率就越高

我们从这张表中可以看出

当屋面倾角超过30°时

温室内透光率的增加幅度不明显

因此国际标准屋面倾角应为26.5°

单屋面温室屋面倾斜角

也就是我们说的前屋面角

对透光率的影响更突出

因此 对我国特有的日光温室

合理采光屋面角设计非常重要

我们来看一下

这个日光温室的建筑尺寸图

前面我们已经介绍过

α是日光温室的前屋面角

这个角度的大小

会影响到直射光的透过率

也影响整个温室的冬季采光

因此在日光温室采光设计中

这个角度是非常重要的

关于日光温室的前屋面角设计

基于透光率随入射角变化规律

有三个方案

一是理想屋面角

冬至日正午

太阳光线的入射角为0º的前屋面角

按照这个角度

设计的日光温室采光最好

但温室的屋脊增高

散热面积加大 夜间保温性差

而且建造时比较耗费建材

第二个是合理屋面角

是指在冬至日

正午太阳光线的入射角为40°的前屋面角

称为合理的屋面角

还有就是最佳屋面角

是保证冬至日一天中

上午10点到下午14点

太阳入射角均小于40°

称为合理采光时段屋面角

或最佳屋面角

目前日光温室前屋面角设计

均采用最佳屋面角

能够同时兼顾采光与保温

节约建筑材料

那么连栋温室屋面坡度

对透光率的影响如何呢

一般南北栋连栋温室屋面坡度

对直射光日总量透光率影响不大

东西延长有比较大的影响

纬度越高差异越明显

国际标准连栋温室的屋面倾角为26.5°

此外温室的结构形状也会影响透光率

还有相邻温室或大棚的间距

设计时要注意前后栋之间不要遮荫

这在单屋面日光温室设计时更加重要

需要特别注意

在本小节

我们主要学习了

影响园艺设施透光率的因素

即在园艺设施结构设计时

为了增加透光率

和使光照分布更均匀

应注意的一些原则

那么这一小节呢

我们就讲到这里