農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery ISSN 1000 1298 CN 11 1964 S 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文 題目 連棟溫室天溝結(jié)構(gòu)對(duì)栽培區(qū)光環(huán)境的影響 作者 周波 孫維拓 郭文忠 周寶昌 石磊 李光聚 收稿日期 2020 08 16 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期 2021 03 24 引用格式 周波 孫維拓 郭文忠 周寶昌 石磊 李光聚 連棟溫室天溝結(jié)構(gòu)對(duì)栽培 區(qū)光環(huán)境的影響 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 網(wǎng)絡(luò)首發(fā) 在編輯部工作流程中 稿件從錄用到出版要經(jīng)歷錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿等階 段 錄用定稿指內(nèi)容已經(jīng)確定 且通過(guò)同行評(píng)議 主編終審?fù)饪玫母寮?排版定稿指錄用定稿按照期 刊特定版式 包括網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)版式 排版后的稿件 可暫不確定出版年 卷 期和頁(yè)碼 整期匯編定稿指出 版年 卷 期 頁(yè)碼均已確定的印刷或數(shù)字出版的整期匯編稿件 錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)稿件內(nèi)容必須符合 出 版管理?xiàng)l例 和 期刊出版管理規(guī)定 的有關(guān)規(guī)定 學(xué)術(shù)研究成果具有創(chuàng)新性 科學(xué)性和先進(jìn)性 符合編 輯部對(duì)刊文的錄用要求 不存在學(xué)術(shù)不端行為及其他侵權(quán)行為 稿件內(nèi)容應(yīng)基本符合國(guó)家有關(guān)書(shū)刊編輯 出版的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 正確使用和統(tǒng)一規(guī)范語(yǔ)言文字 符號(hào) 數(shù)字 外文字母 法定計(jì)量單位及地圖標(biāo)注等 為確保錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)的嚴(yán)肅性 錄用定稿一經(jīng)發(fā)布 不得修改論文題目 作者 機(jī)構(gòu)名稱和學(xué)術(shù)內(nèi)容 只可基于編輯規(guī)范進(jìn)行少量文字的修改 出版確認(rèn) 紙質(zhì)期刊編輯部通過(guò)與 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 光盤版 電子雜志社有限公司簽約 在 中國(guó) 學(xué)術(shù)期刊 網(wǎng)絡(luò)版 出版?zhèn)鞑テ脚_(tái)上創(chuàng)辦與紙質(zhì)期刊內(nèi)容一致的網(wǎng)絡(luò)版 以單篇或整期出版形式 在印刷 出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿 因?yàn)?中國(guó)學(xué)術(shù)期刊 網(wǎng)絡(luò)版 是國(guó)家新聞出 版廣電總局批準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)連續(xù)型出版物 ISSN 2096 4188 CN 11 6037 Z 所以簽約期刊的網(wǎng)絡(luò)版上網(wǎng)絡(luò)首 發(fā)論文視為正式出版 連棟 溫室天溝 結(jié)構(gòu) 對(duì)栽培區(qū)光環(huán)境 的 影響 周波 1 孫維拓 1 郭文忠 1 周寶昌 2 石磊 3 李光聚 3 1 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心 北京 100097 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 北京 100083 3 壽光市農(nóng)業(yè) 農(nóng)村局 壽光 262700 摘 要 為降低北方地區(qū)連棟溫室越冬生產(chǎn)加溫能耗 增強(qiáng)溫室保溫性能 設(shè)計(jì)了大斜面外保溫連棟玻璃溫室 即壽光型智能玻璃溫室 該溫室采用大天溝設(shè)計(jì)以安裝外保溫被及傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 但也造成了較寬的遮陰帶 影響栽 培區(qū)輻射分布及溫室透光率 為分析天溝尺寸對(duì)室內(nèi)光環(huán)境的影響 進(jìn)而 對(duì)天溝尺寸進(jìn)行優(yōu)化 構(gòu)建了連棟溫室 天溝對(duì)溫室栽培區(qū)內(nèi)不同位置輻射強(qiáng)度影響的動(dòng)態(tài)模型 并 基于 該 模型對(duì)室內(nèi)光環(huán)境進(jìn)行了均勻性與敏感性分 析 結(jié)果表明 對(duì)栽培區(qū)內(nèi)日累積 輻射平均值影響程度從大到小依次為天溝間距 天溝寬度 天溝垂直厚度和天 溝高度 壽光型智能玻璃溫室 的天溝尺寸設(shè)計(jì) 為 相鄰兩天溝間距 12 00m 天溝水平 寬度 1 60m 垂直厚 度 0 86m 天溝下沿離地面 高度 6 30m 可以保證最佳的栽培區(qū)內(nèi)光照均勻性 根據(jù) 不同情景下的 模型 模擬結(jié)果 可 得 為 確 保栽培區(qū)內(nèi)的光照均勻性 栽培區(qū)內(nèi)輻射強(qiáng)度的變異系數(shù)最小 的情況下 山東 壽光地區(qū)溫室 天溝高度與垂直厚度 之和與天溝間距與寬度之和的比值在 0 49 0 54 之間 本研究 為 壽光型智能玻璃溫室 在不同地區(qū)的 設(shè)計(jì)應(yīng)用 提供 理論依據(jù) 關(guān)鍵詞 連棟溫室 天溝 輻射分布 動(dòng)態(tài)模型 中圖分類號(hào) S62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A OSID Analysis and Optimization of Greenhouse Gutter Effect on Radiation Distribution inside Multi span Greenhouses Based on Dynamic Model ZHOU Bo1 SUN Weituo1 GUO Wenzhong1 ZHOU Baochang2 SHI Lei3 LI Guangju3 1 Beijing Research Center of Intelligent Equipment for Agriculture Beijing 100097 China 2 College of Horticulture China Agricultural University Beijing 100083 China 3 Shouguang Agriculture and Rural Bureau Shouguang 262700 China Abstract Indoor farming system has played an important role in precision agriculture In recent years many innovative greenhouses have been built in China In order to enhance the thermal insulation of multi span greenhouses in northern region external thermal screen has been installed on multi span greenhouses Shouguang type intelligent greenhouses The external thermal screen and its power mechanism are installed above a large gutter However the larger gutter the lower light intensity in the greenhouse In order to analyze the indoor light environment and optimize the gutter and greenhouse design a dynamic model of light distribution inside the greenhouse was constructed Based on the model the uniformity and sensitivity of indoor light environment were analyzed The results show that The order of the influence on the average value of daily accumulated radiation in the cultivation area is the gutter distance width depth and height Among different design combinations there are multiple optimal ones of light distribution in the cultivation area And the current gutter design of Shouguang type greenhouse is reasonable for uniform indoor light environment on local winter solstice day including the distance 12 00m and width 1 60m depth 0 86m and height 6 30m of single gutter According to the simulation results under different scenarios the suitable ratios of the sum of gutter height and depth over the sum of gutter distance and width among all the suitable designs the minimum variation coefficient of radiation intensity are between 0 49 and 0 54 The dynamic model could provide a theoretical basis for the design and application of Shouguang type intelligent greenhouses in different regions Key words multi span greenhouse gutter radiation distribution dynamic model 收稿日期 2020 08 16 修回日期 2020 09 15 基金項(xiàng)目 寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研 發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 2018BBF02011 寧夏 回族 自治區(qū)重點(diǎn) 重大 研發(fā)專項(xiàng) 2019BBF02010 和國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究 中心壽光試驗(yàn)站項(xiàng)目 作者簡(jiǎn)介 周波 1990 男 助理研究員 博士生 主要從事設(shè)施園藝環(huán)境模型研究 Email zhb nash 通信作者 郭文忠 1970 男 研究員 博士生導(dǎo)師 主要從事設(shè)施蔬菜栽培與智能裝備研究 Email guowz 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時(shí)間 2021 03 24 16 33 21 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址 0 引言 目前已建成的荷蘭型玻璃溫室逾 140hm2 在建和 計(jì)劃建設(shè)的荷蘭型溫室近 682hm2 1 中國(guó)北方地區(qū)冬 季晴朗干燥天氣居多 白天光照充足 但是夜間溫度 低 加熱需求大 對(duì)加熱系統(tǒng)和溫室密閉性和保溫性 要求更高 2 因此溫室設(shè)計(jì)必須根據(jù)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況 從加溫 保溫性能上進(jìn)行 荷蘭模式 中國(guó)本土化的優(yōu) 化創(chuàng)新 對(duì)于連棟溫室 屋頂 面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周圍結(jié)構(gòu) 的面積 溫室供熱系統(tǒng)的能耗主要在圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱耗 熱量上 減小頂部傳熱量對(duì)溫室的節(jié)能具有重要作用 目前連棟玻璃溫室內(nèi)保溫幕是重要節(jié)能保溫措施 3 借鑒中國(guó)傳統(tǒng)日光溫室的保溫特性 其前屋面外保溫 被對(duì)溫室節(jié)能起了重要的作用 4 而連棟玻璃溫室的 外保溫系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大 并沒(méi)有得到充分的應(yīng) 用與驗(yàn)證 為解決玻璃溫室外保溫問(wèn)題 郭文忠等 5 設(shè)計(jì)了一種具有外保溫性能的槽體連棟溫室結(jié)構(gòu) 即 壽光型智能玻璃溫室 并在山東壽光地區(qū)成功推廣 應(yīng)用面積達(dá) 88500m2 該外保溫型溫室將常規(guī) 最大 0 3m 左右 寬的玻璃溫室天溝 6 擴(kuò)展到 1 6m 用于安裝保 溫被及傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 壽光型智能玻璃溫室其獨(dú)特的大天溝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)了連棟玻璃溫室外保溫的安裝 增強(qiáng)了玻璃溫室 保溫性 但是溫室天溝設(shè)計(jì) 需 考慮排雨水 冷凝水 結(jié)構(gòu)荷載 7 保溫 遮陰等因素 8 在保證排水量和荷 載的基礎(chǔ)上 該溫室 寬 1 6m 天溝會(huì)產(chǎn)生較大的遮陰面 積 降低溫室透光率 而光是植物光合作用的動(dòng)力源 遮陰影響光合特性 9 同時(shí)也影響植物蒸騰 10 11 弱 光通常為限制溫室蔬菜作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要因素 12 提高覆蓋材料光學(xué)性能 13 增加人工光源等可以改善 溫室內(nèi)光環(huán)境 因溫室骨架尺寸及幕布系統(tǒng)等均會(huì)不 同程度地對(duì)溫室內(nèi)光產(chǎn)生影響 14 不同溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 其室內(nèi)光環(huán)境不一樣 15 唐衛(wèi)東 等 16 構(gòu)建了一種點(diǎn)光 源在溫室內(nèi)輻射分布的可視化模型 模擬了光源動(dòng)態(tài) 分布 但仍缺乏針對(duì)不同溫室平行太陽(yáng)光動(dòng)態(tài)分布的 研究 為 降低天溝對(duì)溫室透光率的影響 周瑩等 17 設(shè) 計(jì)了一種可透光天溝 采用環(huán)氧樹(shù)脂為基料 輔以助 劑和透明纖維等材料 可以使溫室由天溝形成的遮陽(yáng) 面積減少 60 以上 透光率提高 70 以上 但是該材 料方法只能用于傳統(tǒng)連棟溫室天溝 不適用于放置 保 溫被及傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 歐洲對(duì)于光伏玻璃溫室內(nèi)透光率的 研究表明 覆蓋率每增加 1 的光伏板 平均降低溫室 內(nèi)年累積輻射量 0 8 天溝高度每增加 1m 光伏溫 室內(nèi)輻射量會(huì)相應(yīng)增加 3 8 18 19 這表明溫室遮陰結(jié) 構(gòu)尺寸與溫室設(shè)計(jì)尺寸之間可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 另外 南北走向的天溝 因太陽(yáng)角度隨時(shí)間的變化 產(chǎn)生的 陰影也會(huì)隨時(shí)間改變 因此 不同 天溝寬度 垂直厚度 及安裝高度 相鄰兩天溝間距等因素 對(duì)溫室光環(huán)境 的均勻性 會(huì) 產(chǎn)生 不同的 影響 而太陽(yáng)輻射在溫室內(nèi)分 布的均勻性是一種重要的溫室采光性能的評(píng)價(jià)指標(biāo) 20 為分析 連棟溫室天溝 對(duì)栽培區(qū)光環(huán)境影響 及優(yōu) 化設(shè)計(jì)天溝和溫室尺寸 本文以輻射均勻性為主要評(píng) 價(jià)指標(biāo) 從理論上 構(gòu)建溫室內(nèi)動(dòng)態(tài)太陽(yáng)輻射分布模型 分析天溝陰影 在溫室內(nèi)分布規(guī)律 進(jìn)而 提出壽光型智 能玻璃溫室天溝 和溫室 尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 1 材料與方法 1 1 假設(shè) 為構(gòu)建天溝寬度 垂直厚度 安裝高度 和 相鄰兩 天溝間距 與栽培區(qū)內(nèi)光環(huán)境均勻性之間的數(shù)學(xué)模型 提出如下假設(shè) 1 天溝只對(duì)直射光產(chǎn)生阻擋 散射 光在空間內(nèi)任何一個(gè)方向上具有相同的輻射強(qiáng)度 2 兩個(gè)天溝之間栽培區(qū)同一時(shí)間內(nèi)只受一個(gè)天溝陰影的 影響 3 溫室尺寸 天溝數(shù)量 不受限制 天 溝長(zhǎng)度 在南北方向上無(wú)限延伸 4 屋面角度對(duì)溫室透光率 沒(méi)有影響 5 只考慮晴朗天氣條件下室內(nèi)輻射分布 1 2計(jì)算方法 壽光型智能玻璃溫室 裝 有外保溫被 其外保溫系 統(tǒng) 如圖 1 a 所示 溫室保溫被及傳動(dòng)裝置安裝于溫 室天溝中 可以實(shí)現(xiàn)玻璃溫室外保溫設(shè)計(jì) 其立面設(shè) 計(jì)如圖 1 b 所示 溫室初始設(shè)計(jì)跨度 13 6m 天溝 之間間距 12m 天溝寬度 1 6m 天溝 下沿 與地面凈 高度 6 3m 天溝及保溫層整體 厚度為 0 86m 相鄰 天 溝之間為栽培區(qū) 天溝正下方為操作路面 非栽培區(qū) 圖 1 c 為溫室效果圖 為構(gòu)建數(shù)學(xué)模型 在平面 坐 標(biāo)系 XOY 中 建立平面 坐標(biāo)系簡(jiǎn) 圖 圖 1d 其中 溫室一個(gè)天溝的 水平 投影面最東側(cè)與地面交點(diǎn)為坐標(biāo) 原點(diǎn) X 軸為跨度方向 東側(cè)為正 Y 軸為高度方向 向上為正 天溝寬度 為 W 垂直厚度 為 D 安裝高度 為 H 相鄰兩天溝間距 為 L 某時(shí)刻太 陽(yáng)光線在 XOY 坐標(biāo)系投影與 X 軸正方向之間的夾角為 天溝陰影 兩側(cè) 端 點(diǎn)的 X 坐標(biāo)分別為 t a nt a n t a nt a nm in WLHLDHLX a 1 t a n t a n t a n t a nm a x WLHWLDHWLX b 2 圖 1 外保溫溫室天溝設(shè)計(jì) Fig 1 Multi span greenhouses with external thermal screen 為 保證太陽(yáng)高度角低時(shí) 能夠計(jì)算出不同位置天 溝在如圖所示栽培區(qū)域的陰影位置 Xa 和 Xb 利用取余 計(jì)算 采取劃分栽培區(qū)域內(nèi)陰影及非陰影區(qū)域的方法 在栽培區(qū)內(nèi)進(jìn)行均勻取樣 將 L 均勻分為 n 個(gè)線段 產(chǎn)生 n 1 個(gè)樣本點(diǎn) 隨著時(shí)間的變化 所有樣本點(diǎn) 的陰影狀態(tài)可計(jì)為二維矩陣 S 行方向代表取樣點(diǎn)空 間位置 列方向?yàn)闀r(shí)間序列 其列數(shù)為 n 1 行 數(shù) 為時(shí)間向量 t 的長(zhǎng)度 時(shí)刻為 t j 時(shí) S 的計(jì)算式 為 當(dāng) Xa j Xb j 時(shí)有 1 1 0 1 1 jXnLijXnLi jXnLijXijS ab ab 或 4 其中 i j 整數(shù) 0 i n 1 0 j l l tset trise t 式 中 l 時(shí)間向量 t 的長(zhǎng)度 S j i 矩陣中第 j 行第 i 列的單個(gè)元素 tset 太陽(yáng)落山時(shí)刻 h trise 太陽(yáng) 升起 時(shí)刻 h t 取樣時(shí)間間隔 s S j i 為 0 時(shí)代表取樣點(diǎn) 在此時(shí)刻 處于陰影區(qū)域 值為 1 時(shí)表示處于非陰影區(qū)域 一年中 某一時(shí)刻的太陽(yáng)位置及與地球一特定地 點(diǎn)的入射光線角度可通過(guò)理論計(jì)算得出 而同樣可以 利用太陽(yáng)常數(shù) 計(jì)算晴朗天氣條件下固定時(shí)刻到達(dá)地 面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 太陽(yáng)高度角 h t 方位角 t 以及 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 R t 的計(jì)算 參考日光溫室設(shè)計(jì)規(guī)范 NY T 3223 2018 及文獻(xiàn) 21 溫室跨度太陽(yáng)光線在 XOY 面投影與 X 軸正方向夾角 為 sintantan h 5 在 栽培區(qū)內(nèi) t j 時(shí)刻 第 i 個(gè)取樣點(diǎn)處直射光輻射 強(qiáng) 度 計(jì)算式為 s in jthijSjtRjtq 6 式中 溫 室覆蓋材料透光率 各個(gè) 取樣 點(diǎn)處 日 累積輻射強(qiáng)度 Q 可利用矩陣 進(jìn)行 列求和 求出 即 t 10 6 tqQ 7 Q 為 n 1 個(gè)元素的行向量 表示栽培區(qū)內(nèi) n 1 個(gè) 點(diǎn)上 每個(gè)點(diǎn)的 日 累積輻射強(qiáng)度 1 3 均勻性與敏感性分析 為保證 最佳的天溝尺寸及位置設(shè)計(jì) 保證陰影在 東西方向移動(dòng)過(guò)程中 需要最大化的保證栽培區(qū)內(nèi)一 天累積光照的均勻性 采用上述數(shù)學(xué)模型 可以計(jì)算 樣本 點(diǎn)輻射強(qiáng)度 引入變異系數(shù)作為光照均勻性的評(píng) 價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 變異系數(shù)越小 樣本間 離散 程度越小 22 為比較各個(gè)因素對(duì)光環(huán)境的影響 程度 可進(jìn)行 敏 感性分析 敏感性分析是從定量分析的角度研究有關(guān) 因素發(fā)生某種變化對(duì)某一個(gè)或一組關(guān)鍵指標(biāo)影響程度 的一種不確定分析方法 23 本研究采用單因素敏感性 方法 分析不同天溝設(shè)計(jì)尺寸對(duì)室內(nèi)光照強(qiáng)度和均勻性 的影響 2 結(jié)果與討論 a 實(shí)物圖 b 設(shè)計(jì)圖 c 溫室 效果圖 d 坐標(biāo)系 圖 為 分析 壽光型智能玻璃溫室大 天溝對(duì)溫室內(nèi)光環(huán) 境的影響 選取一年中正午太陽(yáng)高度角最低 太陽(yáng)輻 射強(qiáng)度最小的冬至日 12 月 21 日 進(jìn)行分析 圖 2 為冬至日溫室內(nèi)從日升到日 落時(shí)間 通過(guò)模型計(jì)算得 出的 單跨栽培區(qū)域光照強(qiáng)度分布圖 其中留白區(qū)域?yàn)?天溝產(chǎn)生的陰影 可以看出 在日出后和日落前 整 個(gè)栽培區(qū)域內(nèi)均有頻繁的陰影帶掃過(guò) 這是因?yàn)樘?yáng) 高度角低時(shí) 溫室東西側(cè)遠(yuǎn)處不同位置的天溝都會(huì)都 在不同時(shí)間對(duì)栽培區(qū)域產(chǎn)生陰影 而且同一條天溝在 栽培區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的陰影時(shí)間很短 該時(shí)間段內(nèi)太陽(yáng)輻射 強(qiáng)度相對(duì)較弱 12 00 前后 有 2 條最寬的陰影帶隨時(shí) 間變化 從西到東均勻掃過(guò)整個(gè)栽培區(qū) 該 2 條陰影 帶 由 緊臨栽培區(qū)域兩側(cè)的天溝產(chǎn)生 同時(shí)也是在輻射 強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)間 對(duì)栽培區(qū)域內(nèi)光環(huán)境影響最大的陰影 圖 3 為冬至日和秋分日栽 培區(qū)內(nèi)不同位置處一天內(nèi)光 照累積輻射 累積輻射曲線有 3 個(gè)峰值 分別位于天 溝兩側(cè)區(qū)域和栽培區(qū)正中間 冬至日時(shí)累積輻射最大 值為 4 535MJ m 2 出現(xiàn)在緊臨天溝兩側(cè)位置 而秋分 日 9 月 22 日 最大值 10 821MJ m 2 則位于栽培區(qū)域 正中間 最小值 冬至日 4 475MJ m 2 秋分日 10 645MJ m 2 都位于天溝與栽培區(qū)域中間位置之間 冬至日時(shí) 該溫室栽培區(qū)內(nèi)平均累積輻射強(qiáng)度為 4 500MJ m 2 標(biāo) 準(zhǔn)差為 0 009MJ m 2 變異系數(shù)為 0 002 圖 2 冬至日溫室內(nèi)從日升 到日落時(shí)間單跨內(nèi)栽培區(qū)域 光照強(qiáng)度分布 Fig 2 Distribution of light intensity in single span cultivation area from sunrise to sunset on winter solstice 0 2 4 6 8 10 12 X m 4 47 4 48 4 49 4 50 4 51 4 52 4 53 4 54 2 0 2 4 6 8 10 12 X m 10 64 10 66 10 68 10 70 10 72 10 74 10 76 10 78 10 80 10 82 10 84 2 圖 3 栽培區(qū)內(nèi)不同位置處一天內(nèi)光照累積輻射值 Fig 3 Accumulated radiation at different locations in the cultivation area 冬季溫室陰影對(duì)溫室光環(huán)境的影響較 大 24 本 研 究主要針對(duì)太陽(yáng)輻射最弱的冬至日時(shí) 優(yōu)化分析溫室 栽培區(qū)域內(nèi)光照環(huán)境 利用建立的陰影帶數(shù)學(xué)模型進(jìn) 行不同情景模擬 n 取值 1000 為 0 01h 溫室透光 率 80 初始溫室 天溝設(shè)計(jì) 尺寸 參考?jí)酃鈱?shí)際溫室尺 寸 L 為 12 00m H 為 6 30m D 為 0 86m W 為 1 60m 保持其他因素不變 改變其中單個(gè)因素進(jìn)行敏感性和 均勻性分析 表 1 4 分別為冬至日山東壽光地區(qū)不同天溝高 度 不同天溝垂直厚度 不同天溝寬度 不同天溝間 距情景下溫室單跨栽培區(qū)內(nèi)從東到西各個(gè)樣本點(diǎn)日累 積輻射值平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù) 及三者分別 的 相對(duì) 敏感度 變異系數(shù)代表了光環(huán)境均勻性程度 其 中變異系數(shù)最小值為 0 002 表明在所有天溝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 組合中 此 設(shè)計(jì)值 對(duì)應(yīng) 栽培區(qū)域內(nèi)光環(huán)境均勻性最好 其中初始天溝設(shè)計(jì) 尺寸 的變異系數(shù)也為 0 002 在初始值的基礎(chǔ)之上 改變天溝高度 垂直厚度 和寬度 日累積輻射平均值的敏感度都小于等于零 表明這 3 個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)與栽培區(qū)域內(nèi)日累積輻射平均值 呈 負(fù)相關(guān) 增加天溝高度 垂直厚度和寬度 都會(huì)降 a 三維圖 b 等高線 圖 a 冬至日 b 秋分日 低光照強(qiáng)度 相反 天溝間距與日累積輻射平均值 呈 正相關(guān) 增加 天溝 間距 可以提高栽培區(qū)內(nèi)光照強(qiáng)度 為 增加栽培區(qū)域內(nèi)光照強(qiáng)度 可以在 滿足溫室功能設(shè) 計(jì)的基礎(chǔ)之上 提高 天溝間距 降低天溝高度 減少 天溝垂直厚度和寬度 而 標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)的 相對(duì) 敏 感度 在單個(gè)變量從小到大的變化范圍之內(nèi) 都是從 負(fù)值逐漸變成正值 表明天溝設(shè)計(jì)參數(shù)與光照均勻性 之間由負(fù)相關(guān)性變成了正相關(guān)性 變異系數(shù)在范圍內(nèi) 存在一個(gè)最小值 即光照均勻性的最佳設(shè)計(jì)值 由表 1 4 可以看出 對(duì) 日累積 輻射平均值影響程 度從大到小依次為天溝間距 天溝寬度 天溝垂直厚 度和天溝高度 隨著天溝間距的增加 相應(yīng)其栽培區(qū) 域也會(huì)增加 天溝陰影對(duì)栽培區(qū)域的影響會(huì)降低 在 這 4 個(gè)因素中 增加天溝間距是最有效的增加光 照強(qiáng) 度的措施 該結(jié)論與文獻(xiàn) 25 一致 而天溝高度幾乎對(duì) 光照強(qiáng)度沒(méi)有影響 而標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù) 的相對(duì) 敏感 度是動(dòng)態(tài)的 其絕對(duì)值都是先 減小 后增加 表明在合 適的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi) 其影響程度逐漸減低 不同組合 之間光照均勻性差異不大 而在不合理的設(shè)計(jì)參數(shù)情 況下 改變其中任意一個(gè)值都會(huì)對(duì)光照均勻性產(chǎn)生很 大的影響 為尋找天溝投影面積和高度之間規(guī)律 將 所有 情 景 設(shè)計(jì)參數(shù)中 變異系數(shù)最小的組合進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì) 并計(jì)算了天溝高度加垂直厚度與溫室間距加天溝寬度 的比值 即 H D L W 其 結(jié)果 見(jiàn)表 5 由表 5 可知 最小變異系數(shù)的設(shè)計(jì)組 合情況下 H D L W 的值 均在 0 49 0 54 之間 該模擬計(jì)算結(jié)果的統(tǒng)計(jì)結(jié) 論還不具備整體代表性 但具有一定的參考意義 表 1 不同天溝高度單跨栽培區(qū)內(nèi)從東到西各樣本點(diǎn) 日累積 值平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù)和 相對(duì) 敏感度 Tab 1 Average standard deviation variation coefficient and relative sensitivity of the daily accumulated radiation of each sample point from the east to the west in the greenhouse single span cultivation area with different gutter height 天溝高度 H m 日累積輻射 平 均值 MJ m 2 日累積輻射 標(biāo) 準(zhǔn)差 MJ m 2 日累積輻射 變異系數(shù) 平均值的相對(duì) 敏感度 標(biāo)準(zhǔn)差的相 對(duì)敏感度 變異系數(shù)的相對(duì) 敏感度 4 50 4 509 0 049 0 011 0 007 0 031 7 0 10 5 5 00 4 505 0 029 0 006 0 005 0 021 4 7 10 5 5 50 4 502 0 015 0 003 0 003 0 011 2 5 10 5 6 00 4 500 0 009 0 002 0 000 0 003 0 6 10 5 6 50 4 499 0 009 0 002 0 007 0 004 0 8 10 5 7 00 4 499 0 012 0 003 0 002 0 007 1 5 10 5 7 50 4 490 0 014 0 003 0 012 0 006 1 4 10 5 表 2 不 同天溝垂直厚度單跨栽培區(qū)內(nèi)從東到西各樣本點(diǎn) 日累積 值平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù)和 相對(duì) 敏感度 Tab 2 Average standard deviation coefficient of variation and relative sensitivity of the daily accumulated radiation of each sample point from the east to the west in the greenhouse single span cultivation area with different gutter depth 天溝垂直厚度 D m 日累積輻射 平 均值 MJ m 2 日累積輻射 標(biāo) 準(zhǔn)差 MJ m 2 日累積輻射 變異系數(shù) 平均值的相 對(duì)敏感度 標(biāo)準(zhǔn)差的相 對(duì)敏感度 變異系數(shù)的 相對(duì)敏感度 0 00 4 897 0 045 0 009 0 088 0 008 1 6 10 5 0 20 4 803 0 033 0 007 0 088 0 007 1 4 10 5 0 40 4 709 0 022 0 005 0 087 0 005 1 1 10 5 0 60 4 617 0 013 0 003 0 086 0 003 0 6 10 5 0 80 4 526 0 008 0 002 0 083 0 002 0 4 10 5 1 00 4 439 0 013 0 003 0 083 0 006 1 4 10 5 1 20 4 353 0 022 0 005 0 083 0 007 1 7 10 5 表 3 不同天溝寬度單跨栽培區(qū)內(nèi)從東到西各樣本點(diǎn) 日累積 值平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù)和 相對(duì) 敏感度 Tab 3 Average standard deviation coefficient of variation and relative sensitivity of the daily accumulated radiation of each sample point from the east to the west in the greenhouse single span cultivation area with different gutter width 天溝寬度 W m 日累積輻射 平 日累積 輻射 標(biāo) 日累積輻射 平均值的相 標(biāo)準(zhǔn)差的相 變異系數(shù)的 均值 MJ m 2 準(zhǔn)差 MJ m 2 變異系數(shù) 對(duì)敏感度 對(duì)敏感度 相對(duì)敏感度 0 20 5 017 0 043 0 009 0 131 0 009 1 7 10 5 0 40 4 935 0 038 0 008 0 129 0 009 1 7 10 5 0 60 4 856 0 033 0 007 0 127 0 009 1 7 10 5 0 80 4 779 0 028 0 006 0 124 0 009 1 7 10 5 1 00 4 706 0 023 0 005 0 122 0 008 1 7 10 5 1 20 4 634 0 018 0 004 0 119 0 008 1 6 10 5 1 40 4 566 0 013 0 003 0 117 0 007 1 4 10 5 1 60 4 500 0 009 0 002 0 000 0 000 0 0 10 5 1 80 4 436 0 009 0 002 0 114 0 000 0 1 10 5 2 00 4 374 0 013 0 003 0 112 0 003 0 8 10 5 2 20 4 315 0 018 0 004 0 110 0 005 1 3 10 5 表 4 不同天溝間距單跨栽培區(qū)內(nèi)從東到西各樣本點(diǎn) 日累積 值平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù)和 相對(duì) 敏感度 Tab 4 Average standard deviation coefficient of variation and relative sensitivity of the daily accumulated radiation of each sample point from the east to the west in the greenhouse single span cultivation area with different gutter distance 天溝間距 L m 日累積輻射 平均值 MJ m 2 日累積輻射 標(biāo)準(zhǔn)差 MJ m 2 日累積輻射 變異系數(shù) 平均值的相 對(duì)敏感度 標(biāo)準(zhǔn)差的相 對(duì)敏感度 變異系數(shù)的相對(duì)敏感度 10 00 4 323 0 015 0 003 0 236 0 008 1 9 10 5 11 00 4 418 0 011 0 003 0 219 0 007 1 6 10 5 12 00 4 500 0 009 0 002 0 000 0 000 0 0 10 5 13 00 4 571 0 010 0 002 0 189 0 003 0 5 10 5 14 00 4 633 0 014 0 003 0 177 0 007 1 5 10 5 15 00 4 688 0 021 0 005 0 167 0 011 2 3 10 5 表 5 最小變異系數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù) Tab 5 Gutter design parameters of minimal variation coefficient 天溝間距 L m 天溝高度 H m 天溝垂直厚 度 D m 天溝寬度 W m 日累積輻射 平 均值 MJ m 2 日累積輻射標(biāo) 準(zhǔn)差 MJ m 2 日累積輻射 變異系數(shù) H D L W 12 00 6 30 0 80 1 60 4 526 0 008 0 002 0 52 12 00 6 30 0 86 1 60 4 500 0 009 0 002 0 53 12 00 6 30 0 86 1 80 4 436 0 009 0 002 0 52 12 00 6 00 0 86 1 60 4 500 0 009 0 002 0 50 12 00 6 50 0 86 1 60 4 499 0 009 0 002 0 54 13 00 6 30 0 86 1 60 4 571 0 010 0 002 0 49 3 結(jié) 束語(yǔ) 構(gòu)建了連棟溫室天溝對(duì)溫室內(nèi)輻射強(qiáng)度影響的動(dòng) 態(tài)模型 結(jié)合 壽光型智能玻璃溫室 大天溝設(shè)計(jì) 探討 了其天溝對(duì)溫室栽培區(qū)內(nèi)光照強(qiáng)度及均勻性的影響 模型分析結(jié)果表明 對(duì)栽培區(qū)內(nèi)日累積輻射平均值影 響程度從大到小依次為天溝間距 天溝寬度 天溝垂 直厚度和天溝高度 從當(dāng)?shù)囟寥债?dāng)天室內(nèi)輻射分布 均勻性角度來(lái)說(shuō) 壽光型智能玻璃溫室的天溝尺寸設(shè) 計(jì) 為 相鄰兩天溝間距 12 00m 天溝水平 寬度 1 60m 垂直厚 度 0 86m 天溝下沿離地面 高度 6 30m 屬于合 理設(shè)計(jì)范圍之內(nèi) 保證了栽培區(qū)內(nèi)的光照均勻性 不 同情景下的模型模擬結(jié)果 表明 為確保證栽培區(qū)內(nèi)的 光照均勻性 栽培區(qū)內(nèi)輻射強(qiáng)度的變異系數(shù)最小的情 況下 其天溝高度與垂直厚度之和與天溝間距與寬度 之和的比值都在 0 49 0 54 之間 通過(guò)溫室內(nèi)輻射分 布模型 改變其地理緯度 可以計(jì)算出不同地區(qū)應(yīng)用 壽光型智能玻璃溫室 其室內(nèi)光照分布情況 可 為壽 光型智能玻璃溫室在不同地區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供理論依 據(jù) 參 考 文 獻(xiàn) 1 李躍洋 蘇鐵 王胤 等 中國(guó)與荷蘭設(shè)施園藝對(duì)比分析 J 中國(guó)蔬菜 2020 6 11 15 2 徐丹 荷蘭大型玻璃連棟溫室技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2017 37 34 28 30 3 蔡龍俊 楊琳 連棟溫室內(nèi)保溫幕節(jié)能效果的研究分析 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2002 18 6 98 102 CAI Longjun YANG Lin Effects of inside thermal screen of multi span greenhouse on energy conservation J Transactions of the CSAE 2002 18 6 98 102 in Chinese 4 馬承偉 王平智 趙淑梅 等 日光溫室保溫被材料及保溫性能評(píng)價(jià) J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2018 38 31 12 16 5 郭文忠 周波 賈冬冬 等 具有外保溫性能的槽體連棟溫室結(jié)構(gòu) 1269255 2 P 2020 06 09 6 朱建昌 張書(shū) 謙 鄭仲權(quán) 文洛式溫室天溝保溫性的設(shè)計(jì)探討 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2019 39 28 38 39 7 于海業(yè) 關(guān)姝杰 隋媛媛 基于芡實(shí)葉脈分叉結(jié)構(gòu)的穹頂溫室設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J OL 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2019 50 3 300 308 YU Haiye GUAN Shujie SUI Yuanyuan Design and Test of Dome Greenhouse Based on Euryale Euryale ferox Salisb Venation Branching Structure J OL Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery 2019 50 3 300 308 http www j csam org jcsam ch reader view abstract aspx flag 1 file no 20190333 journal id jcsam DOI 10 6041 j issn 1000 1298 2019 03 033 in Chinese 8 陸樺 黃松超 溫室天溝設(shè)計(jì) J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2007 2 22 23 9 劉小剛 萬(wàn)夢(mèng)丹 齊韻濤 等 不同遮陰下虧缺灌溉對(duì)小?？Х壬L(zhǎng)和水光利用的影響 J OL 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2017 48 1 191 197 190 LIU Xiaogang WAN Mengdan QI Yuntao et al Effect of Deficit Irrigation on Growth and Water Radiation Use of Arabica Coffee under Different Shading J OL Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery 2017 48 1 191 197 190 http www j csam org jcsam ch reader view abstract aspx flag 1 file no 20170125 journal id jcsam DOI 10 6041 j issn 1000 1298 2017 01 025 in Chinese 10 張大龍 張中典 李建明 環(huán)境因子對(duì)溫室甜瓜蒸騰的驅(qū)動(dòng)和調(diào)控效應(yīng)研究 J OL 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2015 46 11 137 144 ZHANG Dalong ZHANG Zhongdian LI Jianming Co ordination of environmental factors in driving and regulating transpiration rate of greenhouse grown muskmelon J OL Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery 2015 46 11 137 144 http www j csam org jcsam ch reader view abstract aspx fla