<p>新 疆 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) , ( ) :- nnggcuuScences do:6/ssn- 低 能 耗 日 光 溫 室 建 筑 空 間 形 態(tài) 特 征 參 數(shù) 的 取 值 原 則 楊 楓 光 , 陳 超 , 馬 彩 雯 , 李 印 , 韓 楓 濤 , 李 亞 茹 , 鄒 平 ( 北 京 工 業(yè) 大 學(xué) 綠 色 建 筑 環(huán) 境 與 節(jié) 能 技 術(shù) 北 京 市 重 點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn) 室 , 北 京 ; 新 疆 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 院 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 化 研 究 所 , 烏 魯 木 齊 ) 摘 要 : 【 目 的 】建造低能耗日光溫室，提高日光溫室冬季反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)太陽能被動(dòng)利用率、降低溫室 供熱需求。 【 方 法 】基于建筑熱工設(shè)計(jì)理論和建筑能耗模擬，研究日光溫室建筑空間形態(tài)特征參數(shù)對溫室光 熱環(huán)境營造的影響規(guī)律，并結(jié)合日光溫室建筑構(gòu)造特點(diǎn)，以及反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)過程的光熱環(huán)境需求特點(diǎn)， 給出低能耗日光溫室建筑空間形態(tài)特征參數(shù)的設(shè)計(jì)條件。 【 結(jié) 果 】同一地區(qū)日光溫室高跨比不受跨度變化的 影響，只與當(dāng)?shù)厥彝饪諝鉁囟纫约疤栞椛鋸?qiáng)度的變化相關(guān);大暑日至翌年小滿日期間，后屋面水平投影長度 不應(yīng)影響日光溫室后排蔬菜作物接收太陽光照;確保冬至日至大寒日期間北墻可接收太陽光照射，對冬季反 季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)期及日光溫室高效利用太陽能具有重要的影響。 【 結(jié) 論 】基于該取值原則優(yōu)化設(shè)計(jì)的溫 室，較北京地區(qū)現(xiàn)行常見溫室需要提供的累積補(bǔ)充供熱量減少%，節(jié)能效果明顯，為低能耗日光溫室優(yōu) 化設(shè)計(jì)提供重要設(shè)計(jì)依據(jù)和方法參考。 關(guān) 鍵 詞 :低能耗日光溫室;建筑空間形態(tài)特征參數(shù);建筑熱工理論;negyPus能耗模擬軟件;取值原則 中 圖 分 類 號 :S6 &nbsp; 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 : &nbsp; 文 章 編 號 :- ( )- 收稿日期（Receved):- 基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（、66);“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（6FC6) 作者簡介:楊楓光（-)，男，湖北人，碩士研究生，研究方向?yàn)橄嘧冃顭峒夹g(shù)與可再生能源技術(shù)，（-m)qd con6com 通訊作者:陳超（-)，女，湖南人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橄嘧冃顭峒夹g(shù)與可再生能源技術(shù)，（-m)cencobueducn 馬彩雯（6-)，女，天津人，研究員，研究方向?yàn)樵O(shè)施農(nóng)業(yè)工程，（-m)mcsncom 引 言 【研究意義】日光溫室建筑空間形態(tài)特征參 數(shù)（高跨比、后屋面水平投影長度、北墻高度)的 合理匹配，一是關(guān)乎白天通過日光溫室透明前屋 面進(jìn)入溫室內(nèi)的太陽光熱量是否足夠大;二是決 定了集集熱、吸熱和蓄熱于一體的溫室北墻體 面積大小;三是也決定日光溫室非透明墻體與透 明屋面的面積比，該屋面與墻體面積比決定了白 天進(jìn)入日光溫室太陽能量與夜間通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)向 外散失熱量的進(jìn)出情況。 顯然，前屋面越大，白天 可進(jìn)入的太陽光熱能亦越大;由此向外流失的熱 量特別是在夜間也隨之增大。 脊高過高，也導(dǎo)致 溫室建筑空間過大，維持溫室必要熱環(huán)境需要補(bǔ) 充的熱量特別是夜間的也越大。 合理確定日光溫 室建筑空間形態(tài)特征參數(shù)，是建造低耗高效日光 溫室的重要環(huán)節(jié)之一，也是確保日光溫室冬季反 季節(jié)蔬菜生產(chǎn)增產(chǎn)提效的重要技術(shù)保障。 【前人 研究進(jìn)展】關(guān)于日光溫室建筑空間形態(tài)的研究， 以往大多聚焦在民用建筑 -6 ，關(guān)于日光溫室建 筑的定量研究非常有限。 國外學(xué)者大多是針對雙 屋面玻璃溫室的研究 - ，對我國的日光溫室建 筑參考有限。 劉彥辰等 開展了關(guān)于陜西關(guān)中 地區(qū)不同跨度溫室內(nèi)平均空氣溫度、平均光照強(qiáng) 度、番茄品質(zhì)的實(shí)測研究，認(rèn)為m跨度溫室更適 合在陜西關(guān)中地區(qū)的番茄種植中優(yōu)先推廣應(yīng)用。 新 疆 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 卷 &nbsp;張亞紅等 根據(jù)銀川地區(qū)高跨比為與 的日光溫室實(shí)測結(jié)果，認(rèn)為適當(dāng)提高溫室高跨比 對促進(jìn)溫室熱量累積、提高冬季溫室內(nèi)的溫度具 有重要意義。 佟國紅等 以沈陽地區(qū)為例，采用 多目標(biāo)模糊決策法對跨度m、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料 相同但建筑參數(shù)不同的溫室進(jìn)行優(yōu)選，認(rèn)為后屋 面長度為m、北墻高度m、脊高m的 日光溫室建筑空間結(jié)構(gòu)是最優(yōu)的。 李天來 、白 義奎等 以溫室越冬作物健康生長對溫光的最 低需求、以及冬至日日光溫室前屋面截獲的太陽 能等于春分日地平面截獲之太陽能為控制條件， 采用理論計(jì)算的方法，給出了節(jié)能日光溫室建筑 空間形態(tài)特征參數(shù)設(shè)計(jì)值確定方法。 魏曉明 等 基于所提出的確保蔬菜作物獲得充足光照、 保證冬至日正午前后內(nèi)透過溫室前屋面的太 陽輻照度衰減率不超過%、且栽培區(qū)最后一排 作物的冠層全天可接受到太陽照射為控制條件， 并利用三角函數(shù)關(guān)系，給出了日光溫室建筑空間 形態(tài)特征參數(shù)的取值方法。 曹晏飛等 6 以室外 最低溫度低于時(shí)，保證在中午前后（: :)內(nèi)至少有一部分北墻能接受太陽直射 光為控制條件，給出了不同緯度地區(qū)日光溫室北 墻接受太陽光直射的合理時(shí)期，并通過理論計(jì)算， 得出日光溫室后屋面水平投影長度、北墻高度的 計(jì)算方法。 【本研究切入點(diǎn)】不同地理緯度地區(qū) 太陽輻射、室外氣象參數(shù)雙重因素的周期性變化 特性，是影響日光溫室建筑空間形態(tài)特征參數(shù)優(yōu) 化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵影響因素，屬于多學(xué)科交叉問題。 研究以日光溫室建筑構(gòu)造特點(diǎn)以及蔬菜作物反季 節(jié)生產(chǎn)過程的熱濕環(huán)境需求為切入點(diǎn)，基于建筑 熱工設(shè)計(jì)理論和建筑能耗模擬分析方法。 【擬解 決的關(guān)鍵問題】研究日光溫室建筑空間形態(tài)特征 參數(shù)對溫室光熱環(huán)境營造的影響規(guī)律，以及低能 耗日光溫室建筑空間形態(tài)特征參數(shù)的設(shè)計(jì)條件， 給出低能耗日光溫室建筑空間形態(tài)特征參數(shù)的取 值原則，為低能耗日光溫室優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供重要設(shè) 計(jì)依據(jù)和方法參考。 材 料 與 方 法 11 日 光 溫 室 光 照 特 性 研究表明，冬季由于太陽高度角較低，后屋面 水平投影長度的大小對后排作物全天接受光照影 響不大，但溫室北墻體過高則會受到遮擋，其蓄熱 性能受到限制;對于夏季，太陽高度角較高，后屋 面水平投影長度過長則會對后排作物造成遮擋而 難以接受到日照。 因此，低能耗日光溫室建筑空 間形態(tài)特征參數(shù)的設(shè)計(jì)條件，考慮日光溫室冬季 反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)光熱環(huán)境需求以及其他季節(jié) 最后一排作物光照的需求。 圖 圖 太 陽 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 及 太 陽 高 度 角 變 化 F i g . T h e v a r i a t i o n of t h e o r b i t of t h e s u n a n d s ol ar al t i t u d e an g l e 12 日 光 溫 室 建 筑 傳 熱 過 程 研究表明，白天太陽能透過前屋面塑料薄膜 投射到日光溫室建筑墻體內(nèi)表面和土壤地面，這 些表面吸收到太陽能后通過導(dǎo)熱方式向其內(nèi)部傳 遞并蓄存在其內(nèi);夜間蓄存在墻體或土壤體內(nèi)的 熱量后再次通過其表面，以自然對流換熱方式加 熱溫室內(nèi)空氣，以輻射換熱方式加熱周圍壁表面， 以補(bǔ)償通過各圍護(hù)結(jié)構(gòu)向外界流失的熱量。 圖 6 期 楊 楓 光 等 : 低 能 耗 日 光 溫 室 建 筑 空 間 形 態(tài) 特 征 參 數(shù) 的 取 值 原 則 圖 日 光 溫 室 建 筑 傳 熱 過 程 示 意 F i g . S c h e m a t i c d i a gr am o f h e a t t r a n s f e r p r oc e s s i n a s ol ar gr e e n h ou s e式（)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K的計(jì)算式，計(jì) 算得北墻體與后屋面的傳熱系數(shù)一般為 6，夜間加蓋保溫覆蓋物的前屋面的傳熱系數(shù)為 ，日光溫室夜間前屋面的傳熱系數(shù)為墻 體與后屋面倍，由于冬季室外溫度很低，以 北京地區(qū)番茄作物生長為例，室內(nèi)外溫差甚至達(dá) 到，研究表明，夜間前屋面既使加蓋保溫覆 蓋物，但由于其熱阻明顯小于墻體的，導(dǎo)致約有 6%的熱損失是從前屋面流失的 。 因 此，溫室前屋面過大，會導(dǎo)致白天通過透明前屋面 獲得的太陽能難以平衡夜間通過非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu) 流失的熱量。 那么合理確定日光溫室建筑空間形 態(tài)特征參數(shù)，一方面是確保溫室白天可盡可能多 的通過透明屋面獲得太陽輻射熱量，另一方面則 是要盡可能減少夜間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱損失，而它 們直接受日光溫室非透明墻體與透明屋面的面積 比的制約。 K= R = n i i w = R n R j R w . （) 式中， R為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻，m ·/W; n ， 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面、外表面的換熱系數(shù)， W/（m ·); R n 、 R w 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面、外表面 的傳熱熱阻，m ·/W; 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層的厚 度，m; i 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)各層材料的熱導(dǎo)率，W/（m ·); R j 為由單層或多層材料組成的圍護(hù)結(jié)構(gòu) 各材料層的熱阻，m ·/W。 研究表明，不同地理緯度地區(qū)溫室的高跨比 對透明屋面與非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積比起到了決 定性作用，因此，高跨比的確定最為關(guān)鍵;其次后 屋面的水平投影長度的大小不僅影響透明屋面與 非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積比，而且直接關(guān)聯(lián)地面的 陰影長度變化。 因此，研究開展了高跨比、后屋面 水平投影長度、北墻高度等特征參數(shù)對日光溫室 光熱環(huán)境營造影響規(guī)律的研究。 基于該影響規(guī) 律，為了給出低能耗日光溫室建筑空間形態(tài)特征 參數(shù)的取值原則，需要構(gòu)建一套關(guān)于日光溫室的 建筑熱工性能與光照性能的評價(jià)體系。 圖 圖 日 光 溫 室 建 筑 構(gòu) 造 示 意 F i g . S c h e m a t i c d i a gr am o f b u i l d i n g s t r u c t u r e i n s ol ar g r e e n h ou s e 新 疆 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 卷 &nbsp;13 評 價(jià) 指 標(biāo) 日 光 溫 室 冬 季 北 墻 體 的 日 影 長 度 溫室北墻體具有集熱、蓄熱與保溫于一體的 建筑熱工特性，從節(jié)能的角度考慮，希望溫室北墻 體的太陽輻射面積在反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)關(guān)鍵期 不要被后屋面遮擋而減少，需要研究溫室北墻體 的日影長度變化。 日影長度即是指物體在陽光直 射下形成的陰影長度，陰影中接收不到太陽光的 直接照射 。 而北墻體高度過高可能導(dǎo)致上部 分區(qū)域不能接收到光照徒使北墻體日影長度增 加，蓄熱性能并不能得到提高。 研究以日光溫室 冬季正午時(shí)刻北墻體的日影長度為評價(jià)指標(biāo)，分 析確定日光溫室北墻高度的設(shè)計(jì)條件。 日 光 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 累 積 供 熱 量 日光溫室的高跨比、后屋面水平投影長度、北 墻高度影響透明前屋面與非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積 比值，該比值決定白天進(jìn)入日光溫室太陽能量與 夜間通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)向外散失熱量的博弈程度。 日 光溫室冬季生產(chǎn)累積供熱量則是評價(jià)白天進(jìn)入日 光溫室太陽能量與夜間通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)向外散失熱 量的博弈程度，為了日光溫室冬季反季節(jié)蔬菜作 物生產(chǎn)關(guān)鍵期內(nèi)不加溫或少加溫，以此期間內(nèi)向 日光溫室建筑累積補(bǔ)充的供熱量作為日光溫室建 筑空間形態(tài)特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的評價(jià)指標(biāo)。 假設(shè) 冬季反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)關(guān)鍵期為 n天，根據(jù)日 光溫室建筑熱過程以及建筑熱工設(shè)計(jì)理論，則需 要向日光溫室建筑累積補(bǔ)充供熱量 Q可表示為 如式（)。 Q= n i= : : （ u t i u t i u t i u t i u t i - q a t i - q b t i ) . （) 式中， u t i 為溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)向外界流失的熱 量，W; u t i 為通過溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙向外流失的 熱量，W; u t i 為溫室內(nèi)土壤、作物等水分蒸發(fā)耗熱 量，W; u t i 為溫室通風(fēng)換氣導(dǎo)致的耗熱量，W; u t i 為植物生理生化過程中轉(zhuǎn)化交換的熱量，W; q a t i 為通過日光溫室前屋面進(jìn)入的太陽輻射熱量，W; q b t i 為溫室內(nèi)人體、照明和設(shè)備的發(fā)熱量，W。 下 角標(biāo) i表示日期， t表示時(shí)刻。 日 光 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 夜 間 有 效 積 溫 室內(nèi)空氣溫度直接影響作物的生長發(fā)育和產(chǎn) 量，是作物生命活動(dòng)不可缺少的環(huán)境條件之一。 室內(nèi)空氣溫度對作物生長發(fā)育的影響包括溫度強(qiáng) 度和持續(xù)時(shí)間兩個(gè)方面，積溫就是衡量這兩個(gè)方 面綜合效應(yīng)的一種農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo) 。 日有效積 溫是表示一天內(nèi)溫室空氣溫度與作物生物學(xué)零度 之間溫差的時(shí)間累積，它可以表征作物一天內(nèi)從 溫室熱環(huán)境獲取的最大熱量。 所謂作物生物學(xué)零 度是指在其他條件適宜的情況下，植物生長發(fā)育 需要的下限溫度，不同的作物在不同生長發(fā)育階 段所對應(yīng)的生物學(xué)零度也是不相同的。 例如，番 茄在營養(yǎng)生長階段為，在食用器官生育 階段為。 日光溫室冬季生產(chǎn)夜間有效積溫 可以按照式（)計(jì)算。 A T=（ - t i d - t l r )× n （) 式中， A T為日有效積溫，·d; n為蔬菜作 物關(guān)鍵生長期天數(shù)，取月日至次年月 日; - t i d 為蔬菜作物關(guān)鍵生長期溫室內(nèi)夜間空氣溫 度高于生物學(xué)零度的平均溫度，; t l r 為作物生 物學(xué)零度，研究取。 日 光 溫 室 地 面 日 影 長 度 日照是直接影響作物的生長發(fā)育的重要環(huán)境 因子，地面日影長度則反映后排作物接受不到太 陽光直射的長度。 而后屋面水平投影長度的大小 直接決定夏季正午時(shí)刻日光溫室后排作物被遮擋 的長度，一年當(dāng)中太陽高度角在夏至日正午時(shí)刻 最高，后屋面水平投影長度的大小對后排作物的 遮擋最為不利，因此，研究以日光溫室夏季正午時(shí) 刻地面日影長度為評價(jià)指標(biāo)，分析確定溫室適宜 的后屋面水平投影長度。 14 日 光 溫 室 建 筑 空 間 形 態(tài) 特 征 參 數(shù) 取 值 原 則 的 確 定 為了定量把握不同地理緯度地區(qū)日光溫室建 筑空間形態(tài)特征參數(shù)對反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)關(guān)鍵 期，日光溫室光熱環(huán)境營造的影響規(guī)律，研究擬以 不同建筑空間形態(tài)特征參數(shù)的日光溫室建筑為對 象，采用negyPus能耗模擬軟件進(jìn)行分析。 計(jì) 算 對 象 概 況 以北京地區(qū)為基礎(chǔ)分析對象，分析° °優(yōu)勢種植地區(qū)日光溫室建筑空間形態(tài)特征參 數(shù)對日光溫室光熱環(huán)境營造的影響，圖為該溫 室物理模型。 根據(jù)建筑熱工設(shè)計(jì)理論，可計(jì)算得 到我國優(yōu)勢種植地區(qū)日光溫室建筑墻體厚度及其 熱阻推薦值如表 。 前屋面采用mm的 期 楊 楓 光 等 : 低 能 耗 日 光 溫 室 建 筑 空 間 形 態(tài) 特 征 參 數(shù) 的 取 值 原 則 薄膜覆蓋，夜晚加蓋mm的保溫覆蓋物， 后屋面以及前屋面保溫覆蓋物等材料主要物性參 數(shù)見表。 圖，表，表 圖 計(jì) 算 溫 室 物 理 模 型 F i g . C al c u l a t i on m o d e l of s o l a r gr e e n h o u s e 表 我 國 優(yōu) 勢 種 植 地 區(qū) 日 光 溫 室 建 筑 墻 體 厚 度 及 其 熱 阻 推 薦 值 T ab l e R e c om m e n d e d val u e s of w al l t h i c k n e s s an d t h e r m al r e s i s t a n c e of s ol ar g r e e n h o u s e i n C h i n a 緯度（) ude 砌塊層厚度 Bckckness （mm) 保溫層厚度 Tcknesso nsuonye （mm) 熱阻 Tem essnce （m ·C) /W) °6° 6 6°° 6 °° 6 表 溫 室 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 主 要 熱 工 性 能 參 數(shù) T a b l e M ai n t h e r m al p e r f o r m an c e p ar am e t e r s of t h e gr e e n h ou s e e n c l o s u r e 材料 e 密度 Densy （kg/m ) 導(dǎo)熱系數(shù) Temconducvy （W/（m) 比熱 Secce （/（kg) 太陽透過率 Sonsmnce （%) 可見光透過率 sbeg nsmnce （%) 砌塊磚 Bockbck - - 保溫板 nsuonbod - - C薄膜 m - 6 - 保溫覆蓋物 Temnsuoncove - - -計(jì)算應(yīng)用單一變量控制法，分別考察不同地 理緯度地區(qū)高跨比、跨度、后屋面水平投影長度、 北墻高度等空間形態(tài)特征參數(shù)變化，對日光溫室 建筑室內(nèi)光熱環(huán)境營造的影響規(guī)律。 列出計(jì)算工 況。 表 表 計(jì) 算 工 況 T a b l e C al c u l a t i on c o n d i t i on s 計(jì)算工況 Ccuoncondons 跨度 Sn（m) 脊高 Rdgeeg（m) 后屋面水平投影長度 ozonoecon engobckoo（m) 北墻高度 oeg （m) 計(jì)算工況 Ccuoncondons Cse- ° 6 Cse- °° 6 6 Cse- ° Cse- °° 6 Cse- ° Cse- °° 6 基本計(jì)算條件:計(jì)算過程作如下假設(shè):前屋 面折線簡化處理，近似代替曲面;忽略植物和土 壤蒸發(fā)對溫室內(nèi)環(huán)境的影響;暫不設(shè)定土壤為多 孔介質(zhì)，不考慮傳熱、傳質(zhì)，認(rèn)為其結(jié)構(gòu)均勻，物性 參數(shù)為定值。 室外氣象條件參數(shù)采用negyPus 能耗模擬軟件自帶的我國典型氣象年室外逐時(shí)氣 新 疆 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 卷 &nbsp;象參數(shù);溫室內(nèi)空氣溫度按取值;日光溫室 前屋面保溫覆蓋物早（晚)開（閉)時(shí)間分別按 :、6:取值 ;計(jì)算期間為冬季月次 年月。 計(jì) 算 結(jié) 果 實(shí) 測 驗(yàn) 證 計(jì)算溫室6年月日室內(nèi)空氣 溫度計(jì)算值與實(shí)測值的比較結(jié)果顯示，兩者的平 均誤差為%，比較結(jié)果驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的有 效性。 圖 圖 日 光 溫 室 內(nèi) 空 氣 溫 度 模 擬 值 與 實(shí) 測 值 對 比 F i g . T h e c o m p ar i s on of s i m u l at e d an d m e as u r e d val u e s of a i r t e m p e r at u r e i n i n d o or t e m p e r at u r e r oo m 結(jié) 果 及 分 析 21 高 跨 比 (cse1 ) 北 京 地 區(qū) cse-計(jì)算條件下，反映了北京地區(qū)高跨 比變化對溫室越冬生產(chǎn)需要向溫室累積補(bǔ)充供熱 量的影響規(guī)律。 研究表明，當(dāng)高跨比為時(shí)， 冬季最冷時(shí)段（月次年月)需要向溫室累 積補(bǔ)充供熱量最小;當(dāng)高跨比為時(shí)，其夜間 有效積溫最高，較m提高·d;通過日 影長度分析，脊高為6m時(shí)，日光溫室內(nèi) 后排作物全年、北墻體冬季均可接收到光照。 北 京地區(qū)的溫室合理高跨比為，并將該值作為 cse-的計(jì)算條件。 圖6，圖 圖6 日 光 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 累 積 供 熱 量 與 高 跨 比 的 關(guān) 系 ( c a s e- ) F i g .6 T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n a c c u m u l at e d h e a t l o ad an d r i d g e h e i gh t of s o l a r gr e e n h ou s e i n w i n t e r ( c as e- ) 期 楊 楓 光 等 : 低 能 耗 日 光 溫 室 建 筑 空 間 形 態(tài) 特 征 參 數(shù) 的 取 值 原 則 圖 日 光 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 夜 間 有 效 積 溫 與 高 跨 比 的 關(guān) 系 ( c a s e- ) F i g . T h e r e l at i on s h i p b e t w e e n a c c u m u l at e d t e m p e r at u r e o f n i g h t a n d r i d g e h e i gh t o f s ol a r g r e e n h ou s e i n w i n t e r ( c as e- ) 其 他 地 理 緯 度 地 區(qū) 同cse-，結(jié)合negyPus能耗模擬軟件、 并應(yīng)用單一變量控制方法，可計(jì)算得到不同地理 緯度地區(qū)跨度為6m條件下日光溫室建筑適 宜的高跨比)。 研究表明，同一地區(qū)日光溫室高 跨比不受跨度變化的影響，只與當(dāng)?shù)厥彝饪諝鉁?度以及太陽輻射強(qiáng)度的變化相關(guān);根據(jù)表，對于 越冬生產(chǎn)的日光溫室，室外空氣平均溫度和日平 均太陽輻射量越低的地區(qū)，相應(yīng)的日光溫室高跨 比也應(yīng)降低。 圖，表 圖 烏 魯 木 齊 地 區(qū) 日 光 溫 室 高 跨 比 與 跨 度 的 關(guān) 系 ( c as e- ) F i g . T h e r e l at i on s h i p b e t w e e n r at i o of r i d ge h e i g h t a n d s p an o f s ol ar gr e e n h ou s e i n U r u m q i ( c as e ) 表 不 同 地 理 緯 度 地 區(qū) 日 光 溫 室 建 筑 高 跨 比 推 薦 值 T ab l e R e c o m m e n d e d r a t i o o f r i d ge h e i g h t t o s p a n of s ol a r gr e e n h o u s e i n C h i n a 城市 Cy 緯度（) ude 冬季室外空氣平均溫度 Oudoovegeemeue nne（) 冬季日平均太陽輻射量 Dyvegeoso donnne（) 簡化模型計(jì)算值 Ccuonvueby smedmode negyPus計(jì)算值 Ccuonvue bynegyPus 烏魯木齊 Uumc ° 6 - 沈陽 Senyng ° 6 - 北京 Beng ° 6 - 壽光 Sougung 6° 6 - 蘭州 nzou 6° 6 - 6 西安 n ° 6 6 注:表中冬季室外空氣平均溫度與冬季日平均太陽輻射量采用中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集 整理所得 22 后 屋 面 水 平 投 影 長 度 (cse2 ) 北 京 地 區(qū) (cse- ) 研究表明，隨著后屋面水平投影長度的增加， 越冬生產(chǎn)期間需要向溫室累積補(bǔ)充供熱量減小 了，溫室冬季生產(chǎn)夜間有效積溫在不斷升高。 夏 季正午時(shí)刻地面日影長度與后屋面水平投影長度 的關(guān)系（cse-)表明，日光溫室地面日影長度 以夏至日（6月日)對稱，并且在夏至日達(dá)到最 大值。 考慮到作物與走道一般有m的距離， 所以在夏至日其地面的日影長度不宜超過 m。 研究后屋面投影長度不應(yīng)影響日光溫室后排 蔬菜作物大暑日（月日)至翌年小滿日（月 日)接受到太陽光照。 基于該設(shè)計(jì)條件m 跨度條件下的溫室適宜的后屋面水平投影長度為 m，并將該值作為cse-的計(jì)算條件。 圖 新 疆 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 卷 &nbsp;圖 日 光 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 累 積 供 熱 量 與 后 屋 面 水 平 投 影 長 度 的 關(guān) 系 ( c a s e- ) F i g . T h e r e l at i on s h i p b e t w e e n a c c u m u l at e d h e at l oad a n d h or i z on t al p r o j e c t i o n l e n g t h of b a c k r oof of s o l a r g r e e n h ou s e i n w i n t e r ( c as e- ) 圖 日 光 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 夜 間 有 效 積 溫 與 后 屋 面 水 平 投 影 長 度 的 關(guān) 系 ( c as e- ) F i g . T h e r e l at i on s h i p b e t w e e n ac c u m u l at e d t e m p e r at u r e of n i gh t an d h or i z on t al p r oj e c t i on l e n gt h o f b ac k r oo f of s ol ar g r e e n h ou s e i n w i n t e r ( c a s e- ) 圖 夏 季 正 午 時(shí) 刻 地 面 日 影 長 度 與 后 屋 面 水 平 投 影 長 度 的 關(guān) 系 ( c a s e- ) F i g . T h e r e l at i on s h i p b e t w e e n t h e h or i z o n t al p r o j e c t i on l e n g t h o f b ac k r o of an d t h e gr o u n d s h ad o w l e n gt h i n s u m m e r ( c as e- ) 其 他 地 理 緯 度 地 區(qū) (cse- ) 同cse-，基于后屋面水平投影長度的設(shè) 計(jì)條件，結(jié)合negyPus能耗模擬軟件、并應(yīng)用單 一變量控制方法，可計(jì)算得到不同地理緯度地區(qū) 跨度為6m條件下日光溫室建筑的后屋面水 平投影長度。 研究表明，隨著溫室跨度的增加（6 m)，而后屋面水平投影長度不斷增加，對于 越冬生產(chǎn)的日光溫室，跨度確定的情況下，高跨比 越小且緯度越高的地區(qū)，相應(yīng)的日光溫室后屋面 水平投影長度可以降低，其原因是跨度一定的情 況下，高跨比小則日光溫室的建筑空間變小了，考 慮到作物的光照需求，其后屋面則相應(yīng)程度的降 低。 圖 期 楊 楓 光 等 : 低 能 耗 日 光 溫 室 建 筑 空 間 形 態(tài) 特 征 參 數(shù) 的 取 值 原 則 圖 不 同 地 理 緯 度 地 區(qū) 日 光 溫 室 后 屋 面 水 平 投 影 長 度 的 變 化 規(guī) 律 ( c as e- ) F i g . V ar i a t i on i n h or i z on t al p r oj e c t i o n l e n g t h of b a c k r oof of s o l a r gr e e n h o u s e i n d i f f e r e n t g e o g r ap h i c l a t i t u d e s ( c as e- ) 23 北 墻 高 度 (cse3 ) 北 京 地 區(qū) (cse- ) 圖、反映了北墻高度對日光溫室冬季生 產(chǎn)需要向溫室累積補(bǔ)充供熱量、夜間有效積溫的 影響規(guī)律（cse)。 隨著北墻高度的不斷增高，需 要向溫室提供熱量也隨之減小，夜間有效積溫升 高。 由于全年冬至日太陽日照時(shí)間最短，大寒日 全年室外溫度最低，確保冬至日（月日) 大寒日（次年月日)期間段北墻體全部被太 陽光照射，能夠使其白天最大化蓄熱，并在夜間釋 放熱量提升夜間有效積溫。 研究表明，因?yàn)槭芎?屋面遮擋的影響，北墻體超過m后，在冬至日 至大寒日期間段上部部分區(qū)域無法被太陽光照射 到，導(dǎo)致其集蓄熱能力得不到進(jìn)一步增加，相反增 加其建造成本。 確保冬至日至大寒日期間北墻可 接收太陽光照射，對冬季反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)期 日光溫室高效利用太陽能具有重要的影響。 圖 圖 日 光 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 累 積 供 熱 量 與 北 墻 高 度 的 關(guān) 系 ( c a s e- ) F i g . T h e r e l at i on s h i p b e t w e e n ac c u m u l at e d h e at l oad an d n or t h w a l l h e i gh t of s o l a r gr e e n h ou s e i n w i n t e r ( c as e- ) 圖 日 光 溫 室 冬 季 生 產(chǎn) 夜 間 有 效 積 溫 與 北 墻 高 度 的 關(guān) 系 ( c a s e- ) F i g . T h e r e l at i on s h i p b e t w e e n ac c u m u l at e d t e m p e r at u r e of n i g h t an d n o r t h w al l h e i g h t of s ol a r gr e e n h o u s e i n w i n t e r ( c a s e- ) 新 疆 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 卷 &nbsp;圖 冬 季 正 午 時(shí) 刻 北 墻 體 日 影 長 度 變 化 ( c as e- ) F i g . N or t h w al l s h a d o w l e n gt h c h an ge i n t h e w i n t e r t i m e a t n o on 其 他 地 理 緯 度 地 區(qū) (cse- ) 同cse-，基于北墻高度的取值原則，結(jié)合 negyPus能耗模擬軟件、并應(yīng)用單一變量控制 方法，可計(jì)算得到不同地理緯度地區(qū)跨度為6 m條件下日光溫室建筑適宜的北墻高度。 研 究表明，隨著溫室跨度的增加（6m)，而北墻 高度不斷增加，對于越冬生產(chǎn)的日光溫室，高跨比 越大、后屋面水平投影長度越短和緯度越高的地 區(qū)，相應(yīng)的日光溫室北墻高度可以升高，因?yàn)闇厥?北墻體具有集熱、蓄熱與保溫于一體的建筑熱工 特性，白天利用其可提高太陽能的蓄熱作用，為夜 間溫室熱環(huán)境營造提供熱能補(bǔ)充。 圖6 圖6 不 同 地 理 緯 度 地 區(qū) 日 光 溫 室 北 墻 高 度 變 化 規(guī) 律 ( c as e- ) F i g .6 V a r i a t i o n i n n o r t h w a l l h e i g h t o f s o l a r g r e e n h o u s e i n d i f f e r e n t g e o g r a p h i c l a t i t u d e s ( c a s e- )同一地區(qū)日光溫室高跨比不受跨度變化的影 響，只與當(dāng)?shù)厥彝饪諝鉁囟纫约疤栞椛鋸?qiáng)度的 變化相關(guān);大暑日至翌年小滿日期間，后屋面水平 投影長度不應(yīng)影響日光溫室后排蔬菜作物接收太 陽光照;確保冬至日至大寒日期間北墻可接收太 陽光照射，對冬季反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)期日光溫 室高效利用太陽能具有重要的影響。 討 論 為了評價(jià)第節(jié)給出的不同地理緯度地區(qū)日 光溫室建筑空間形態(tài)特征參數(shù)取值原則的合理 性，仍然以北京地區(qū)日光溫室為比較對象。 優(yōu)化 設(shè)計(jì)溫室與現(xiàn)行常見溫室均為東西向，朝向?yàn)槟?偏西°、長度為m、跨度為m，溫室墻體均為 mm砌塊磚墻、墻體外側(cè)采用mm聚苯板 期 楊 楓 光 等 : 低 能 耗 日 光 溫 室 建 筑 空 間 形 態(tài) 特 征 參 數(shù) 的 取 值 原 則 保溫材料，溫室前屋面采用mm的薄 膜、夜間加蓋mm保溫覆蓋物，后屋面采用內(nèi) 夾mm聚苯板保溫材料彩鋼板。 優(yōu)化設(shè)計(jì)溫 室按照后排作物全年接受光照作為設(shè)計(jì)條件， 其脊高為m，北墻高度為m，后屋面水平 投影長度為m;優(yōu)化設(shè)計(jì)溫室按照后排作 物大寒日至翌年小滿日接收光照接受光照作為設(shè) 計(jì)條件，其脊高為m，北墻高度為m，后屋 面水平投影長度為m;現(xiàn)行常見溫室的脊高 為m，北墻高度為m，后屋面水平投影長 度為m。 根據(jù)negyPus能耗模擬軟件的計(jì)算結(jié)果， 在確保日光溫室環(huán)境溫度不低于的計(jì)算條件 下，日光溫室越冬生產(chǎn)關(guān)鍵期（月日次年 月日)，優(yōu)化設(shè)計(jì)溫室需要提供的累積補(bǔ)充 供熱量為，優(yōu)化設(shè)計(jì)溫室需要提供的 累積補(bǔ)充供熱量為，而現(xiàn)行常見溫室需 要提供的累積補(bǔ)充供熱量為6，優(yōu)化設(shè)計(jì) 溫室較現(xiàn)行溫室減少了%，優(yōu)化設(shè)計(jì)溫室 較現(xiàn)行溫室減少了%，按照后排作物大暑 日至翌年小滿日接受光照為設(shè)計(jì)條件節(jié)能效果更 明顯。 圖 圖 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 溫 室 與 現(xiàn) 行 常 見 溫 室 越 冬 生 產(chǎn) 關(guān) 鍵 期 ( 月 日 月 日 ) 累 積 補(bǔ) 充 供 熱 量 比 較 F i g . T h e c om p ar i s on o f a c c u m u l at e d h e at l o ad i n t h</p>