中 國(guó) 農(nóng) 學(xué) 通 報(bào) 第 2 3 卷 第 2 期 2 0 0 7 年 2 月 h t t p w w w c a s b o r g c n 中 國(guó) 農(nóng) 學(xué) 通 報(bào) 第 2 3 卷 第 2 期 2 0 0 7 年 2 月 h t t p w w w c a s b o r g c n 0 引 言 日 光 溫 室 是 2 0 世 紀(jì) 8 0 年 代 在 中 國(guó) 北 方 地 區(qū) 迅 速 發(fā) 展 起 來(lái) 的 一 種 作 物 栽 培 設(shè) 施 由 于 日 光 溫 室 建 造 和 運(yùn) 行 成 本 低 適 合 中 國(guó) 社 會(huì) 經(jīng) 濟(jì) 的 需 要 成 為 中 國(guó) 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 的 主 體 溫 室 建 造 的 目 的 是 為 作 物 全 年 正 常 生 產(chǎn) 提 供 必 要 的 條 件 獲 得 作 物 最 優(yōu) 生 長(zhǎng) 所 需 的 重 要 氣 候 環(huán) 境 因 子 因 此 日 光 溫 室 優(yōu) 化 結(jié) 構(gòu) 不 僅 要 滿 足 透 光 率 高 能 量 消 耗 低 通 風(fēng) 良 好 的 要 求 而 且 要 具 有 足 夠 的 結(jié) 構(gòu) 強(qiáng) 度 和 良 好 的 機(jī) 械 力 學(xué) 性 能 降 低 建 造 和 運(yùn) 行 成 本 實(shí) 現(xiàn) 最 大 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 利 用 保 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 作 物 生 產(chǎn) 可 追 溯 到 遠(yuǎn) 古 時(shí) 代 但 到 羅 馬 帝 國(guó) 末 期 消 失 1 5 世 紀(jì) 末 期 到 1 8 世 紀(jì) 在 英 國(guó) 法 國(guó) 和 荷 蘭 再 次 出 現(xiàn) 但 溫 室 用 于 商 業(yè) 生 產(chǎn) 卻 是 開 始 于 1 9 世 紀(jì) 中 期 并 于 1 9 4 5 年 后 迅 速 發(fā) 展 起 來(lái) 1 最 初 溫 室 僅 是 一 個(gè) 依 靠 日 光 的 加 中 國(guó) 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 研 究 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 趨 勢(shì) 劉 志 杰 1 2 鄭 文 剛 1 胡 清 華 2 史 彥 軍 2 滕 弘 飛 2 1 國(guó) 家 農(nóng) 業(yè) 信 息 化 工 程 技 術(shù) 研 究 中 心 北 京 1 0 0 0 8 9 2 大 連 理 工 大 學(xué) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 遼 寧 大 連 1 1 6 0 2 4 摘 要 日 光 溫 室 是 中 國(guó) 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 的 重 要 組 成 部 分 日 光 溫 室 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 不 僅 影 響 內(nèi) 部 環(huán) 境 因 子 和 生 產(chǎn) 效 益 而 且 對(duì) 溫 室 建 造 生 產(chǎn) 成 本 及 其 結(jié) 構(gòu) 穩(wěn) 定 性 和 耐 用 性 有 直 接 影 響 綜 述 了 地 域 和 氣 候 約 束 條 件 下 日 光 溫 室 主 要 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 的 研 究 現(xiàn) 狀 如 跨 度 脊 高 采 光 屋 面 角 采 光 屋 面 形 狀 墻 體 結(jié) 構(gòu) 和 后 屋 面 結(jié) 構(gòu) 等 為 不 同 地 區(qū) 日 光 溫 室 建 造 提 供 參 考 信 息 同 時(shí) 探 討 了 其 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 結(jié) 構(gòu) 分 析 研 究 狀 況 并 分 析 了 今 后 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) 和 待 研 究 的 問(wèn) 題 關(guān) 鍵 詞 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 可 靠 度 拓 撲 優(yōu) 化 協(xié) 同 優(yōu) 化 中 圖 分 類 號(hào) S 6 2 5 1 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A C u r r e n t S i t u a t i o n a n d D e v e l o p m e n t o n S t r u c t u r e O p t i m i z a t i o n o f S o l a r G r e e n h o u s e i n C h i n a L i u Z h i j i e 1 2 Z h e n g W e n g a n g 1 H u Q i n g h u a 2 S h i Y a n j u n 2 T e n g H o n g f e i 2 1 N a t i o n a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r f o r I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y i n A g r i c u l t u r e B e i j i n g 1 0 0 0 8 9 2 S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y D a l i a n 1 1 6 0 2 4 A b s t r a c t T h e s o l a r g r e e n h o u s e p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e f a c i l i t y a g r i c u l t u r e i n o u r c o u n t r y T h e s t r u c t u r e d e s i g n o f s o l a r g r e e n h o u s e n o t o n l y a f f e c t s i n n e r e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s a n d i t s p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y b u t a l s o h a s d i r e c t i m p a c t s o n c o n s t r u c t i o n a n d p r o d u c t i o n c o s t s t r u c t u r e s t a b i l i t y a n d d u r a b i l i t y T h i s p a p e r r e v i e w s t h e l i t e r a t u r e o f s t r u c t u r e d e s i g n o p t i m i z a t i o n f o r s o l a r g r e e n h o u s e u n d e r d i f f e r e n t r e g i o n s a n d c l i m a t e s u c h a s t h e s p a n t h e r i d g e t h e i n c l i n a t i o n a n d s h a p e o f t h e l i g h t i n g s u r f a c e t h e s t r u c t u r e o f w a l l b o d y a n d t h e s t r u c t u r e o f b a c k r o o f e t c s o a s t o p r o v i d e r e f e r e n c e i n f o r m a t i o n f o r g r e e n h o u s e c o n s t r u c t i o n i n d i f f e r e n t a r e a s A t t h e s a m e t i m e t h e a d v a n c e s o f c o m p u t e r a i d e d a n a l y s i s o n s t r u c t u r a l a n d e n v i r o n m e n t a l p e r f o r m a n c e a r e i n t r o d u c e d t o o I t a l s o a n a l y s e s t h e d e v e l o p m e n t t e n d e n c y a n d q u e s t i o n s t o b e r e s o l v e d i n t h e f u t u r e K e y w o r d s S o l a r g r e e n h o u s e S t r u c t u r e o p t i m i z a t i o n R e l i a b i l i t y T o p o l o g y o p t i m i z a t i o n C o o p e r a t i v e o p t i m i z a t i o n 基 金 項(xiàng) 目 9 4 8 項(xiàng) 目 農(nóng) 業(yè) 數(shù) 字 節(jié) 水 技 術(shù) 軟 硬 件 產(chǎn) 品 2 0 0 6 G 6 3 和 北 京 市 十 一 五 重 大 科 技 攻 關(guān) 項(xiàng) 目 都 市 農(nóng) 業(yè) 高 效 節(jié) 水 技 術(shù) 研 究 與 示 范 D 0 7 0 6 0 0 7 0 4 0 1 9 1 第 一 作 者 簡(jiǎn) 介 劉 志 杰 男 1 9 7 9 年 出 生 山 東 萊 陽(yáng) 人 大 連 理 工 大 學(xué) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 博 士 研 究 生 主 要 從 事 計(jì) 算 智 能 可 靠 性 優(yōu) 化 方 面 研 究 通 信 地 址 1 1 6 0 2 4 遼 寧 省 大 連 理 工 大 學(xué) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 T e l 0 4 1 1 8 4 7 0 9 4 5 0 E m a i l l i u z j 2 0 0 3 1 6 3 c o m 通 訊 作 者 滕 弘 飛 男 1 9 3 6 年 出 生 教 授 博 士 生 導(dǎo) 師 主 要 研 究 方 向 計(jì) 算 智 能 C A D 與 優(yōu) 化 復(fù) 雜 系 統(tǒng) 通 信 地 址 1 1 6 0 2 4 遼 寧 省 大 連 理 工 大 學(xué) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 T e l 0 4 1 1 8 4 7 0 9 1 3 0 E m a i l t e n g h f d l u t e d u c n 收 稿 日 期 2 0 0 6 1 1 1 3 修 回 日 期 2 0 0 6 1 2 3 1 農(nóng) 業(yè) 工 程 科 學(xué) 4 4 9 C h i n e s e A g r i c u l t u r a l S c i e n c e B u l l e t i n V o l 2 3 N o 2 2 0 0 7 F e b r u a r y h t t p w w w c a s b o r g c n C h i n e s e A g r i c u l t u r a l S c i e n c e B u l l e t i n V o l 2 3 N o 2 2 0 0 7 F e b r u a r y h t t p w w w c a s b o r g c n 熱 室 最 大 吸 收 太 陽(yáng) 輻 射 減 少 熱 量 損 失 類 似 于 中 國(guó) 的 日 光 溫 室 研 究 者 對(duì) 此 進(jìn) 行 了 一 定 的 研 究 主 要 集 中 于 貯 存 和 減 少 熱 量 損 失 如 文 獻(xiàn) 2 4 但 是 由 于 僅 依 靠 日 光 進(jìn) 行 生 產(chǎn) 的 溫 室 很 難 實(shí) 現(xiàn) 環(huán) 境 因 子 的 最 優(yōu) 控 制 隨 著 經(jīng) 濟(jì) 的 發(fā) 展 2 0 世 紀(jì) 6 0 7 0 年 代 開 始 可 控 制 環(huán) 境 性 能 的 現(xiàn) 代 化 溫 室 迅 速 發(fā) 展 起 來(lái) 成 為 商 業(yè) 溫 室 生 產(chǎn) 的 主 要 結(jié) 構(gòu) 目 前 國(guó) 外 主 要 集 中 于 可 控 環(huán) 境 性 能 的 現(xiàn) 代 化 溫 室 的 研 究 包 括 覆 蓋 材 料 通 風(fēng) 系 統(tǒng) 等 如 文 獻(xiàn) 1 5 對(duì) 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 研 究 甚 少 且 其 結(jié) 構(gòu) 與 中 國(guó) 日 光 溫 室 不 同 通 常 可 采 用 多 種 方 式 改 進(jìn) 影 響 溫 室 內(nèi) 作 物 生 長(zhǎng) 的 環(huán) 境 因 子 如 采 用 加 熱 方 式 提 高 溫 度 用 專 用 燈 具 增 加 光 照 等 但 這 些 方 式 將 加 大 溫 室 成 本 不 能 被 廣 大 發(fā) 展 中 國(guó) 家 栽 培 者 接 受 研 究 表 明 溫 室 結(jié) 構(gòu) 是 影 響 內(nèi) 部 環(huán) 境 性 能 的 重 要 因 素 對(duì) 其 進(jìn) 行 研 究 是 改 變 影 響 作 物 生 產(chǎn) 的 環(huán) 境 因 子 有 效 且 經(jīng) 濟(jì) 的 方 式 對(duì) 于 提 高 溫 室 的 生 產(chǎn) 率 和 資 源 利 用 率 降 低 成 本 保 障 安 全 穩(wěn) 定 生 產(chǎn) 具 有 重 要 的 意 義 1 6 2 0 世 紀(jì) 9 0 年 代 現(xiàn) 代 化 溫 室 在 中 國(guó) 迅 速 發(fā) 展 到 2 0 0 3 年 底 大 型 連 棟 溫 室 已 有 7 0 0 h m 2 左 右 而 日 光 溫 室 面 積 已 達(dá) 6 0 余 萬(wàn) 公 頃 占 溫 室 和 大 棚 等 大 型 設(shè) 施 總 面 積 的 5 0 左 右 以 生 產(chǎn) 蔬 菜 為 主 近 年 來(lái) 果 樹 花 卉 等 種 植 業(yè) 及 養(yǎng) 殖 業(yè) 也 快 速 發(fā) 展 對(duì) 提 高 城 鄉(xiāng) 居 民 生 活 水 平 大 幅 度 提 高 農(nóng) 民 收 入 節(jié) 省 能 源 做 出 了 歷 史 性 貢 獻(xiàn) 因 此 日 光 溫 室 在 中 國(guó) 占 有 相 當(dāng) 大 的 比 重 適 合 中 國(guó) 國(guó) 情 需 要 對(duì) 中 國(guó) 經(jīng) 濟(jì) 發(fā) 展 和 解 決 三 農(nóng) 問(wèn) 題 具 有 重 要 的 作 用 7 中 國(guó) 從 2 0 世 紀(jì) 8 0 年 代 中 期 對(duì) 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 了 大 量 研 究 與 改 進(jìn) 研 究 了 適 合 中 國(guó) 地 區(qū) 氣 候 條 件 和 經(jīng) 濟(jì) 水 平 的 溫 室 結(jié) 構(gòu) 筆 者 綜 述 了 1 0 年 來(lái) 中 國(guó) 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 研 究 發(fā) 展 概 況 考 慮 了 不 同 地 區(qū) 不 同 氣 候 條 件 的 影 響 以 更 好 理 解 有 關(guān) 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 受 地 域 氣 候 特 點(diǎn) 影 響 的 規(guī) 律 為 不 同 地 區(qū) 進(jìn) 行 日 光 溫 室 建 造 提 供 參 考 進(jìn) 而 探 討 了 今 后 的 研 究 發(fā) 展 趨 勢(shì) 1 主 要 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 優(yōu) 化 研 究 溫 室 結(jié) 構(gòu) 主 要 有 三 部 分 組 成 即 采 光 面 后 屋 面 和 圍 護(hù) 墻 采 光 和 保 溫 是 日 光 溫 室 成 敗 的 關(guān) 鍵 因 素 地 球 表 面 的 太 陽(yáng) 輻 射 強(qiáng) 度 日 照 時(shí) 間 長(zhǎng) 短 及 光 譜 成 分 均 具 有 隨 時(shí) 間 和 空 間 變 化 的 特 點(diǎn) 而 且 當(dāng) 地 惡 劣 的 氣 候 是 造 成 溫 室 結(jié) 構(gòu) 失 效 的 主 要 原 因 因 而 溫 室 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 要 因 地 制 宜 1 1 采 光 屋 面 角 跨 度 和 脊 高 溫 度 和 光 照 是 影 響 植 物 生 長(zhǎng) 的 重 要 環(huán) 境 因 子 因 此 溫 室 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 使 冬 季 陽(yáng) 光 盡 可 能 得 到 充 分 利 用 采 光 屋 面 角 很 大 程 度 上 決 定 著 光 線 透 射 入 溫 室 比 率 是 日 光 溫 室 設(shè) 計(jì) 和 建 造 中 的 關(guān) 鍵 調(diào) 查 表 明 隨 采 光 角 度 的 增 大 溫 室 所 獲 太 陽(yáng) 能 也 越 多 但 溫 室 脊 高 也 顯 著 增 加 采 光 屋 面 角 過(guò) 小 下 雨 時(shí) 會(huì) 引 起 水 兜 下 雪 時(shí) 引 起 表 面 積 雪 從 而 可 能 造 成 災(zāi) 難 性 后 果 根 據(jù) 光 線 反 射 原 理 當(dāng) 光 線 入 射 角 在 4 0 以 下 變 化 時(shí) 光 透 過(guò) 變 化 率 很 小 因 此 溫 室 設(shè) 計(jì) 時(shí) 通 常 使 冬 至 日 正 午 時(shí) 陽(yáng) 光 對(duì) 采 光 面 投 射 角 大 于 或 等 于 5 0 以 滿 足 合 理 采 光 要 求 因 此 采 光 屋 面 角 為 4 0 1 其 中 為 當(dāng) 地 地 理 緯 度 在 中 國(guó) 2 3 5 為 冬 至 日 赤 緯 由 于 冬 至 日 太 陽(yáng) 高 度 角 H 0 為 H 0 9 0 2 因 此 5 0 H 0 3 溫 室 除 滿 足 足 夠 光 照 強(qiáng) 度 外 還 必 須 有 足 夠 的 光 照 時(shí) 數(shù) 光 合 作 用 時(shí) 間 才 能 保 證 作 物 安 全 生 產(chǎn) 通 常 應(yīng) 使 冬 至 日 溫 室 處 于 良 好 采 光 時(shí) 段 時(shí) 間 為 每 天 不 低 于 4 h 由 于 上 下 午 的 太 陽(yáng) 高 度 角 小 于 正 午 因 而 為 保 證 上 下 午 的 合 理 采 光 角 度 合 理 的 采 光 時(shí) 段 屋 面 夾 角 需 在 此 基 礎(chǔ) 上 再 加 5 7 8 9 丁 秀 華 等 1 0 認(rèn) 為 最 佳 采 光 面 傾 斜 角 為 6 0 H 0 4 并 獲 得 遼 寧 地 區(qū) 北 緯 4 1 附 近 日 光 溫 室 采 光 面 最 佳 傾 斜 角 為 3 4 時(shí) 溫 室 具 有 良 好 的 采 光 時(shí) 段 采 光 屋 面 角 脊 高 以 及 跨 度 三 者 是 互 相 制 約 的 脊 高 和 跨 度 的 大 小 及 其 相 互 配 合 影 響 采 光 角 的 大 小 和 采 光 面 形 狀 從 面 影 響 溫 室 的 內(nèi) 部 空 間 和 采 光 保 溫 性 能 脊 高 一 定 跨 度 過(guò) 大 采 光 屋 面 角 隨 之 降 低 溫 室 難 于 獲 得 最 佳 采 光 效 果 過(guò) 小 溫 室 有 效 利 用 面 積 減 少 據(jù) 研 究 分 析 日 光 溫 室 跨 度 一 般 取 6 8 m 且 隨 著 地 理 緯 度 增 加 日 光 溫 室 的 跨 度 應(yīng) 相 應(yīng) 減 小 如 處 于 北 緯 4 8 4 9 的 呼 倫 貝 爾 市 應(yīng) 取 6 6 5 m 作 為 標(biāo) 準(zhǔn) 跨 度 9 光 照 條 件 好 采 光 時(shí) 間 長(zhǎng) 的 地 區(qū) 可 適 當(dāng) 加 大 跨 度 以 增 加 土 地 利 用 率 如 西 北 地 區(qū) 可 取 7 8 m 1 1 跨 度 一 定 增 加 脊 高 采 光 屋 面 角 便 隨 之 加 大 獲 得 太 陽(yáng) 能 增 加 溫 度 指 標(biāo) 明 顯 提 高 但 過(guò) 高 勢(shì) 必 使 溫 室 空 間 增 大 不 利 于 增 溫 與 保 溫 同 時(shí) 對(duì) 溫 室 主 體 結(jié) 構(gòu) 的 強(qiáng) 度 和 覆 蓋 材 料 力 學(xué) 性 能 的 要 求 會(huì) 提 高 將 增 加 施 工 難 度 和 建 造 成 本 脊 高 取 值 范 圍 一 般 為 2 6 3 8 m 一 般 認(rèn) 為 要 保 持 溫 室 有 較 大 的 栽 培 面 積 要 求 跨 度 與 采 光 面 坡 長(zhǎng) 比 天 地 比 應(yīng) 不 低 于 0 8 5 0 9 0 脊 高 與 采 光 面 坡 長(zhǎng) 比 應(yīng) 小 于 0 6 0 7 具 備 這 樣 相 應(yīng) 比 例 的 溫 室 前 部 結(jié) 構(gòu) 比 較 合 理 1 0 1 2 采 光 面 前 屋 面 形 狀 日 光 溫 室 采 光 面 形 狀 的 優(yōu) 化 對(duì) 于 吸 收 太 陽(yáng) 輻 射 具 農(nóng) 業(yè) 工 程 科 學(xué)4 5 0 中 國(guó) 農(nóng) 學(xué) 通 報(bào) 第 2 3 卷 第 2 期 2 0 0 7 年 2 月 h t t p w w w c a s b o r g c n 中 國(guó) 農(nóng) 學(xué) 通 報(bào) 第 2 3 卷 第 2 期 2 0 0 7 年 2 月 h t t p w w w c a s b o r g c n 有 重 要 的 作 用 中 國(guó) 對(duì) 此 進(jìn) 行 了 較 深 入 的 研 究 以 獲 得 最 大 的 太 陽(yáng) 輻 射 當(dāng) 太 陽(yáng) 高 度 較 低 時(shí) 屋 面 坡 度 應(yīng) 大 些 太 陽(yáng) 高 度 較 高 時(shí) 屋 面 坡 度 可 小 些 因 此 曲 線 型 采 光 屋 面 優(yōu) 于 直 線 型 的 屋 面 坡 度 自 南 沿 底 腳 至 中 脊 由 大 變 小 胡 波 和 張 生 田 提 出 將 西 寧 地 區(qū) 日 光 溫 室 脊 高 提 高 到 3 4 m 跨 度 縮 短 到 7 m 使 室 內(nèi) 空 間 增 大 熱 容 量 增 加 采 用 拋 物 線 形 采 光 面 更 有 效 1 2 佟 國(guó) 紅 提 出 將 確 定 溫 室 最 佳 采 光 面 形 狀 的 問(wèn) 題 轉(zhuǎn) 化 為 確 定 不 同 地 面 點(diǎn) 所 對(duì) 應(yīng) 的 前 屋 面 骨 架 的 高 度 用 動(dòng) 態(tài) 規(guī) 劃 的 方 法 將 多 維 問(wèn) 題 轉(zhuǎn) 化 為 一 維 問(wèn) 題 進(jìn) 行 求 解 該 方 法 比 較 通 用 1 3 單 純 以 采 光 量 最 大 作 為 優(yōu) 化 指 標(biāo) 往 往 難 以 構(gòu) 成 實(shí) 用 的 采 光 屋 面 例 如 優(yōu) 化 篩 選 出 的 圓 弧 面 會(huì) 因 其 前 部 低 矮 區(qū) 域 過(guò) 大 土 地 使 用 效 率 低 農(nóng) 事 操 作 困 難 而 難 于 被 生 產(chǎn) 者 接 受 李 有 等 提 出 將 溫 室 采 光 面 下 土 地 使 用 效 率 也 作 為 優(yōu) 化 指 標(biāo) 研 究 了 圓 弧 面 橢 圓 面 和 拋 物 面 三 種 形 狀 采 光 面 發(fā) 現(xiàn) 圓 弧 面 采 光 效 率 最 高 拋 物 面 最 低 橢 圓 面 的 土 地 使 用 效 率 最 高 且 通 常 情 況 下 拋 物 面 優(yōu) 于 圓 弧 面 各 采 光 面 拱 長(zhǎng) 不 同 亦 會(huì) 造 成 保 溫 效 率 的 差 異 一 般 來(lái) 說(shuō) 采 光 面 在 溫 室 跨 度 中 所 占 的 比 例 越 大 采 光 性 能 越 好 但 保 溫 性 隨 之 下 降 橢 圓 面 的 保 溫 效 率 最 差 而 圓 弧 面 和 拋 物 面 的 保 溫 效 率 則 要 視 高 跨 比 而 定 1 4 此 外 不 同 形 狀 屋 面 骨 架 承 載 能 力 也 不 相 同 周 長(zhǎng) 吉 采 用 黃 金 分 割 法 對(duì) 有 柱 式 日 光 溫 室 前 屋 面 鋼 管 骨 架 的 力 學(xué) 性 能 進(jìn) 行 了 優(yōu) 化 分 析 發(fā) 現(xiàn) 拋 物 線 型 最 大 應(yīng) 力 最 小 是 最 理 想 的 受 力 曲 面 但 其 前 段 較 低 不 利 于 操 作 1 5 劉 俊 杰 采 用 線 性 規(guī) 劃 方 法 建 立 了 無(wú) 柱 式 日 光 溫 室 骨 架 的 內(nèi) 力 分 析 模 型 發(fā) 現(xiàn) 圓 型 是 其 較 理 想 的 受 力 曲 面 1 6 因 此 日 光 溫 室 采 光 面 形 狀 設(shè) 計(jì) 的 目 標(biāo) 不 僅 要 最 大 限 度 地 增 加 入 射 太 陽(yáng) 輻 射 而 且 應(yīng) 增 大 室 內(nèi) 有 效 種 植 面 積 和 屋 面 骨 架 的 承 載 能 力 及 減 少 采 光 面 的 散 熱 面 積 單 純 考 慮 單 一 目 標(biāo) 均 不 能 得 到 最 優(yōu) 的 采 光 面 形 狀 不 同 地 區(qū) 應(yīng) 根 據(jù) 不 同 種 植 目 的 當(dāng) 地 氣 候 特 點(diǎn) 和 自 身 條 件 綜 合 考 慮 各 種 因 素 協(xié) 同 選 擇 合 適 的 采 光 屋 面 以 最 大 限 度 地 發(fā) 揮 溫 室 的 增 溫 采 光 保 溫 和 承 載 能 力 1 3 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 日 光 溫 室 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 包 括 后 墻 山 墻 和 后 屋 面 的 材 料 仰 角 厚 度 及 構(gòu) 造 夜 間 采 光 屋 面 外 側(cè) 覆 蓋 材 料 和 各 部 分 面 積 或 長(zhǎng) 度 之 比 如 采 光 屋 面 投 影 長(zhǎng) 度 與 溫 室 跨 度 的 比 例 等 大 大 影 響 溫 室 保 溫 性 能 對(duì) 于 合 理 結(jié) 構(gòu) 的 日 光 溫 室 投 射 到 溫 室 內(nèi) 的 太 陽(yáng) 直 射 輻 射 照 度 分 配 比 例 約 是 后 墻 5 0 地 面 和 后 屋 面 各 占 2 5 左 右 1 7 因 此 墻 體 的 設(shè) 計(jì) 對(duì) 溫 室 保 溫 和 蓄 熱 非 常 重 要 實(shí) 際 上 保 溫 能 力 強(qiáng) 的 材 料 其 蓄 熱 能 力 必 然 差 而 蓄 熱 能 力 強(qiáng) 的 材 料 其 保 溫 能 力 必 然 差 所 以 要 使 墻 體 既 能 保 溫 又 能 蓄 熱 就 應(yīng) 采 用 復(fù) 合 墻 體 內(nèi) 側(cè) 由 吸 熱 蓄 熱 能 力 強(qiáng) 的 材 料 如 紅 磚 組 成 蓄 熱 層 外 側(cè) 由 導(dǎo) 熱 散 熱 能 力 較 差 的 材 料 組 成 保 溫 層 中 間 有 夾 層 隔 熱 常 用 夾 層 填 充 材 料 隔 熱 效 果 降 溫 階 段 向 室 內(nèi) 釋 放 熱 量 優(yōu) 劣 次 序 為 珍 珠 巖 爐 碴 木 屑 中 空 總 之 導(dǎo) 熱 率 小 的 材 料 如 無(wú) 機(jī) 材 質(zhì) 作 夾 層 材 料 最 好 1 8 陳 秋 全 實(shí) 踐 得 出 內(nèi) 墻 為 2 4 c m 的 紅 磚 墻 體 中 間 6 1 0 c m 厚 聚 苯 乙 烯 泡 沫 板 外 墻 為 1 2 c m 或 2 4 c m 紅 磚 的 復(fù) 合 墻 體 是 北 方 高 寒 地 區(qū) 日 光 溫 室 的 最 佳 墻 體 結(jié) 構(gòu) 既 減 少 了 用 材 和 占 地 同 時(shí) 大 大 提 高 了 保 溫 隔 熱 和 蓄 熱 等 綜 合 性 能 9 后 屋 面 寬 度 和 仰 角 決 定 溫 室 空 間 大 小 和 蓄 熱 能 力 仰 角 增 大 則 投 射 到 后 屋 面 內(nèi) 側(cè) 的 太 陽(yáng) 直 接 輻 照 度 增 大 但 仰 角 過(guò) 大 勢(shì) 必 增 加 后 屋 面 的 施 工 難 度 并 加 大 散 熱 面 恰 當(dāng) 的 后 屋 面 仰 角 應(yīng) 保 證 冬 至 日 太 陽(yáng) 光 線 能 完 全 照 射 到 溫 室 后 墻 面 上 通 常 取 8 H 0 5 7 5 1 4 其 它 部 分 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 李 小 芳 1 9 研 究 指 出 溫 室 長(zhǎng) 度 確 定 的 一 個(gè) 重 要 影 響 因 子 是 東 西 山 墻 蔭 影 率 通 過(guò) 不 同 長(zhǎng) 度 溫 室 的 最 高 氣 溫 最 低 氣 溫 和 平 均 氣 溫 對(duì) 比 分 析 發(fā) 現(xiàn) 最 低 氣 溫 隨 著 溫 室 長(zhǎng) 度 的 增 加 均 勻 遞 減 說(shuō) 明 室 內(nèi) 空 間 越 小 越 利 于 夜 間 保 溫 和 室 內(nèi) 溫 度 的 穩(wěn) 定 當(dāng) 最 初 溫 室 長(zhǎng) 度 增 加 時(shí) 室 內(nèi) 的 蔭 影 率 隨 長(zhǎng) 度 增 加 而 遞 減 由 于 蔭 影 率 的 變 化 對(duì) 室 內(nèi) 溫 度 的 影 響 大 于 室 內(nèi) 空 間 的 影 響 使 平 均 氣 溫 和 最 高 氣 溫 隨 著 長(zhǎng) 度 增 加 遞 增 當(dāng) 長(zhǎng) 度 增 大 到 5 0 m 后 蔭 影 率 變 化 很 小 但 室 內(nèi) 空 間 體 積 變 化 大 而 且 影 響 大 于 蔭 影 率 變 化 的 影 響 平 均 氣 溫 和 最 高 氣 溫 都 出 現(xiàn) 下 降 趨 勢(shì) 對(duì) 于 6 8 m 跨 度 的 日 光 溫 室 溫 室 長(zhǎng) 度 為 4 5 5 0 m 范 圍 內(nèi) 保 溫 性 能 較 好 高 志 奎 通 過(guò) 模 擬 溫 室 采 光 性 能 發(fā) 現(xiàn) 溫 室 平 均 采 光 效 率 不 僅 與 脊 高 跨 度 和 高 跨 比 有 關(guān) 而 且 與 肩 高 和 光 程 從 采 光 面 到 達(dá) 受 光 照 部 位 的 距 離 即 光 線 路 程 有 著 重 要 的 關(guān) 系 因 此 以 上 兩 參 數(shù) 的 優(yōu) 化 也 非 常 重 要 2 0 綜 上 所 述 目 前 中 國(guó) 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 主 要 研 究 一 是 根 據(jù) 日 光 溫 室 采 光 設(shè) 計(jì) 的 理 論 確 定 最 優(yōu) 采 光 屋 面 角 和 采 光 面 形 狀 二 是 研 究 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 以 提 高 溫 室 保 溫 性 能 三 是 研 究 保 證 溫 室 強(qiáng) 度 時(shí) 最 優(yōu) 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 以 降 低 溫 室 成 本 2 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 研 究 根 據(jù) 采 光 理 論 得 到 的 優(yōu) 化 采 光 屋 面 需 要 進(jìn) 行 力 學(xué) 性 能 的 分 析 以 估 計(jì) 骨 架 等 結(jié) 構(gòu) 承 載 力 進(jìn) 而 為 用 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 工 程 分 析 或 優(yōu) 化 軟 件 對(duì) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 分 析 和 優(yōu) 化 設(shè) 農(nóng) 業(yè) 工 程 科 學(xué) 4 5 1 C h i n e s e A g r i c u l t u r a l S c i e n c e B u l l e t i n V o l 2 3 N o 2 2 0 0 7 F e b r u a r y h t t p w w w c a s b o r g c n C h i n e s e A g r i c u l t u r a l S c i e n c e B u l l e t i n V o l 2 3 N o 2 2 0 0 7 F e b r u a r y h t t p w w w c a s b o r g c n 計(jì) 提 供 了 條 件 一 些 研 究 者 對(duì) 此 進(jìn) 行 了 探 索 侯 麗 薇 2 1 借 助 于 計(jì) 算 機(jī) 力 學(xué) 分 析 工 具 建 立 有 柱 日 光 溫 室 骨 架 的 有 限 元 模 型 研 究 了 在 載 荷 作 用 下 前 屋 面 形 狀 溫 室 高 度 跨 度 間 距 等 幾 何 尺 寸 對(duì) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 性 能 的 影 響 發(fā) 現(xiàn) 拋 物 線 型 的 最 大 應(yīng) 力 最 小 一 坡 一 立 型 最 大 應(yīng) 力 值 最 大 骨 架 應(yīng) 力 值 隨 拱 間 距 高 度 跨 度 的 增 加 而 增 大 結(jié) 構(gòu) 性 能 變 差 為 日 光 溫 室 的 實(shí) 際 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 提 供 了 理 論 依 據(jù) 盧 旭 珍 2 2 利 用 A L G O R 對(duì) 同 長(zhǎng) 度 高 度 和 跨 度 下 不 同 結(jié) 構(gòu) 形 式 的 單 面 坡 日 光 溫 室 進(jìn) 行 了 單 元 應(yīng) 力 位 移 分 析 發(fā) 現(xiàn) 單 骨 架 結(jié) 構(gòu) 采 用 圓 管 比 方 管 耗 材 量 小 承 載 能 力 和 受 載 變 形 指 標(biāo) 好 采 用 方 管 管 型 的 雙 骨 架 斜 拉 花 結(jié) 構(gòu) 比 豎 拉 花 結(jié) 構(gòu) 和 采 用 圓 管 管 材 的 性 能 指 標(biāo) 優(yōu) 因 而 采 用 方 管 管 材 的 雙 骨 架 斜 拉 花 結(jié) 構(gòu) 是 最 佳 骨 架 選 擇 方 案 此 外 不 同 結(jié) 構(gòu) 溫 室 內(nèi) 環(huán) 境 性 能 也 獲 得 了 一 定 的 研 究 曹 永 華 2 3 研 制 了 適 合 中 國(guó) 不 同 溫 室 光 環(huán) 境 分 析 的 輔 助 設(shè) 計(jì) 軟 件 G R L T 可 確 定 最 佳 采 光 的 溫 室 結(jié) 構(gòu) 邢 禹 賢 2 4 用 其 模 擬 分 析 了 不 同 結(jié) 構(gòu) 單 坡 面 塑 料 日 光 溫 室 采 光 面 光 能 時(shí) 空 分 布 及 采 光 能 量 董 吉 林 2 5 用 V B 程 序 根 據(jù) 溫 室 采 光 最 新 理 論 開 發(fā) 了 用 于 日 光 溫 室 等 的 采 光 量 及 其 在 溫 室 內(nèi) 的 分 布 的 計(jì) 算 機(jī) 模 擬 系 統(tǒng) 可 為 溫 室 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 的 設(shè) 計(jì) 提 供 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 支 持 優(yōu) 化 溫 室 結(jié) 構(gòu) 滕 光 輝 2 6 探 討 了 用 基 于 虛 擬 現(xiàn) 實(shí) 技 術(shù) 構(gòu) 建 的 虛 擬 溫 室 模 擬 研 究 溫 室 結(jié) 構(gòu) 特 征 和 力 學(xué) 及 環(huán) 境 性 能 3 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 發(fā) 展 趨 勢(shì) 中 國(guó) 日 光 溫 室 為 解 決 北 方 地 區(qū) 冬 季 蔬 菜 供 應(yīng) 增 加 農(nóng) 民 收 入 提 高 城 鄉(xiāng) 居 民 的 生 活 水 平 促 進(jìn) 農(nóng) 業(yè) 產(chǎn) 業(yè) 結(jié) 構(gòu) 調(diào) 整 等 做 出 了 歷 史 性 貢 獻(xiàn) 但 隨 著 經(jīng) 濟(jì) 發(fā) 展 日 光 溫 室 面 積 與 日 劇 增 產(chǎn) 品 相 對(duì) 過(guò) 剩 造 成 作 物 季 節(jié) 差 價(jià) 不 斷 縮 小 經(jīng) 濟(jì) 效 益 逐 年 下 降 而 且 中 國(guó) 目 前 大 多 日 光 溫 室 環(huán) 境 性 能 可 控 性 差 造 成 作 物 質(zhì) 量 不 高 產(chǎn) 品 檔 次 較 低 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 力 差 滿 足 不 了 人 們 日 益 增 長(zhǎng) 的 需 求 2 7 溫 室 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 時(shí) 最 終 關(guān) 注 的 是 新 設(shè) 計(jì) 或 改 進(jìn) 溫 室 的 建 造 成 本 和 給 栽 培 者 帶 來(lái) 的 成 本 效 益 因 此 日 光 溫 室 不 僅 要 滿 足 提 高 溫 度 和 保 護(hù) 作 物 需 要 而 且 要 優(yōu) 化 資 源 有 效 用 水 和 C O 2 等 成 為 可 控 制 環(huán) 境 因 子 的 生 產(chǎn) 集 成 系 統(tǒng) 但 由 于 中 國(guó) 廣 大 栽 培 者 投 資 能 力 有 限 國(guó) 外 大 型 現(xiàn) 代 溫 室 不 能 被 廣 泛 應(yīng) 用 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 是 改 進(jìn) 溫 室 環(huán) 境 性 能 更 經(jīng) 濟(jì) 有 效 的 方 式 6 可 滿 足 中 國(guó) 栽 培 者 的 經(jīng) 濟(jì) 水 平 此 外 目 前 中 國(guó) 日 光 溫 室 仍 主 要 是 依 靠 模 仿 和 有 限 實(shí) 踐 經(jīng) 驗(yàn) 而 建 造 造 成 溫 室 結(jié) 構(gòu) 龐 大 存 在 安 全 隱 患 因 此 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 研 究 適 合 中 國(guó) 國(guó) 情 對(duì) 滿 足 結(jié) 構(gòu) 強(qiáng) 度 和 耐 久 性 實(shí) 現(xiàn) 最 優(yōu) 環(huán) 境 性 能 提 高 溫 室 生 產(chǎn) 力 和 效 益 具 有 重 要 的 意 義 3 1 主 要 承 重 結(jié) 構(gòu) 拓 撲 優(yōu) 化 屋 架 和 屋 蓋 是 溫 室 承 重 的 主 要 部 件 屋 蓋 結(jié) 構(gòu) 主 要 承 受 縱 向 作 用 的 載 荷 是 承 擔(dān) 溫 室 大 部 分 外 界 作 用 的 部 件 屋 面 梁 與 立 柱 一 起 組 成 溫 室 結(jié) 構(gòu) 的 主 要 承 力 系 統(tǒng) 屋 面 梁 結(jié) 構(gòu) 形 式 多 樣 如 桁 架 式 組 合 梁 式 和 門 式 等 而 桁 架 是 目 前 溫 室 結(jié) 構(gòu) 中 最 為 常 見 的 形 式 其 結(jié) 構(gòu) 拓 撲 形 式 對(duì) 其 承 載 能 力 至 關(guān) 重 要 2 8 有 關(guān) 桁 架 拓 撲 結(jié) 構(gòu) 的 研 究 一 直 是 工 程 領(lǐng) 域 和 力 學(xué) 領(lǐng) 域 的 熱 點(diǎn) 主 要 從 設(shè) 計(jì) 變 量 優(yōu) 化 模 型 和 求 解 算 法 等 方 面 進(jìn) 行 了 研 究 取 得 了 大 量 的 成 果 但 目 前 有 關(guān) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 拓 撲 優(yōu) 化 方 面 的 應(yīng) 用 研 究 尚 少 見 日 光 溫 室 結(jié) 構(gòu) 拓 撲 優(yōu) 化 對(duì) 于 探 索 新 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 以 及 在 保 障 溫 室 安 全 可 靠 的 同 時(shí) 節(jié) 約 成 本 降 低 工 程 造 價(jià) 有 著 重 要 的 意 義 2 9 3 0 3 2 結(jié) 構(gòu) 安 全 穩(wěn) 定 及 可 靠 度 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 目 前 中 國(guó) 日 光 溫 室 迅 速 發(fā) 展 但 通 常 忽 視 溫 室 結(jié) 構(gòu) 安 全 可 靠 性 方 面 研 究 使 得 中 國(guó) 很 多 已 建 或 在 建 的 溫 室 存 在 諸 多 安 全 隱 患 例 如 2 0 0 0 年 云 南 昆 明 和 浙 江 杭 州 的 雪 災(zāi) 對(duì) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 的 破 壞 就 造 成 3 0 0 0 多 萬(wàn) 元 的 直 接 損 失 另 外 中 國(guó) 很 多 國(guó) 產(chǎn) 溫 室 的 結(jié) 構(gòu) 桿 件 明 顯 比 國(guó) 外 引 進(jìn) 溫 室 偏 大 顯 得 既 笨 重 又 不 實(shí) 用 還 造 成 了 較 大 的 浪 費(fèi) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 可 靠 度 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 就 是 在 滿 足 溫 室 結(jié) 構(gòu) 安 全 可 靠 性 和 耐 久 性 要 求 下 使 溫 室 性 能 參 數(shù) 匹 配 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 與 質(zhì) 量 成 本 等 方 面 的 參 數(shù) 最 優(yōu) 白 義 奎 3 1 提 出 了 中 國(guó) 日 光 溫 室 建 造 存 在 的 安 全 隱 患 分 析 了 影 響 日 光 溫 室 鋼 骨 架 結(jié) 構(gòu) 安 全 耐 久 性 因 素 并 提 出 改 進(jìn) 建 議 梁 宗 敏 3 2 在 連 棟 溫 室 結(jié) 構(gòu) 抗 風(fēng) 設(shè) 計(jì) 中 引 入 了 基 于 目 標(biāo) 可 靠 指 標(biāo) 研 究 了 溫