温室方位角对日光温室温度环境的影响

温室方位角对日光温室温度环境的影响
曹伟;李永奎;白义奎
【摘要】温室方位角对室内温度环境有直接影响.通过对具有不同朝向日光温室室内温度环境的对比实验, 探讨了温室方位角对室内温度环境的影响.测试结果表明,晴天时, 南偏西温室室内夜间温度高于正南及南偏东温室;阴天时, 温室朝向对室内温度环境无明显影响.
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2009(031)005
【总页数】3页(P183-184,189)
【关键词】日光温室;方位角;朝向;温度
【作者】曹伟;李永奎;白义奎
【作者单位】沈阳农业大学,工程学院,沈阳,110161;沈阳农业大学,工程学院,沈阳,110161;沈阳农业大学,水利学院,沈阳,110161
【正文语种】中文
【中图分类】S625.1
0 引言
日光温室的方位角指日光温室东西方向的法线与正南方向当地子午线的夹角[1]。

长期以来, 由于区域气候、主要栽培季节等方面的差异, 致使人们对日光温室方位角始终没有取得一致意见。

归纳起来, 大体上有3种观点：①南偏东, 理由是可以
“抢阳”，升温快,可促进上午植物光合作用, 并能削弱西北风对透光面的降温作用；
②南偏西, 理由是早晨温度低,卷帘晚, 空气湿度大, 有时出现雾等使光照减弱的天气现象, 偏西可有利于利用下午的光照；③正南方向, 理由是上述二种意见的折中。

由于温室方位角设置问题尚缺乏科学依据和统一的标准。

在生产实践中, 日光温室方位角杂乱，从偏东30°多到偏西40°多皆有分布。

1 温室方位角对室内热环境的影响分析
采光与保温是日光温室设计与建造的两个最关键的问题。

透光面倾角与形状的不断优化, 目的就是为了减少太阳光线的入射角(入射光线与法线之间的夹角), 最大限度地接收太阳辐射。

而太阳光线的入射角度有其自身高度(由低→高→低)和方位(由
东→西)两个方向的变化。

温室透光面的倾角与形状主要是根据太阳高度角的变化
规律进行设计的，而温室方位角则与太阳方位角有更直接的关系。

如果温室屋面倾角和形状已确定, 温室方位角就成为可人为调控的影响太阳光线入射角的主要因素。

根据地球物理学的知识, 在任何纬度的地方, 地方时(真正午时)12:00, 太阳的方位都是正南。

地球在1天之内(约24h), 自转1周(360°) , 即每小时自转15°，也就是约4min, 太阳的方位角就西移或东移1°。

由此推算, 日光温室的方位角每相差1°, 太
阳直射时间出现的早晚相差约4min, 如果某座日光温室偏东10°, 可比正南方位的早见到太阳直射光40min, 反之晚见到直射光40min[2]。

温室的建造方位影响着
温室的早晚见光时间。

有研究认为[3], 在我国北方地区, 日光温室以偏东或偏西5°为宜, 且偏东或偏西相
同角度时, 温室会获得相同的光照。

这种计算方法是建立在上午、下午光照时间相等(8: 30-15:30) 的基础上的。

事实上, 在我国北方地区冬季,上午尤其是凌晨时气
温很低, 一般情况下卷帘时间较晚, 在日出后1.5～2.5h；而下午傍晚时刻气温相对较高, 可以适当延后放帘, 一般在日落前0.5～1h。

本文通过3个不同朝向日光温
室模型室内温度环境的测试，探寻了朝向对温室内环境的影响。

2 试验与结果分析
采用模型实验可避免建造大量温室带来的人力、物力消耗，且能提高测试对比参数的精度，因此在对比实验中应用广泛。

2.1 试验设计
实验场地位于沈阳农业大学院内，设计了3个实验处理，考虑制作、拆装、改变
结构尺寸方便，材料采用20mm×20mm龙骨，主要节点采取装配组合式结构。

模型参考辽沈Ⅰ型6.0m跨的温室结构尺寸，按照1：4制成，由于只改变结构参数中的某一个参数，观测各温室内的室温、地温的异同，定性分析，故把前坡改装成直线型，同时不影响模型测试的目的。

为了使测试结果对比明显，考虑温室模型的蓄热、保温、隔热等的影响，后墙、山墙采用120mm厚砖砌墙，外表面抹灰、密实，后坡铺设厚35mm纤维板，前坡覆盖物用厚0.12mm聚氯乙烯薄膜。

朝向试验采用的实验处理，如表1所示。

表1 实验处理Tab.1 Experimental treatments处理长度/m跨度/m后墙高/m
后坡仰角/(°)后坡长度/m前屋面形式脊高/m朝向处理13.01.50.45320.35单斜式0.65南偏西20°处理23.01.50.45320.35单斜式0.65正南处理
33.01.50.45320.35单斜式0.65南偏东20°
采用WJK-Ⅲ型温室温度环境监测仪测试室内外温度，室内温度测点布置在温室中部，气温测点距前底脚0.9m, 距地面0.35m，地温距地面0.1m。

室外气温和地温的布置高度、深度同室内相应测点，各测试探头均作防辐射处理，测试时间为2007年5月20日-6月10日。

数据的采集采用计算机自动采集，采集间隔为
10min。

2.2 测试结果与分析
不同处理室内气温，如图1～图4所示。

测试结果显示，处理2的气温、地温介
于处理1及处理3之间，因此图1～图4中只给出处理1及处理3阴天、晴天时
温室内气温、地温变化情况。

从图1～图4中可见，晴天时，白天温室内的气温、地温变化与透光量的日变化一致，夜间处理1气温比处理3气温高1℃左右；
0.1m地温前者比后者平均高出1.5℃。

阴天时，不同朝向温室内气温、地温差距
不显著，夜间处理1气温比处理3气温高0.2℃左右；0.1m地温前者比后者平均高出1℃。

图1 不同处理室内气温(2007-06-08，晴) Fig.1 Air temperature inside greenhouses at different treatments
图2 不同处理室内气温(2007-06-05，阴)Fig.2 Air temperature inside geenhouses at different treatmens
图3 不同处理地温(2007-06-08，晴) Fig.3 Soil temperature inside greenhouses at different treatments
图4 不同处理地温(2007-06-05，阴)Fig.4 Soil temperature inside greenhouses at different treatments
不同处理透光量，如图5所示。

从晴天偏东、偏西模型温室内的逐时进光量可见，晴天时，在12:00之前，处理3 的透光量大于处理1的透光量；而在12：00之后，处理1的透光量大于处理3的透光量。

处理3 的透光量上午大于下午，处理
1 的透光量下午大于上午。

图5 不同处理透光量(2007-06-08，晴)Fig.5 Radiation inside greenhouse
3 结论
上述测试结果表明，在我国北方纬度较高的地区，温室方位角偏西有利于提高晴
天时日光温室夜间气温和地温。

其原因是温室方位角南偏西, 使得温室的正午延后。

这样上午、下午时间大体相近, 并且使温室接收太阳辐射较多的时间后移,由此光照充足与较高温度同时并存的时
间得以延长, 对作物生长有利。

此外, 还可以加强温室对下午弱光的利用, 有利于夜
间保持较高的温度。

但阴天时, 温室朝向对室内温度环境无明显影响。

为使测试结果对比明显，本实验温室取偏离正南20°的朝向，实际应用中温室偏东或偏西不应超过10°。

【相关文献】
[1] 李军.西北型节能日光温室采光设计中方位角和前屋面角的分析、探讨与应用[J].西北农业学报,2003,12(2)：105-108.
[2] 李远哲,狄洪发,方贤德.被动式太阳房的原理及设计[M].北京:能源出版社,1989.
[3] 魏文铎, 徐铭, 钟文田,等. 工厂化高效农业[M].沈阳:辽宁科学出版社,1999.
[4] Crit ten D L. The effect of house length on the light transm issivity of single and multispan greenhouse[J].Journal of A gricultural Engineering Research, 1984,32:163-172.。