南京农业大学农业设施工程学第五章日光温室

些其他建筑结构参数，包括人们通常所说的“五
度、四比、三材”
• “五度”是指：跨度、高度、角度、长度、厚
度，
• 高度：包含脊高和温室矢高。
• 角度：包含后屋面仰角和前屋面倾角。
• 厚度：指墙体和后屋面的厚度。
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•“四比”是指： •保温比：以室内蓄热面积比散热面积较为合理。 一般该值大于1。 •高跨比：指脊高与跨度之比。 •遮阴比：指前屋面骨架材料的遮阳面积与整个采 光面积之比。 •前后屋面水平投影比：前屋面在水平面上的投影 长度与后屋面在水平面上的投影长度之比。 •“三材”是指：建筑材料、覆盖材料、保温材料。
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南京农业大学农业设施工程学第五章 日光温室
• 第二代节能日光温室在前屋面设计时应用了 张真和等人提出的“日光温室合理采光时段及屋 面角度”的理论，这是第二代节能日光温室最为 显著的特征。另外其在墙体材料、保温被材料的 选择和组合，卷帘机的改进上也取得了重大突破。
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•平均厚度
•室内最低温 度随温室土 墙厚度的增 加而提高， 但是提高趋 势变缓。
• 在稳态传热情况下，由低限热阻来确定墙体和后屋面保 温层的厚度。热阻R为传热系数的倒数，单位 m2∙℃/W。传热 系数越小，传热阻越大，保温性越好。
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• 评价外围护结构保温性能的主要指标是总热阻。为了满足 外围护结构冬季保温设计的要求，其总热阻不能小于某个最低 限度值，这个最低限度值称为最小总热阻。用R0,min表示。
•通过合理的温室结构和加强内外保温覆盖，减 少热量损失，提高保温性能。
•具有较强的抗逆能力，病害少，植株生长健壮， 作物早熟、采收期长，收益较普通温室提高 65%~80%.
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• 3.前屋面（采光面）形状的设计
• 屋面形状要有利于日光透射进入温室，尽量减小 光线入射角θ。即太阳光线尽量以接近垂直于薄膜表面 的角度入射。前屋面形状的设计见下图所示。 •
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•图中：a为前屋面中部倾角， a底表示前屋面底部的前屋面倾角；
南京农业大学农业设施 工程学第五章日光温室
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2020/11/13
南京农业大学农业设施工程学第五章 日光温室
•第一节 概 述
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•日光温室的优点：
•采用了合理的采光角度，大大提高了采光性能保 证温室得到充足的太阳辐射，温室内各处温度较 为均衡。
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a顶 > 5°
a后 > h +5°
a>24 °
•h’
•H1>0.8m a底>60°
•0.5m
•a顶表示前屋面顶部的前屋面倾角；
•a后表示后屋面仰角； •h’为当地10:00时太阳高度角h在剖面上的投影角度。
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• 确定采光面形状时要兼顾到如下几点：
•8~60W/m2
•N
•10~30W/m2
•S
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• 日光温室蓄热能力与墙体材料本身的蓄热系数大 小成正比；也与地面、后墙接受太阳光直接照射的面 积成正相关。 • 当物体表面温度波作用的周期一定时，蓄热系数 大小与材料本身的导热率、密度、比热成正比。
南京农业大学农业设施工程学第五章 日光温室
• 下沉使温室周边土壤与室外温度较高的土壤相邻接，可
• 有效减少周边向室外的散热，更好保持室内土壤蓄积的
• 热量，提高地温和夜间室内地面的放热量。
•
但室内地面过度下沉将导致室内南侧大面积阴影。
• 如图所示。
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•室内地面下挖所造成的南部阴影情况示意图
南京农业大学农业设施工程学第五章 日光温室
•夜间：
•ΔQ=（墙体向室内传热＋土壤传热）-（通过围护结构
•
表面散热＋冷风渗透散热）
•当ΔQ>0时，温室升温；
•当ΔQ<0时，温室降温；
•当ΔQ=0时，温室达到热量平衡，温度不变；
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南京农业大学农业设施工程学第五章 日光温室
•二、日光温室的采光原理
1. 太阳直射光线在塑料薄膜表面上的入射角与薄膜透光率的 2. 关系 • 太阳光入射角 指太阳光线与被照表面法线所成的角度。 • 太阳直射光线在塑料薄膜表面上的入射角与薄膜透光率的 关系见下图。随着入射角的增加，薄膜透光率呈下降趋势。 • 当入射角等于0时，薄膜透光率最大在90%以上；当入射角 在由0~40°之间时，透光率下降不明显；当入射角大于60°时， 透光率急剧下降。
•四、日光温室的蓄热原理和方法
• 1. 日光温室墙体蓄热和加温的作用
• 白天，日光温室北墙可以吸收并蓄积太阳热量， •如下图所示：
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•1/2~2/
••N1/3~1/ 3
•S
2 •150~350W/m
2
•100~250W/m
2
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•夜间，墙体将白昼蓄积的热量逐渐释放回温室内，释放 •的热量可以使室内气温提高4~8℃。如下图所示。
•2. 温室的热量平衡方程
•长波辐射 •对流
•墙体传热
•反射 •太阳辐射
•通风散热
•长波辐射 •对流
•蒸腾蒸发
•墙体放热
•冷风渗透放 热
•地中传热
•节能温室白天传热及热平衡示意图
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•地中传热
•节能日光温室夜间传热及热平衡示意图
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•白天： •ΔQ=透射进入温室内的太阳辐射能-（墙体传热＋土壤 传热＋室内土壤作物蒸发蒸腾+通过围护结构表面散热 ＋通风散热）
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•中低纬度的南部地区，日光温室方位应采用 •南偏东5°～10°（向阳）。
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高纬度地区，日光温室方位应采用
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•第三节 节能日光温室的设计理论与方法
•一、日光温室的升温原理
•覆盖外保温被后日光温室围护覆盖层的平均传热系数较小， •如下图所示。
•3~5W/(m2·℃)
•1.2~1.6W/(m2·℃)
•普通温室
•日光温室
•日光温室围护覆盖层传热系数远低于普通温室， •保温性明显要高得多。
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•2.减少温室通过围护结构的散热，增加后屋面 • 及后墙厚度提高保温性。
• 一坡一立式日光温室也叫 寿光室日光温室。该温室后墙 高2 m左右，后屋面长1.5 m， 投影1.0 m，跨度7m，中高3m。 前屋面为两折式，一坡一立， 立窗角度70°，高0.65~0.8 m。 坡面角度21°~23°。 • 这种温室一坡一立，每隔 3 m设一钢管桁架，其间每隔 0.6 m设一细竹杆骨架，用8号 铁丝连结桁架与骨架，铁丝固 定于东西山墙，间隔0.4 m１根。 铺上薄膜并用压膜线固定。设 3~4排立柱。前柱设于坡面和立 窗交界处，后柱设于屋脊处。
• 2. 提高温室蓄热能力的措施
• A 增加地面、后墙接受太阳光照射的面积。 • 合理稀植，保证行间地面不被植株覆盖；增加后墙高度， • 从而增加后墙内表面接受太阳光照射的面积。 • B 墙体内侧选用蓄热系数大的材料。如下图所示。
•保温性良 好的材料
•蓄热系数 •大的材料
•北墙
•N
• 将蓄热系数 大的材料布置 在墙体内侧， 而将导热率小 的保温材料布 置在墙体外侧。
•ti，to－室内外计算温度。 •Ri－围护结构内表面换热热阻， •n－温差修正系数。
•Δt－室内空气与围护结构内表面之间的允许温差。
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• 3.减少通过室内土壤向周边土壤的散热，室内地面
• 适度下挖。
•
冬季室外土壤的温度随深度增加而增高。室内地面
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•三、 日光温室的保温原理和设计方法
•1.减少温室夜间通过前屋面的散热，应用复合材料保温被。
•保温被保温性的评价指标——传热系数。 •一般要求复合保温被的传热系数小于1.5 W/( m2∙℃)。
•几种保温被与草帘保温性能测定结果
保温覆盖物
传热系数 W/( m2∙℃)
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•第二节 日光温室的结构类型
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• 2. 前屋面倾角的取值
• 理想屋面角：使太阳光在温室前屋面上的入射角θ=0
•
时的前屋面倾角。
• 合理屋面角：使太阳光入射角θ=40°时的前屋面角。
• 合理采光时段屋面角：在冬至日10︰00～14︰00（正
•
午前后）4小时内满足太阳光入射角
•
θ≤40°时的合理屋面角。
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•N
•后屋面水平宽度
•前屋面水平角宽度
•S
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•跨度
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•背风向阳 •光照充足 •土层深厚 •排灌良好 •“水电路” 三通
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•
在总体建筑尺寸的基础上，可以推导出一
•1. 温室效应
• 塑料薄膜对长、短波的选择性 透过，透过室外太阳短波辐射，阻 挡室内长波辐射射出，使得热量聚 集在室内。
•太阳辐射
•塑料薄膜与围
•（短波辐射） 护结构组成一
•空气流动
个相对密封空 间，阻断室内
•长波辐射
外空气流动传
热，减少室内
•N
•S
热量的损失。
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•温室效应示意图
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• 对于正南方位的日光温室
在一天的正午时刻（即当地时 间12:00），太阳光入射角θ、 太阳高度角h、前屋面倾角a之 间的几何关系如下：
•前 屋 面 倾•α
角
•入射角 •h •太阳高度角
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防水布+不织布+1kg/m2毛毡+不织布+防水布
1.55
ห้องสมุดไป่ตู้
防水布+12mm发泡聚乙烯+铝反射膜 草帘（单层 4kg/ m2）
1.7 1.4~1.7
草帘（双层 8kg/ m2）
0.8~1.2
单层玻璃（4mm普通浮法玻璃） 8mm中空PC板
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7.6
4.5
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•(6) 建设费用相对较低 • (普通连栋温室的1/10～1/3。) •(7) 运行费用很低，无加温费用。
•① 采光性。采光屋面必须保持有一定的角度，使得 • 采光屋面与太阳光线所构成的入射角尽量小。 •② 便于雪、雨水流失，下雪、雨时，雪、雨水不会滞 • 留在棚膜上积雪或形成“兜水”。 •③ 易被压膜线压紧，有风时不会“兜”风”。 •④ 便于工作人员操作，离前屋面底脚0.5~1m处应有一 • 定的空间，便于工作人员操作，有利于作物生长。
•S
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第四节 日光温室的结构与设计
•（一）日光温室的基本结构：东西两侧山墙，北 侧后墙，后屋顶，竹、木、混凝土柱或钢架，薄 膜或玻璃前屋面，以及前屋面夜间保温材料等。
•外保温覆盖物
•后屋 面
•后屋面仰角
•前屋
面 •屋脊高
•后墙
•后墙高 度
度
•前屋面倾