低能耗日光温室建筑空间形态特征参数的取值原则.pdf

新 疆 农 业 科 学 , ( ) :- nnggcuuScences do:6/ssn- 低 能 耗 日 光 温 室 建 筑 空 间 形 态 特 征 参 数 的 取 值 原 则 杨 枫 光 , 陈 超 , 马 彩 雯 , 李 印 , 韩 枫 涛 , 李 亚 茹 , 邹 平 ( 北 京 工 业 大 学 绿 色 建 筑 环 境 与 节 能 技 术 北 京 市 重 点 实 验 室 , 北 京 ; 新 疆 农 业 科 学 院 农 业 机 械 化 研 究 所 , 乌 鲁 木 齐 ) 摘 要 : 【 目 的 】建造低能耗日光温室，提高日光温室冬季反季节蔬菜作物生产太阳能被动利用率、降低温室 供热需求。 【 方 法 】基于建筑热工设计理论和建筑能耗模拟，研究日光温室建筑空间形态特征参数对温室光 热环境营造的影响规律，并结合日光温室建筑构造特点，以及反季节蔬菜作物生产过程的光热环境需求特点， 给出低能耗日光温室建筑空间形态特征参数的设计条件。 【 结 果 】同一地区日光温室高跨比不受跨度变化的 影响，只与当地室外空气温度以及太阳辐射强度的变化相关;大暑日至翌年小满日期间，后屋面水平投影长度 不应影响日光温室后排蔬菜作物接收太阳光照;确保冬至日至大寒日期间北墙可接收太阳光照射，对冬季反 季节蔬菜作物生产期及日光温室高效利用太阳能具有重要的影响。 【 结 论 】基于该取值原则优化设计的温 室，较北京地区现行常见温室需要提供的累积补充供热量减少%，节能效果明显，为低能耗日光温室优 化设计提供重要设计依据和方法参考。 关 键 词 :低能耗日光温室;建筑空间形态特征参数;建筑热工理论;negyPus能耗模拟软件;取值原则 中 图 分 类 号 :S6   文 献 标 识 码 :   文 章 编 号 :- ( )- 收稿日期（Receved):- 基金项目:国家自然科学基金项目（、66);“十三五”国家重点研发计划（6FC6) 作者简介:杨枫光（-)，男，湖北人，硕士研究生，研究方向为相变蓄热技术与可再生能源技术，（-m)qd con6com 通讯作者:陈超（-)，女，湖南人，教授，博士生导师，研究方向为相变蓄热技术与可再生能源技术，（-m)cencobueducn 马彩雯（6-)，女，天津人，研究员，研究方向为设施农业工程，（-m)mcsncom 引 言 【研究意义】日光温室建筑空间形态特征参 数（高跨比、后屋面水平投影长度、北墙高度)的 合理匹配，一是关乎白天通过日光温室透明前屋 面进入温室内的太阳光热量是否足够大;二是决 定了集集热、吸热和蓄热于一体的温室北墙体 面积大小;三是也决定日光温室非透明墙体与透 明屋面的面积比，该屋面与墙体面积比决定了白 天进入日光温室太阳能量与夜间通过围护结构向 外散失热量的进出情况。 显然，前屋面越大，白天 可进入的太阳光热能亦越大;由此向外流失的热 量特别是在夜间也随之增大。 脊高过高，也导致 温室建筑空间过大，维持温室必要热环境需要补 充的热量特别是夜间的也越大。 合理确定日光温 室建筑空间形态特征参数，是建造低耗高效日光 温室的重要环节之一，也是确保日光温室冬季反 季节蔬菜生产增产提效的重要技术保障。 【前人 研究进展】关于日光温室建筑空间形态的研究， 以往大多聚焦在民用建筑 -6 ，关于日光温室建 筑的定量研究非常有限。 国外学者大多是针对双 屋面玻璃温室的研究 - ，对我国的日光温室建 筑参考有限。 刘彦辰等 开展了关于陕西关中 地区不同跨度温室内平均空气温度、平均光照强 度、番茄品质的实测研究，认为m跨度温室更适 合在陕西关中地区的番茄种植中优先推广应用。 新 疆 农 业 科 学 卷  张亚红等 根据银川地区高跨比为与 的日光温室实测结果，认为适当提高温室高跨比 对促进温室热量累积、提高冬季温室内的温度具 有重要意义。 佟国红等 以沈阳地区为例，采用 多目标模糊决策法对跨度m、围护结构材料 相同但建筑参数不同的温室进行优选，认为后屋 面长度为m、北墙高度m、脊高m的 日光温室建筑空间结构是最优的。 李天来 、白 义奎等 以温室越冬作物健康生长对温光的最 低需求、以及冬至日日光温室前屋面截获的太阳 能等于春分日地平面截获之太阳能为控制条件， 采用理论计算的方法，给出了节能日光温室建筑 空间形态特征参数设计值确定方法。 魏晓明 等 基于所提出的确保蔬菜作物获得充足光照、 保证冬至日正午前后内透过温室前屋面的太 阳辐照度衰减率不超过%、且栽培区最后一排 作物的冠层全天可接受到太阳照射为控制条件， 并利用三角函数关系，给出了日光温室建筑空间 形态特征参数的取值方法。 曹晏飞等 6 以室外 最低温度低于时，保证在中午前后（: :)内至少有一部分北墙能接受太阳直射 光为控制条件，给出了不同纬度地区日光温室北 墙接受太阳光直射的合理时期，并通过理论计算， 得出日光温室后屋面水平投影长度、北墙高度的 计算方法。 【本研究切入点】不同地理纬度地区 太阳辐射、室外气象参数双重因素的周期性变化 特性，是影响日光温室建筑空间形态特征参数优 化设计的关键影响因素，属于多学科交叉问题。 研究以日光温室建筑构造特点以及蔬菜作物反季 节生产过程的热湿环境需求为切入点，基于建筑 热工设计理论和建筑能耗模拟分析方法。 【拟解 决的关键问题】研究日光温室建筑空间形态特征 参数对温室光热环境营造的影响规律，以及低能 耗日光温室建筑空间形态特征参数的设计条件， 给出低能耗日光温室建筑空间形态特征参数的取 值原则，为低能耗日光温室优化设计，提供重要设 计依据和方法参考。 材 料 与 方 法 11 日 光 温 室 光 照 特 性 研究表明，冬季由于太阳高度角较低，后屋面 水平投影长度的大小对后排作物全天接受光照影 响不大，但温室北墙体过高则会受到遮挡，其蓄热 性能受到限制;对于夏季，太阳高度角较高，后屋 面水平投影长度过长则会对后排作物造成遮挡而 难以接受到日照。 因此，低能耗日光温室建筑空 间形态特征参数的设计条件，考虑日光温室冬季 反季节蔬菜作物生产光热环境需求以及其他季节 最后一排作物光照的需求。 图 图 太 阳 运 动 轨 迹 及 太 阳 高 度 角 变 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 温 室 建 筑 传 热 过 程 研究表明，白天太阳能透过前屋面塑料薄膜 投射到日光温室建筑墙体内表面和土壤地面，这 些表面吸收到太阳能后通过导热方式向其内部传 递并蓄存在其内;夜间蓄存在墙体或土壤体内的 热量后再次通过其表面，以自然对流换热方式加 热温室内空气，以辐射换热方式加热周围壁表面， 以补偿通过各围护结构向外界流失的热量。 图 6 期 杨 枫 光 等 : 低 能 耗 日 光 温 室 建 筑 空 间 形 态 特 征 参 数 的 取 值 原 则 图 日 光 温 室 建 筑 传 热 过 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（)为围护结构传热系数K的计算式，计 算得北墙体与后屋面的传热系数一般为 6，夜间加盖保温覆盖物的前屋面的传热系数为 ，日光温室夜间前屋面的传热系数为墙 体与后屋面倍，由于冬季室外温度很低，以 北京地区番茄作物生长为例，室内外温差甚至达 到，研究表明，夜间前屋面既使加盖保温覆 盖物，但由于其热阻明显小于墙体的，导致约有 6%的热损失是从前屋面流失的 。 因 此，温室前屋面过大，会导致白天通过透明前屋面 获得的太阳能难以平衡夜间通过非透明围护结构 流失的热量。 那么合理确定日光温室建筑空间形 态特征参数，一方面是确保温室白天可尽可能多 的通过透明屋面获得太阳辐射热量，另一方面则 是要尽可能减少夜间围护结构的散热损失，而它 们直接受日光温室非透明墙体与透明屋面的面积 比的制约。 K= R = n i i w = R n R j R w . （) 式中， R为围护结构的传热阻，m /W; n ， 为围护结构内表面、外表面的换热系数， W/（m ); R n 、 R w 为围护结构内表面、外表面 的传热热阻，m /W; 为围护结构各层的厚 度，m; i 为围护结构各层材料的热导率，W/（m ); R j 为由单层或多层材料组成的围护结构 各材料层的热阻，m /W。 研究表明，不同地理纬度地区温室的高跨比 对透明屋面与非透明围护结构的面积比起到了决 定性作用，因此，高跨比的确定最为关键;其次后 屋面的水平投影长度的大小不仅影响透明屋面与 非透明围护结构的面积比，而且直接关联地面的 阴影长度变化。 因此，研究开展了高跨比、后屋面 水平投影长度、北墙高度等特征参数对日光温室 光热环境营造影响规律的研究。 基于该影响规 律，为了给出低能耗日光温室建筑空间形态特征 参数的取值原则，需要构建一套关于日光温室的 建筑热工性能与光照性能的评价体系。 图 图 日 光 温 室 建 筑 构 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 农 业 科 学 卷  13 评 价 指 标 日 光 温 室 冬 季 北 墙 体 的 日 影 长 度 温室北墙体具有集热、蓄热与保温于一体的 建筑热工特性，从节能的角度考虑，希望温室北墙 体的太阳辐射面积在反季节蔬菜作物生产关键期 不要被后屋面遮挡而减少，需要研究温室北墙体 的日影长度变化。 日影长度即是指物体在阳光直 射下形成的阴影长度，阴影中接收不到太阳光的 直接照射 。 而北墙体高度过高可能导致上部 分区域不能接收到光照徒使北墙体日影长度增 加，蓄热性能并不能得到提高。 研究以日光温室 冬季正午时刻北墙体的日影长度为评价指标，分 析确定日光温室北墙高度的设计条件。 日 光 温 室 冬 季 生 产 累 积 供 热 量 日光温室的高跨比、后屋面水平投影长度、北 墙高度影响透明前屋面与非透明围护结构的面积 比值，该比值决定白天进入日光温室太阳能量与 夜间通过围护结构向外散失热量的博弈程度。 日 光温室冬季生产累积供热量则是评价白天进入日 光温室太阳能量与夜间通过围护结构向外散失热 量的博弈程度，为了日光温室冬季反季节蔬菜作 物生产关键期内不加温或少加温，以此期间内向 日光温室建筑累积补充的供热量作为日光温室建 筑空间形态特征参数优化设计的评价指标。 假设 冬季反季节蔬菜作物生产关键期为 n天，根据日 光温室建筑热过程以及建筑热工设计理论，则需 要向日光温室建筑累积补充供热量 Q可表示为 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 为温室围护结构向外界流失的热 量，W; u t i 为通过温室围护结构缝隙向外流失的 热量，W; u t i 为温室内土壤、作物等水分蒸发耗热 量，W; u t i 为温室通风换气导致的耗热量，W; u t i 为植物生理生化过程中转化交换的热量，W; q a t i 为通过日光温室前屋面进入的太阳辐射热量，W; q b t i 为温室内人体、照明和设备的发热量，W。 下 角标 i表示日期， t表示时刻。 日 光 温 室 冬 季 生 产 夜 间 有 效 积 温 室内空气温度直接影响作物的生长发育和产 量，是作物生命活动不可缺少的环境条件之一。 室内空气温度对作物生长发育的影响包括温度强 度和持续时间两个方面，积温就是衡量这两个方 面综合效应的一种农业气象指标 。 日有效积 温是表示一天内温室空气温度与作物生物学零度 之间温差的时间累积，它可以表征作物一天内从 温室热环境获取的最大热量。 所谓作物生物学零 度是指在其他条件适宜的情况下，植物生长发育 需要的下限温度，不同的作物在不同生长发育阶 段所对应的生物学零度也是不相同的。 例如，番 茄在营养生长阶段为，在食用器官生育 阶段为。 日光温室冬季生产夜间有效积温 可以按照式（)计算。 A T=（ - t i d - t l r ) n （) 式中， A T为日有效积温，d; n为蔬菜作 物关键生长期天数，取月日至次年月 日; - t i d 为蔬菜作物关键生长期温室内夜间空气温 度高于生物学零度的平均温度，; t l r 为作物生 物学零度，研究取。 日 光 温 室 地 面 日 影 长 度 日照是直接影响作物的生长发育的重要环境 因子，地面日影长度则反映后排作物接受不到太 阳光直射的长度。 而后屋面水平投影长度的大小 直接决定夏季正午时刻日光温室后排作物被遮挡 的长度，一年当中太阳高度角在夏至日正午时刻 最高，后屋面水平投影长度的大小对后排作物的 遮挡最为不利，因此，研究以日光温室夏季正午时 刻地面日影长度为评价指标，分析确定温室适宜 的后屋面水平投影长度。 14 日 光 温 室 建 筑 空 间 形 态 特 征 参 数 取 值 原 则 的 确 定 为了定量把握不同地理纬度地区日光温室建 筑空间形态特征参数对反季节蔬菜作物生产关键 期，日光温室光热环境营造的影响规律，研究拟以 不同建筑空间形态特征参数的日光温室建筑为对 象，采用negyPus能耗模拟软件进行分析。 计 算 对 象 概 况 以北京地区为基础分析对象，分析 优势种植地区日光温室建筑空间形态特征参 数对日光温室光热环境营造的影响，图为该温 室物理模型。 根据建筑热工设计理论，可计算得 到我国优势种植地区日光温室建筑墙体厚度及其 热阻推荐值如表 。 前屋面采用mm的 期 杨 枫 光 等 : 低 能 耗 日 光 温 室 建 筑 空 间 形 态 特 征 参 数 的 取 值 原 则 薄膜覆盖，夜晚加盖mm的保温覆盖物， 后屋面以及前屋面保温覆盖物等材料主要物性参 数见表。 图，表，表 图 计 算 温 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 国 优 势 种 植 地 区 日 光 温 室 建 筑 墙 体 厚 度 及 其 热 阻 推 荐 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 纬度（) ude 砌块层厚度 Bckckness （mm) 保温层厚度 Tcknesso nsuonye （mm) 热阻 Tem essnce （m C) /W) 6 6 6 6 6 表 温 室 围 护 结 构 主 要 热 工 性 能 参 数 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 ) 导热系数 Temconducvy （W/（m) 比热 Secce （/（kg) 太阳透过率 Sonsmnce （%) 可见光透过率 sbeg nsmnce （%) 砌块砖 Bockbck - - 保温板 nsuonbod - - C薄膜 m - 6 - 保温覆盖物 Temnsuoncove - - -计算应用单一变量控制法，分别考察不同地 理纬度地区高跨比、跨度、后屋面水平投影长度、 北墙高度等空间形态特征参数变化，对日光温室 建筑室内光热环境营造的影响规律。 列出计算工 况。 表 表 计 算 工 况 T a b l e C al c u l a t i on c o n d i t i on s 计算工况 Ccuoncondons 跨度 Sn（m) 脊高 Rdgeeg（m) 后屋面水平投影长度 ozonoecon engobckoo（m) 北墙高度 oeg （m) 计算工况 Ccuoncondons Cse- 6 Cse- 6 6 Cse- Cse- 6 Cse- Cse- 6 基本计算条件:计算过程作如下假设:前屋 面折线简化处理，近似代替曲面;忽略植物和土 壤蒸发对温室内环境的影响;暂不设定土壤为多 孔介质，不考虑传热、传质，认为其结构均匀，物性 参数为定值。 室外气象条件参数采用negyPus 能耗模拟软件自带的我国典型气象年室外逐时气 新 疆 农 业 科 学 卷  象参数;温室内空气温度按取值;日光温室 前屋面保温覆盖物早（晚)开（闭)时间分别按 :、6:取值 ;计算期间为冬季月次 年月。 计 算 结 果 实 测 验 证 计算温室6年月日室内空气 温度计算值与实测值的比较结果显示，两者的平 均误差为%，比较结果验证了计算结果的有 效性。 图 图 日 光 温 室 内 空 气 温 度 模 拟 值 与 实 测 值 对 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 结 果 及 分 析 21 高 跨 比 (cse1 ) 北 京 地 区 cse-计算条件下，反映了北京地区高跨 比变化对温室越冬生产需要向温室累积补充供热 量的影响规律。 研究表明，当高跨比为时， 冬季最冷时段（月次年月)需要向温室累 积补充供热量最小;当高跨比为时，其夜间 有效积温最高，较m提高d;通过日 影长度分析，脊高为6m时，日光温室内 后排作物全年、北墙体冬季均可接收到光照。 北 京地区的温室合理高跨比为，并将该值作为 cse-的计算条件。 图6，图 图6 日 光 温 室 冬 季 生 产 累 积 供 热 量 与 高 跨 比 的 关 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 杨 枫 光 等 : 低 能 耗 日 光 温 室 建 筑 空 间 形 态 特 征 参 数 的 取 值 原 则 图 日 光 温 室 冬 季 生 产 夜 间 有 效 积 温 与 高 跨 比 的 关 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 纬 度 地 区 同cse-，结合negyPus能耗模拟软件、 并应用单一变量控制方法，可计算得到不同地理 纬度地区跨度为6m条件下日光温室建筑适 宜的高跨比)。 研究表明，同一地区日光温室高 跨比不受跨度变化的影响，只与当地室外空气温 度以及太阳辐射强度的变化相关;根据表，对于 越冬生产的日光温室，室外空气平均温度和日平 均太阳辐射量越低的地区，相应的日光温室高跨 比也应降低。 图，表 图 乌 鲁 木 齐 地 区 日 光 温 室 高 跨 比 与 跨 度 的 关 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 纬 度 地 区 日 光 温 室 建 筑 高 跨 比 推 荐 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 纬度（) ude 冬季室外空气平均温度 Oudoovegeemeue nne（) 冬季日平均太阳辐射量 Dyvegeoso donnne（) 简化模型计算值 Ccuonvueby smedmode negyPus计算值 Ccuonvue bynegyPus 乌鲁木齐 Uumc 6 - 沈阳 Senyng 6 - 北京 Beng 6 - 寿光 Sougung 6 6 - 兰州 nzou 6 6 - 6 西安 n 6 6 注:表中冬季室外空气平均温度与冬季日平均太阳辐射量采用中国建筑热环境分析专用气象数据集 整理所得 22 后 屋 面 水 平 投 影 长 度 (cse2 ) 北 京 地 区 (cse- ) 研究表明，随着后屋面水平投影长度的增加， 越冬生产期间需要向温室累积补充供热量减小 了，温室冬季生产夜间有效积温在不断升高。 夏 季正午时刻地面日影长度与后屋面水平投影长度 的关系（cse-)表明，日光温室地面日影长度 以夏至日（6月日)对称，并且在夏至日达到最 大值。 考虑到作物与走道一般有m的距离， 所以在夏至日其地面的日影长度不宜超过 m。 研究后屋面投影长度不应影响日光温室后排 蔬菜作物大暑日（月日)至翌年小满日（月 日)接受到太阳光照。 基于该设计条件m 跨度条件下的温室适宜的后屋面水平投影长度为 m，并将该值作为cse-的计算条件。 图 新 疆 农 业 科 学 卷  图 日 光 温 室 冬 季 生 产 累 积 供 热 量 与 后 屋 面 水 平 投 影 长 度 的 关 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- ) 图 日 光 温 室 冬 季 生 产 夜 间 有 效 积 温 与 后 屋 面 水 平 投 影 长 度 的 关 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- ) 图 夏 季 正 午 时 刻 地 面 日 影 长 度 与 后 屋 面 水 平 投 影 长 度 的 关 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 纬 度 地 区 (cse- ) 同cse-，基于后屋面水平投影长度的设 计条件，结合negyPus能耗模拟软件、并应用单 一变量控制方法，可计算得到不同地理纬度地区 跨度为6m条件下日光温室建筑的后屋面水 平投影长度。 研究表明，随着温室跨度的增加（6 m)，而后屋面水平投影长度不断增加，对于 越冬生产的日光温室，跨度确定的情况下，高跨比 越小且纬度越高的地区，相应的日光温室后屋面 水平投影长度可以降低，其原因是跨度一定的情 况下，高跨比小则日光温室的建筑空间变小了，考 虑到作物的光照需求，其后屋面则相应程度的降 低。 图 期 杨 枫 光 等 : 低 能 耗 日 光 温 室 建 筑 空 间 形 态 特 征 参 数 的 取 值 原 则 图 不 同 地 理 纬 度 地 区 日 光 温 室 后 屋 面 水 平 投 影 长 度 的 变 化 规 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 墙 高 度 (cse3 ) 北 京 地 区 (cse- ) 图、反映了北墙高度对日光温室冬季生 产需要向温室累积补充供热量、夜间有效积温的 影响规律（cse)。 随着北墙高度的不断增高，需 要向温室提供热量也随之减小，夜间有效积温升 高。 由于全年冬至日太阳日照时间最短，大寒日 全年室外温度最低，确保冬至日（月日) 大寒日（次年月日)期间段北墙体全部被太 阳光照射，能够使其白天最大化蓄热，并在夜间释 放热量提升夜间有效积温。 研究表明，因为受后 屋面遮挡的影响，北墙体超过m后，在冬至日 至大寒日期间段上部部分区域无法被太阳光照射 到，导致其集蓄热能力得不到进一步增加，相反增 加其建造成本。 确保冬至日至大寒日期间北墙可 接收太阳光照射，对冬季反季节蔬菜作物生产期 日光温室高效利用太阳能具有重要的影响。 图 图 日 光 温 室 冬 季 生 产 累 积 供 热 量 与 北 墙 高 度 的 关 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- ) 图 日 光 温 室 冬 季 生 产 夜 间 有 效 积 温 与 北 墙 高 度 的 关 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 农 业 科 学 卷  图 冬 季 正 午 时 刻 北 墙 体 日 影 长 度 变 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 纬 度 地 区 (cse- ) 同cse-，基于北墙高度的取值原则，结合 negyPus能耗模拟软件、并应用单一变量控制 方法，可计算得到不同地理纬度地区跨度为6 m条件下日光温室建筑适宜的北墙高度。 研 究表明，随着温室跨度的增加（6m)，而北墙 高度不断增加，对于越冬生产的日光温室，高跨比 越大、后屋面水平投影长度越短和纬度越高的地 区，相应的日光温室北墙高度可以升高，因为温室 北墙体具有集热、蓄热与保温于一体的建筑热工 特性，白天利用其可提高太阳能的蓄热作用，为夜 间温室热环境营造提供热能补充。 图6 图6 不 同 地 理 纬 度 地 区 日 光 温 室 北 墙 高 度 变 化 规 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- )同一地区日光温室高跨比不受跨度变化的影 响，只与当地室外空气温度以及太阳辐射强度的 变化相关;大暑日至翌年小满日期间，后屋面水平 投影长度不应影响日光温室后排蔬菜作物接收太 阳光照;确保冬至日至大寒日期间北墙可接收太 阳光照射，对冬季反季节蔬菜作物生产期日光温 室高效利用太阳能具有重要的影响。 讨 论 为了评价第节给出的不同地理纬度地区日 光温室建筑空间形态特征参数取值原则的合理 性，仍然以北京地区日光温室为比较对象。 优化 设计温室与现行常见温室均为东西向，朝向为南 偏西、长度为m、跨度为m，温室墙体均为 mm砌块砖墙、墙体外侧采用mm聚苯板 期 杨 枫 光 等 : 低 能 耗 日 光 温 室 建 筑 空 间 形 态 特 征 参 数 的 取 值 原 则 保温材料，温室前屋面采用mm的薄 膜、夜间加盖mm保温覆盖物，后屋面采用内 夹mm聚苯板保温材料彩钢板。 优化设计温 室按照后排作物全年接受光照作为设计条件， 其脊高为m，北墙高度为m，后屋面水平 投影长度为m;优化设计温室按照后排作 物大寒日至翌年小满日接收光照接受光照作为设 计条件，其脊高为m，北墙高度为m，后屋 面水平投影长度为m;现行常见温室的脊高 为m，北墙高度为m，后屋面水平投影长 度为m。 根据negyPus能耗模拟软件的计算结果， 在确保日光温室环境温度不低于的计算条件 下，日光温室越冬生产关键期（月日次年 月日)，优化设计温室需要提供的累积补充 供热量为，优化设计温室需要提供的 累积补充供热量为，而现行常见温室需 要提供的累积补充供热量为6，优化设计 温室较现行温室减少了%，优化设计温室 较现行温室减少了%，按照后排作物大暑 日至翌年小满日接受光照为设计条件节能效果更 明显。 图 图 优 化 设 计 温 室 与 现 行 常 见 温 室 越 冬 生 产 关 键 期 ( 月 日 月 日 ) 累 积 补 充 供 热 量 比 较 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