1. 日光溫室的方位
溫室的方位是指溫室屋脊的走向。日光溫室為不等屋面,透明屋面向陽受光,東西墻和北墻都不透光,所以日光溫室的方位一般均為東西延長,坐北朝南,這樣可以在冬春季節接受較多的太陽輻射。但是在實際生產中應該根據當地的具體情況有所區別。對于冬季最低溫度較低或空氣污染較重、霧氣發生較頻繁的地區,冬至前后草苫的揭蓋多是在早晨10時前后到下午4時前后,朝南偏東的溫室上午并不能提前揭苫照光,因此對于我國北方大部分冬季寒冷地區冬用型日光溫室以東西延長偏西5°~10°最好,以使日光溫室更多地利用中午到下午這個時段的直射光,同時也可避免因與季風風向垂直而加大溫室散熱,使次日早晨維持較高的室內最低溫度。但在冬季并不寒冷并且大霧不多的地方,冬用型日光溫室方位可以偏東5°~10°,俗稱搶陽,以充分利用上午的陽光,上午光質好,更加有利于光合作用,還可避免或減弱西北風的侵襲。春用型日光溫室冬季主要是生產耐寒性蔬菜或半耐寒性蔬菜,溫室的方位也應以東西延長偏東為宜。但是無論是偏東還是偏西,均以不超過10°為宜,且不宜與季風方向垂直。
2. 日光溫室前屋面采光角度
冬春季節是日光溫室的主要生產期,也正是太陽輻射最弱的季節,能否充分合理利用太陽輻射關系到溫室生產的成敗。溫室內光照強弱不僅決定溫室內溫度的高低,也影響植物的光合作用和產量的形成。因此采光設計是日光溫室設計建造中應首先解決的問題。
確定合理的采光屋面角度是日光溫室設計和建造的關鍵。日光溫室前屋面透明覆蓋物一般為塑料薄膜,太陽光透過塑料薄膜進入溫室內的光強稱為透光率。太陽光照射到薄膜上以后除大部分透過薄膜進入溫室外,還會有一部分被薄膜吸收和反射掉。吸收率、反射率和透過率三者有如下的關系:吸收率+發射率+透過率=100%。對于一種薄膜來說,它對光線的吸收率就決定于反射率的大小。只有反射率小,透過率才高。反射率大小與光線的入射角有直接的關系,入射角越小,透過率越高。當入射角在0°~40°范圍內時隨著入射角的加大,光的反射率也加大,但變化不明顯;當入射角在40°~60°的范圍內時透光率隨著入射角的加大而明顯下降,當入射角在60°~90°的范圍內時,透光率將隨著入射角加大而急劇下降。太陽光線與日光溫室前屋面所構成的入射角是由太陽高度角和前屋面采光角所決定的。日光溫室前屋面采光角度的設計是以地理緯度,冬至時的太陽高度角為依據,所以入射角的大小完全由前屋面角來決定。
日光溫室合理采光時段保持在4h以上,即在10~14時太陽對溫室采光屋面的投射角均要達到50°以上,在北緯32°~43°的地區,合理采光屋面角比合理采光時段屋面角小10.69°~11.24°。
怎樣確定日光溫室的采光屋面角度?
冬至日合理采光屋面角示意
根據典型日光溫室的實測和生產應用體會,認為冬至日正午太陽高度角與前屋面采光角之和達到60°比較理想。所以在作溫室設計時,應該把60°作為計算的參數。
如果把直射陽光與采光屋面夾角稱作陽光投射角(和太陽入射角不是一個概念),則采光屋面的計算可依據下列公式:溫室采光屋面角=陽光投射角-正午太陽高度角……(1)
冬至日正午太陽高度角=90°-(當地地理緯度+冬至日赤緯)……(2)
將(2)式代入(1)式中,陽光投射角設定為60°,則經過運算后得出的結果是溫室合理采光屋面角=當地地理緯度-6°30′。如北京地區位于北緯40°,則當地日光溫室合理采光角度等于(40°-6.5°)33.5°。
3. 日光溫室后屋面角度
日光溫室后屋面角度是指后屋面與地平面的夾角,它取決于屋脊與后墻的高差和后屋面的水平投影長度。如果屋脊高度和后屋面水平投影長度已定,則后墻越矮的后屋面角度越大,反之越小。已有的研究表明日光溫室的后屋面不但有保溫、吸收儲存能量的作用,還可以增加反射光線,因此后屋面的角度、厚度及組成對日光溫室的保溫意義重大。為了使冬至前后中午太陽光能直射后屋面內部,后屋面的仰角應該大于當地冬至太陽高度角7°~8°。這樣就可以在11月上旬至翌年2月上旬之間中午前后接收到太陽直射光。
日光溫室后屋面水平投影長度與溫室的保溫和采光密不可分。春用型日光溫室后屋面的水平投影長度較冬用型日光溫室要短。在我國北方不同地區,冬用型日光溫室后屋面水平投影長度隨著緯度的升高而加長。由于后屋面的傳熱系數遠比前屋面小,所以長后坡的日光溫室升溫較慢,清晨接苫前溫度稍高。而短后坡的溫室,白天升溫快,晚間降溫也快,接苫前溫度稍低。因此北緯40°以北地區6~8m跨度的日光溫室,后屋面水平投影長度以1.2~1.5m為宜,北緯40°以南地區6~8m跨度的日光溫室,后屋面水平投影長度以1.0~1.3m為宜。
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