太阳能温室

定义：利用太阳的能量，提高塑料大棚或玻璃房内的室内温度，以满足植物生长对温度的要求，也称人工暖房。基于“温室效应”原理：太阳光透过透明材料进入温室内部空间，使进入温室的太阳辐射能大于温室向周围环境散失的热量，使温室内空气、土壤、植物的温度就会不断升高，称为温室效应。温室的热损失：对流（温室内外、窗缝）导热（温室结构的导热物）8.1概述白天可能需要降温，夜间需加保温层可以增设辅助能源应用现状：截止2000年，面积1300多万亩，其中85%以上靠太阳能辅助加燃煤供温室取暖。研究方向：价位适中，以太阳能利用为主，辅以其他能源的太阳能温室。8.2太阳能温室的结构类型展览温室：其以展览、展示为主要目的，具有主体造型美观、结构独特等特点。展览温室实现了温室工程技术与钢结构、园林景观和文化创意的有机结合。可根据展示风格不同，进行独特的造型设计，以满足美观适用和标志性功能。栽培与生产温室：农业生产用，花卉栽培等繁殖温室：育苗、育种8.2.1根据用途分类北京植物园展览温室坐落在香山脚下，建筑面积9800平方米，占地5.5公顷，是目前亚洲最大、世界单体面积最大的展览温室河南商城工厂化育苗温室云南绿大地北京基地云南绿大地北京基地云南绿大地北京基地云南绿大地北京基地云南绿大地北京基地云南绿大地北京基地8.2.2根据室内温度分类高温温室：冬季18-36°中温温室：冬季12-25°低温温室：冬季0-15°8.2.3根据太阳能与温室结合方式分被动太阳能温室：无集热器、循环泵主动太阳能温室：有集热器、循环泵也可分为有无辅助能源温室8.2.4根据温室的结构分类土温室土温室优：保温性好，施工简单、造价低缺：寿命短、温度偏低砖木结构温室北墙和东西用砖块垒成，北墙顶部采用木板投资比土温室高优：寿命长缺：温度高、湿度大的环境易腐烂混凝土结构温室钢结构或者有色金属结构温室优：坚固耐久缺：一次投资较大，混凝土构件截面较大，影响采光优：遮光不严重，极易组装、便于规模化生产缺：一次投资大，钢材易生锈非金属结构温室以玻璃钢、聚丙烯优：强度与钢材相当，耐腐蚀，寿命长8.2.5根据温室的透光材料分类玻璃窗温室缺：抗冲击性差、易碎钢化玻璃：造价是普通玻璃2-3倍，透紫外光性比塑料差透光性好、强度大、耐热耐火•玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。•钢化玻璃其实是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。塑料薄膜温室优：柔软轻便、价格便宜、透紫外好缺：耐候性差，易老化，寿命1-3年其他透光材料温室优：透光率高，寿命长缺：普遍造价较高8.2.6根据温室的朝向外形分类按朝向：南向温室、东西向温室南向温室：优：中午光照均大于东西向温室，北墙厚，故保温性好，适合载喜光植物、蔬菜缺：白天室温高，夜间散热快，昼夜温差大，尤其是夏季中午。入春后，受热不均匀，温度不平衡，影响植物株型。东西采光面积小，采光时间较短。东西向温室：优：全天温差小，室内温度偏低，采光时间长，适合常年栽培热带、亚热带植物，适合喜欢阴湿的植物。缺：西面是玻璃，故冬季受西北风影响按朝向：南向温室、东西向温室按外形：外形规则温室、外形不规则温室外形规则温室：建筑规则，投资经济，设计施工容易。栽培温室、生产温室外形不规则温室：造型活泼、美观。价格较高，设计有难度。展览温室半圆型：高拱型：平面屋面形状曲面（圆屋面型)单屋面：3／4型：复折屋顶型：双屋面：(a)(c)单栋连栋双栋多栋栋数8.3太阳能温室的设计8.3.1太阳能温室设计的技术要求原则：因时因地因气候而不同工程技术要求1.采光2.保温蓄热3.强度4.通风排湿排水降温5.就地取材降低成本温室设计加温系统温室方位前后排的距离供水设计通风系统保温性能温室角度8.3.2太阳能温室的设计结构参数设计场地选择一、场地的选择◦1、气候条件：气温、光照、风、雪、雹、空气质量◦2、地形与地质条件：坡度不大于1度；地质均一、稳定◦3、土壤条件：土壤疏松，土质合理◦4、水电及交通条件：水源充足，水质达标；电力良好；交通方便。◦1、集中管理、连片配置。◦2、邻栋间隔，合理设计◦3、因时因地，选择方位。栽培栋仓库作业场锅炉房中心施设栽培栋栽培栋育苗栋栽培栋栽培栋栽培栋栽培栋栽培栋栽培栋栽培栋资材搬入生产物出售图2-6温室间距与阴影的关系温室日平均直射光透过率冬季东西栋温室（屋脊呈东西方向）透光率优于南北栋温室，纬度越高，差异越明显，夏季相反。室内光照均匀性，南北栋温室优于东西栋温室。实际应用中应根据对温室要求的侧重方面合理选择温室的朝向。单栋温室透光率高于连栋温室。各种荷载：◦1、恒荷载：温室永久性结构的自重（骨架、墙体、覆盖材料、固定设备等）。◦2、活荷载：温室在使用过程中产生的临时性荷载。◦3、雪荷载：◦4、风荷载：◦5、荷载的组合：◦6、风雪荷载的重现期：1、栽培床2、后墙3、后屋坡4、前屋面5、草苫6、人行道7、防寒沟8、后屋坡仰角9、前屋面角12345678971、“五度”3、“三材”长度跨度角度高度厚度建筑材料透明覆盖材料保温材料2、“四比”保温比高跨比前后坡比遮阳比方位角前屋面角后屋面仰角日光温室的结构参数概括为：“五度”、“四比”、“三材”SSun纬度φ赤纬δαNO地心ABCD由图可知：∠ABC=∠OBD那么可得：α=φ+lδl地球赤道地轴日光温室1、理想前屋面角的计算：①理想状态是指太阳光线垂直照射到前屋面，透光率最大。②以正午太阳高度角进行计算由黄色三角形可知：ΔABC是直角三角形∠ABC+α=90º由蓝色三角形可知：ΔOBD是直角三角形∠OBD+φ+lδl=90º赤纬就是天体的位置与天赤道位置的差，在天赤道以北多少度就为正多少度，反之，在天赤道以南多少度为负多少度。太阳赤纬的绝对值总是等于太阳直射点的纬度。以西安为例，纬度(φ)是33.4º，冬至日(δ)=-23.5º，那么西安地区理想的屋面角度是:α=φ+lδl=33.4º+l-23.5ºl=56.9ºα=56.9º日光温室结构示意图后墙h=8.9m7.5mH=9.9m由左图可以看出：◦当入射角在0～40°范围时，随着入射角的加大，透光率逐渐下降，但变化不明显；◦当入射角在40～60°范围时，透光率随着入射角的加大明显下降；◦当入射角处在60～90°范围时，透光率随着入射角加大而急剧下降。因此，我们可以将入射角增大到40°这样对透光率没有明显影响，但是却可以大大节约建造成本。合理的前屋面角为：α=φ+lδl-40°α=16.9º以西安为例，φ=33.4º，冬至日δ=-23.5º，那么西安地区合理前屋面角度是：α=φ+lδl-40º=33.4º+l-23.5ºl-40º=16.9º合理前屋面角为：16.9º日光温室结构示意图7.5m1.9m0.9m理想屋面角和合理屋面角都是以正午12点的太阳高度角进行的计算。在实际生产过程中，温室并不是只用在这一时刻，还要考虑有效利用时段，一般从上午9时到下午15时。因此，必须对前屋面角进行修正，加一个修正值，这样我们就得到了最佳前屋面角。最佳前屋面角度：α=φ+lδl-40º+c◦其中：c表示各地区冬至日9时和15时的太阳高度角比正午低的值。α=30.9º以西安为例，φ=33.4º，冬至日δ=-23.5º，西安地区c=14º那么西安地区最佳前屋面角度是：α=φ+lδl-40º+c=33.4º+l-23.5ºl-40º+14=16.7º+14º=30.9º最佳前屋面角为：30.9º日光温室结构示意图后墙7.5m3.8m2.6mα=56.9ºα=16.9ºα=30.9º理想前屋面角α=φ+lδl西安地区：56.9º合理前屋面角α=φ+lδl-40°西安地区：16.9º最佳前屋面角α=φ+lδl-40º+c西安地区：30.9º纬度323334353637383940414243理想角55.356.357.358.359.360.361.362.363.364.365.366.3合理角15.316.317.318.319.320.321.322.323.324.325.326.3最佳角30.030.731.532.232.933.734.435.235.936.637.438.1温室方位角：是指其长方向的法线与正南方向的夹角。一般采用偏西5～8°，可以延长下午的光照时间。后屋面角：温室后屋面与后墙顶部水平线的夹角。一般认为后坡仰角以比当地冬至太阳高度角大7～8°为宜。生产中以40～50°为好，其原因是：◦第一、后坡仰角大，冬季反射光好，能增加温室后部光照；◦第二、后坡内侧因多得阳光辐射热，有利于夜间保温；◦第三、能增加钢架水平推力，增加温室的稳固性；◦第四、避免夏天遮荫严重的现象。查冬至9︰00太阳高度角和温室脊高，确定前后排温室距离。以往计算温室前后距离多以冬至中午太阳高度角为依据，结果上下午还有还有很长一段时间遮光，其原因是冬季太阳遮光的轨迹走向南凹，成弧形，约离开中越长。为使上午9︰00就不遮光，那就应该以上午9︰00太阳高度角和前栋温室脊高为依据，计算前后栋温室的最佳距离。计算公式：温室间距=tg（H9）×COS（A9）脊高+0.5－（后颇投影长＋后墙宽）式中H9为冬至9︰00太阳高度角；A9为冬至9︰00太阳时角，是45°。长度：适合长度为50～60m跨度：适宜跨度为6～9m高度脊高：2.7～3.6m后墙高：1.6～2.4m厚度墙厚后屋顶厚五度角度方位角：一般采用偏西5～8°前屋面角：α=φ+lδl-40º+c后屋面仰角：比当地冬至太阳高度角大7～8°为宜tg（H9）×COS（A9）脊高+0.5－（后坡投影长＋后墙宽）式中H9为冬至9︰00太阳高度角；A9为冬至9︰00太阳时角，是45°。温室间距=高跨比：温室的脊高与温室的跨度之比。遮阳比：温室的跨度与温室的屋脊阴影长度之比。保温比：温室建筑面积与围护结构表面积之比。四比前后坡比：温室的前屋面与后屋面水平投影长度之比。透明覆盖材料：指塑料薄膜、玻璃、硬纸板材保温材料：包括草苫、纸被、棉被、羊毛等建筑材料墙体材料：指东西山墙和后墙所用材料屋架材料：是指整个温室的骨架材料后屋面材料：指后屋面覆盖所用材料三材最重要的是墙体后坡密封透明覆盖物——膜保温覆盖物——帘子地下的保温设施普通墙体夯实土墙中空墙体完全中空填充麦秸等填充聚苯板根据填充物的不同①根据当地现有的农作物副产品作为保温材料。如从内到外依次是：◦ⅰ：椽子或木板或石棉瓦，用椽子是必须排密，留得间隙越小越好；用木板或石棉瓦就可去掉柳巴；用石棉瓦一定要用加厚的；◦ⅱ：柳巴；◦ⅲ：炉渣：—用炉渣时一定要打实，不能虚虚的。如果加一层高密度聚苯板就可以不用炉渣，◦ⅳ：塑料膜；◦ⅴ：水泥。②可以直接利用保温板③还可以由炉渣加上水泥、空心砖、充气砖等这种材料轻质保温材料，但是价格高不适合普通农户用于生产。首先，是膜和后墙的连接，也最重要的密封接口。其次，东西山墙与膜的连接处。如温室俯视图所示常用膜的性能：①国内多用聚乙烯膜（PE）：一般1亩地用100kg。该膜的特点是比重小（重量轻）、价格低。缺点是透光性差、耐老性差。②聚氯乙烯膜（PVC）：该膜的重量大、透光性好、耐老化性好、弹性强、保温性能好，一般多作为冬季生产用膜。这种膜价格高、易产生静电吸尘被污染。③醋酸乙烯膜复合膜（EVA）：这种膜有三层结构，依次是防尘层、保温层、防滴层，并且加了阻挡长波辐射的材料，保温性能被进一步加强。覆盖材料普通农膜多功能膜多功能膜玻璃中空玻璃聚碳酸酯厚度0.08㎜厚0.15㎜厚双层4㎜厚3+6（空气层）+3㎜板中空导热系数/[KJ/（㎡·℃·h）]29307.6～33494.416747.2～18840.614653.8～16747.223027.4