全季光照下日光温室后屋面水平投影宽度优化.pdf

北方园艺２０２０（０１）５６－６１ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ设施园艺 第一作者简介 朱雄伟 （１９９２－），男 ，硕士研究生 ，研究方向为设施农业和结构工程 。Ｅ－ｍａｉｌｍ１５００２５２３０５５＿１＠１６３．ｃｏｍ．责任作者 何斌 （１９７１－），男 ，博士 ，副教授 ，硕士生导师 ，现主要从事设施农业和结构工程教学与科研等工作 。Ｅ－ｍａｉｌｙｌｈｅｂｉｎ＠１６３．ｃｏｍ．基金项目 陕西省重点研发计划资助项目 （２０１８ＴＳＣＸＬ－ＮＹ－０５－０５）；陕西省科技统筹创新工程资助项目（２０１６ＫＴＣＬ０２－０２）。收稿日期 ２０１９－０５－１１ｄｏｉ１０．１１９３７／ｂｆｙｙ．２０１９１７２１全季光照下日光温室后屋面水平投影宽度优化朱 雄 伟１，何斌１，张勇２（１．西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌７１２１００；２．西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌７１２１００）摘要 以日光温室整体结构最优为基本原则 ，根据结构力学 、园艺学以及天体地球等理论 ，选取夏至日正午和冬至日１０００１４００这２个时间段进行探究 ，分析了我国不同纬度地区日光温室后屋面水平投影宽度的设计原理和理论计算公式 。同时根据理论计算公式编辑了计算机程序 ，得出适合各纬度地区日光温室后屋面水平投影宽度的参考值 。这些数据将对生产实践具有一定的指导意义 。关键词 日光温室 ；后屋面水平投影宽度 ；采光设计 ；建筑结构中图分类号 Ｓ ６２５．１ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００１－０００９（２０２０）０１－００５６－０６自２０世纪８０年代日光温室开始产业化发展以来 ，目前已成为年产值占种植业总产值１３％以上的重要产业 。日光温室产业不仅解决了我国北方地区冬春季蔬菜的供应 ，而且促进了农民的收入 ，增加了就业岗位以及带动了其它产业的发展 。虽然我国日光温室产业蓬勃发展 ，但日光温室的建造设计仍然存在很多争议 。行业内缺少相关标准来规范各地区日光温室的建造 。在实际生产中 ，一个地区甚至小到一个基地中的温室类型多种多样 ，不仅低成本的简易日光温室遍及各地 ，投入较高但结构设计不合理的日光温室也随处可见 。这些问题导致日光温室的生产效益逐年下降 ，生产风险逐年增加 。要规范日光温室的设计建造标准 ，应先对其进行结构优化 。在对目前日光温室结构体系调研中发现 ，实际生产中对日光温室后屋面长度和坡度的设定 ，很多温室种植户 （调研对象为寿光以及杨凌等地区温室种植户 ）只是在 “照猫画虎 ”，一味的照搬以前的或者其他地区的温室结构参数 ，根本不因地制宜地去考虑当地的光环境等因素 ，缺ｄｅｇｒｅｅ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｇｇｐｌａｎｔ ｇｒａｆｔｅｄ ｗｉｔｈ‘Ｒｅｄ Ｅｇｇｐｌａｎｔ’（Ｔ２）ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒｕｉｔｔｒａｉｔｓ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙｗｅｒｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ；ｔｈｅ ｎｅｔ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒａｔｅ，ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｓｔｏｍａｔａｌｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ．Ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａ ａｎｄ ａｃｔｉｎｏｍｙｃｅｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ ｏｆ ｅｇｇｐｌａｎｔｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｆｕｎｇｉ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ．Ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｉｓｅａｓｅ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｈｅｖｅｒｔｉｃｉｌｉｕｍ ｗｉｌｔ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ‘Ｔｏｒｕｂｕｍ’ｇｒａｆｔｉｎｇ（Ｔ４）．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅａｒｅａ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃｉｌｉｕｍ ｗｉｌｔ，ｇｒａｆｔｉｎｇ ｗａｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖｅｒｔｉｃｉｌｉｕｍ ｗｉｌｔ．Ｕｓｉｎｇ‘Ｒｅｄ Ｅｇｇｐｌａｎｔ’ａｓ ａ ｒｏｏｔｓｔｏｃｋ ｃｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｉｓｅａｓｅ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃｉｌｉｕｍ ｗｉｌｔ，ｗｈｉｌｅ ｏｂｔａｉｎｉｎｇｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｖｅｒｔｉｃｉｌｉｕｍ ｗｉｌｔ；ｇｒａｆｔｉｎｇ；ｙｉｅｌｄ；ｑｕａｌｉｔｙ乏一个科学的引导 。目前关于日光温室后屋面水平投影宽度的优化 ，研究人员开展了大量的试验研究 ，周长吉［１］从日光温室后屋面几何尺寸的变迁中分析了结构方面的改革和创新 ；郭艳玲等［２］对哈尔滨日光温室的后屋面长度和坡度进行了优化选择 ；魏晓明等［３］从日光温室内部光环境变化入手 ，建立了一套日光温室总体尺寸的取值方法 ；陈振东［４］以主动采光结构和后墙主动蓄热结构为基础 ，对青海日光温室后屋面长度和坡度进行了优化分析 。综合上述文献可以发现 ，目前对某个地区或某种特定类型的日光温室后屋面长度和坡度的设计研究比较充分 ，很多研究人员暂没考虑寻找一个能概括不同纬度 、不同使用期的日光温室后屋面水平投影宽度的理论计算公式 。该研究结合园艺学 、光度学 、辐射度学以及结构学等方面的知识对这一问题进行分析 ，致力得到一个能够涵盖不同纬度地区日光温室后屋面水平投影宽度的理论计算公式 ，并将计算结果与实际典型温室结构参数对比分析 ，从而确定该计算方法的可行性 。１ 材料与方法１．１ 日光温室前屋面角的设计日光温室的屋面结构主要分为前屋面和后屋面 。前屋面主要用于日光温室的采光 ，而后屋面主要用于结构固定和保温蓄热 。在目前关于日光温室的结构优化研究中 ，研究者们对前屋面的形状和尺寸进行了大量的深入研究 ，研究成果比较成熟 。但是对后屋面的研究相对较少 ，在实际的设计和建造中 ，后屋面的几何尺寸千差万别 ，缺少定量的标准规范 。日光温室前屋面角的大小决定着温室采光性能的优良 。研究人员关于前屋面角开展了大量研究 ，周长吉［５］从几何特性的角度对日光温室前屋面角进行了优化分析 ；何斌［６］通过温室直射光光环境计算机的模拟计算从辐射量累积值的大小对前屋面角的大小进行了分析 ；魏晓明等［３］建议从日光温室内部光环境变化入手 ，以太阳光对温室前屋面透过后的辐射照度衰减率不超过２％为前提 ，对前屋面角进行了探讨 。为了保证日光温室采光设计的基本原则 ，假定日光温室在冬至日正午前后４ｈ内 （１０００１４００）能获得最大采光量 ，考虑到入射角在一定范围内透光率变化较小 ，选用入射角为４３［７］。通过冬至日１０００的太阳高度角和方位角 ，可以确定出相对应的前屋面角 ，计算公式为［３］ｓｉｎα＝ｓｉｎα１０Ｗ／ｃｏｓγ１０ｗ（１），α１０ Ｗ ＝９０－４３－ｈ１０ ｗ（２）。式中 α表示日光温室的合理屋面倾角 ；α１０ Ｗ表示冬至日１０００的理想屋面角 ；γ１０ ｗ表示冬至日１０００的太阳方位角 ；ｈ１０ｗ表示冬至日１０００的太阳高度角 。设太阳直射光线与地平面的夹角为太阳高度角 （ｈ），则不同时刻太阳高度角的计算公式如下［３］ｓｉｎｈ＝ｓｉｎφｓｉｎδ＋ｃｏｓφｃｏｓδｃｏｓω（３）。式中 φ表示地理纬度 ；ω＝１５（１２－ｔ），表示太阳时角 ；ｔ表示太阳计算时 。设δ表示太阳赤纬角 ，计算公式如下 δ＝２３．４５ｓｉｎ（３６０２８４＋Ｎ３６５） （４）。式中 Ｎ表示日序数 （即从１月１日开始在一年中处于第几日 ）。设太阳直射光线在水平面上的投影与正南方的夹角为太阳方位角 （γ），不同时刻的太阳方位计算公式如下［３］ｓｉｎγ＝ｃｏｓδｓｉｎω／ｃｏｓｈ（５）。综合上式 （１）～（５），可得到合理前屋面角 。１．２ 日光温室后屋面水平投影宽度优化日光温室后屋面的功能在学术界一直充满争议 ，实际生产中后屋面的做法也多种多样 。衡量日光温室后屋面的高效与否 ，除了在采光量不好的冬季能提高日光温室的蓄热量之外 ，还必须满足在采光量充足的夏季 ，后屋面和后墙不形成阴影 ，避免影响温室内作物的采光 。目前关于不同地区日光温室后屋面水平投影长度的取值 ，研究人员做了大量的研究 ，魏晓明等［８］从日光温室前屋面和后屋面几何尺寸的变迁中分析了我国日光温室屋面结构的改良与创新过程 ，建议温室后屋面向短后屋面方向发展 ；曹晏飞等［９］根据不同日期太阳直射光线在日光温室后墙上投影高度的变化 ，得出了后屋面投影宽度和墙体高度的计算方法 ；魏晓明等［３］以保证栽培区最后一排作物的冠７５ 第 １期北方园艺层全天受到太阳照射为条件 ，建立了一套日光温室总体尺寸的取值方法 。上述研究都从一定角度对后屋面水平投影宽度的确定做了详细的推导 ，但有些研究暂没考虑保温被对后屋面长度和坡度的影响 。该研究从日光温室的保温蓄热原则出发 ，选取夏至日正午和冬至日１０００１４００这２个时间段进行探究 ，致力于得到满足不同纬度地区日光温室后屋面投影宽度的理论计算公式 。在冬季日光温室采光条件不良 ，太阳高度角较大的情况下 ，当后屋面长度越长 ，温室的保温蓄热性能越好 。而到了光照充足的夏季 ，太阳高度角变大 ，较长的后屋面会在温室后墙以及地面上形成阴影 ，影响温室后墙处作物的采光 。综合考虑温室后屋面在冬季的保温蓄热和在夏季作物的充足光照要求 ，得出后屋面水平投影宽度的合理范围值 。１．２．１ 夏至日日光温室后屋面水平投影宽度的判定北半球夏至日正午时分的太阳高度角在一年中是最高的 ，在日光温室后屋面长度一定时 ，太阳高度角越高 ，温室后屋面在后墙上形成的阴影面积越大 。当太阳光线照射至日光温室后墙底部即温室种植区内最后一排作物的冠层能够全天接收到太阳照射时 ，温室后屋面的长度最长 ，见图１。根据三角函数关系可知 Ｈ＝Ｌ１ｔａｎα＝（Ｌ－Ｌ２）ｔａｎα（６），Ｈ１ ＝Ｈ－Ｈ０ ＝（Ｌ－Ｌ２）ｔａｎα－Ｈ０（７），ｔａｎｈ＝Ｈ１／（Ｌ０＋Ｌ１） （８）。联合式 （６）～（８），可得到日光温室后屋面水平投影长度为 Ｌ２１ ＝（Ｌｔａｎα－Ｌ０ｔａｎｈ－Ｈ０）／（ｔａｎα＋ｔａｎｈ）（９）。式中 参数详见图１，Ｈ０与Ｌ０为日光温室保温材料相关参数 ，Ｌ０取值为０．８ｍ，Ｈ０取值为０．２ｍ［１０］。１．２．２ 冬至日日光温室后屋面水平投影宽度的判定在光照条件不良以及昼夜温差变化悬殊的冬季 ，要保证日光温室的保温性能 ，需在光照量充足的时间段内 ，照射至温室后墙上的光照面积最大即温室后屋面的长度最短 。根据日光温室的果菜光照量强度需求 ，提出４ｈ最小有效光合时间的注 Ａ为屋脊最高点 ；Ｂ为太阳直射光线在前屋面上的最高透过点 ；Ｃ为后墙最高点 ；Ｄ为太阳光线透过 Ｂ点在地平面上的投影点 ；Ｇ为 Ｃ点在地平面上的垂直投影点 ；Ｈ 为脊高 ；Ｈ２ 为墙体高度，ｍ；Ｈ１ 为后屋面高度，ｍ；Ｈ０ 为 Ａ点与 Ｂ点之间的垂直距离 ，ｍ；Ｌ为跨度 ，ｍ；Ｌ１为前屋面投影宽度 ，ｍ；Ｌ２为后屋面投影宽度 ，ｍ；Ｌ３为 Ｄ点到 Ｇ点的水平距离 ，ｍ；Ｌ０表示 Ｅ点到 Ｆ点的水平距离 ，ｍ；Ｌ４表示 Ｄ点到 Ｅ点水平距离 ，ｍ；α为前屋面倾角 ，（）。下同 。ＮｏｔｅＡ ｉｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｒｏｏｆ；Ｂ ｉｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｔｒａｎｓ－ｍｉｓｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｓｕｎｌｉｇｈｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｒｏｏｆ；Ｃ ｉｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｅｓｔ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｗａｌ；Ｄ ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｓｏｌａｒｌｉｇｈｔ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｂ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ；Ｇ ｉｓ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ ｏｆ Ｃ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ．Ｈ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｒｉｄｇｅ ｈｅｉｇｈｔ．Ｈ２ｉｓ ｗａｌ ｈｅｉｇｈｔ，ｍ；Ｈ１ｉｓ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｒ ｒｏｏｆ，ｍ；Ｈ０ｉｓｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｏｉｎｔ Ａ ａｎｄ ｐｏｉｎｔ Ｂ，ｍ；Ｌ ｉｓ ｔｈｅｓｐａｎ，ｍ；Ｌ１ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｒｏｏｆ，ｍ；Ｌ２ｉｓｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｒ ｒｏｏｆ，ｍ；Ｌ３ｉｓ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓ－ｔａｎｃｅ ｆｒｏｍ Ｄ ｔｏ Ｇ，ｍ；Ｌ０ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｐｏｉｎｔ Ｅ ｔｏ ｐｏｉｎｔ Ｆ，ｍ；Ｌ４ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓ－ｔａｎｃｅ ｆｒｏｍ ｐｏｉｎｔ Ｄ ｔｏ ｐｏｉｎｔ Ｅ，ｍ；αｉｓ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｒｏｏｆ ａｎｇｌｅ，（）．Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．图 １夏至日日光温室结构参数及太阳光线投影示意图Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｓｕｎｌｉｇｈｔ合理采光时段理论［７］，要求在冬至日正午前后４ｈ内 （１０００１４００），室外太阳辐射能最大限度的透入温室 ，选取太阳光线照射至后墙最高点 ，见图２。根据三角函数关系可知 Ｈ＝Ｌ１ｔａｎα（１０），Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２（１１），Ｌ４ ＝Ｌ０＋Ｌ２＋Ｌ３（１２），ｔａｎｈ＝Ｈ１／Ｌ４（１３），Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ０（１４），Ｈ１／Ｌ４ ＝Ｈ２／Ｌ３（１５）。联合式 （１０）～（１５），可得到日光温室后屋面８５北方园艺１月 （上 ）图 ２冬至日日光温室结构参数及太阳光线投影示意图Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｓｕｎｌｉｇｈｔ水平投影长度为 Ｌ２２ ＝（（Ｌｔａｎα－Ｌ０ｔａｎｈ－Ｈ０）－Ｈ２）／（ｔａｎα＋ｔａｎｈ） （１６）。式中 参数详见图２，日光温室后墙的高度决定着温室的保温蓄热性能 ，冬至日上午１０００接受太阳光直射的墙体高度Ｈ３ｗ的计算公式［９］Ｈ２ｗ ＝Ｌｔａｎα－（Ｌ２（ｔａｎｈ＋ｔａｎαｃｏｓγ１０ｗ）＋Ｌ０ｔａｎｈ）／ｃｏｓγ１０ｗ－Ｈ０（１７）。要使冬季日光温室后墙体尽可能多的蓄积热量 ，应保证Ｈ２≥Ｈ２ｗ。当太阳高度角ｈ＝β时 ，温室后墙体接受太阳光照的面积最大 ，蓄热保温性能最好 。通过对日光温室的保温蓄热性能的探究 ，得到不同纬度地区日光温室后屋面水平投影的计算公式为 （（Ｌｔａｎα－Ｌ０ｔａｎｈ－Ｈ０）－Ｈ２）／（ｔａｎα＋ｔａｎｈ）≤Ｌ２≤（Ｌｔａｎα－Ｌ０ｔａｎｈ－Ｈ０）／（ｔａｎα＋ｔａｎｈ）（１８）。式中 日光温室后屋面水平投影宽度Ｌ２的取值越小 ，对应着后屋面坡度越陡 ，即冬季日光温室的采光量越充足 。在该范围内 ，具体取值可根据不同纬度地区冬季太阳光照情况以及所种植蔬菜喜温喜凉特性进行选择 。１．３ 计算机程序计算通过以上分析可知 ，日光温室后屋面水平投影宽度与温室跨度 、前屋面角 、温室后墙接受到太阳光直射高度 、温室保温被卷放位置 、太阳高度角以及太阳方位角等因素息息相关 ，对应的公式求解也比较繁琐 。为了使研究成果能更好的应用于实际 ，现利用ＭＡＴＬＡＢ编辑了相关计算程序 ，使用时只需输入当地的地理纬度值以及日光温室的一些固定参数 ，就可直接得到日光温室后屋面水平投影宽度值 。程序流程图及相关计算界面见图３。图 ３主程序流程简图Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ１．４ 方法验证为了验证该研究的日光温室后屋面水平投影宽度理论计算公式的合理性 ，选取陕西西安地区的相关参数进行计算 ，并将计算结果与日光温室设计规范［１１］中的陕西西安数据进行比较分析 ，计算公式［１１］如下所示 ，结果见表１。Ｐ＝Ｐ１＋（Ｈ＋ＤＰ－Ｈ１） （ｓｉｎ－２ ｈｘ－１槡）（１９）。式中 Ｐ表示日光温室后屋面水平投影宽度 ；Ｐ１表 示 日 光 温 室 走 道 宽 度 ，一 般 取０．６～０．８ｍ［１２］；Ｈ表示日光温室脊高 ；Ｄｐ表示日光温室室内外地面高差 ，下挖地面为正 ；Ｈ１表示夏季温室 内 作 物 的 植 株 高 度 ，吊 蔓 作 物 一 般 取２．０ｍ［１３］；ｈｘ表示夏季计算日正午太阳高度角 。由表１可知 ，该研究理论计算公式得出的结果与陕西省地方标准日光温室建设规范相符合 。在该日光温室后屋面水平投影宽度的合理范围值内 ，取值越小 ，后屋面的坡度越陡即后墙接受光照９５ 第 １期北方园艺的面积越大 ，蓄热量越多 ；反之 ，光照面积越小 ，蓄热量越少 。在该范围内 ，温室种植户可根据所种植蔬菜的喜温喜凉特性进行合理选择 。除此之外 ，该后屋面长度下的温室保温比 （温室内土地面积与地上覆盖面积之比 ）很接近于１，保温效果较好 。２ 结果与分析综合园艺学以及建筑热工气候区划的最冷月均温度和日平均温度日数可知 ，我国适宜发展日光温室的地区主要集中在北纬３２以北的地区 ，其核心区被认为在北纬３４～４３地区［１４］。在设定日光温室跨度为１０ｍ，保温材料水平投影宽度为０．８ｍ的前提下 ，结合各纬度地区的气候条件以及适宜种植蔬菜的喜温喜凉特性进行区域划分 。具体区域划分［１５］（表２）。表 １陕西西安日光温室总体尺寸计算值与建设规范的比对Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｉｎ Ｘｉ′ａｎ ｃｉｔｙ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ城市Ｃｉｔｙ纬度Ｌａｔｉｔｕｄｅ／（）跨度Ｓｐａｎ／ｍ脊高Ｒｉｄｇｅ ｈｅｉｇｈｔ／ｍ前屋面角Ｆｒｏｎｔ ｒｏｏｆ ａｎｇｌｅ／（）后墙高度Ｎｏｒｔｈｅｒｎ ｗａｌ ｈｅｉｇｈｔ／ｍ后屋面水平投影宽度Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｂａｃｋ ｒｏｏｆ／ｍ西安 ３４．１７１０ ４．０６ ２４．９４ ３．０ １．２ａ西安 ３４．１７１０ ４．０６ ２４．９４ ３．０ １．１３４～１．２７６ｂ注 表中 ａ行数值为日光温室设计规范值 ；ｂ行为计算值 。ＮｏｔｅＴｈｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｒｏｗ ａ ｉｎ ｔｈｅ ｔａｂｌｅ ｉｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；ｂ ｅｖａｌｕａｔｅｓ ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ．表 ２不同地区日光温室后屋面水平投影宽度Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｗｉｄｔｈｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｂｅｈｉｎｄ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｅａｓ区域分布 Ａｒｅａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ重点区域划分Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆｋｅｙ ａｒｅａｓ亚区划分Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆｓｕｂｒｅｇｉｏｎ／（）主要区域Ｍａｉｎ ａｒｅａｓ主要种植蔬菜种类Ｔｈｅ ｍａｉｎｔｙｐｅｓ ｏｆｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ冬季日照百分率Ｗｉｎｔｅｒ ｓｕｎｓｈｉｎｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ／％后屋面水平投影宽度Ｂａｃｋ ｒｏｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｗｉｄｔｈ／ｍ日光温室适用类型Ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ东北温带（３９～４０）辽宁中北部 、吉林东南部和内蒙古东南部５６～８０ ２．０～２．２东北温带日光温室重点区东北冷温带（４０～４１）内蒙古东中部 、吉林西北部和黑龙江南部茄果类 、瓜 类 、豆 类 等喜温蔬菜以及芹菜 、韭菜 、小 白 菜 、莴 苣 等喜凉蔬菜６５～８２ ２．２～２．４冬季需 加 强 蓄 热 增温和保温防寒 ，温室内要设 热 风 炉 等 临时加温设施 ，尽量增加光照 强 度 和 光 照时间东北寒温带（４５～４６）内蒙古东北部和黑龙江中部６０～６８ ２．４～２．６环渤海温带（３８～３９）辽宁 西 南 部 、北 京 、天津 、河北中北部５５～６５ １．５～１．７黄淮海及环渤海暖温带日光温室重点区黄河中下游暖温带（３６～３７）河北 南 部 、山 东 、河 南北部 、山西茄果类 、瓜 类 、豆 类 等喜温 果 菜 及 芹 菜 、韭菜 、小白 菜 、莴 苣 等 喜凉叶 菜 ，蔬 菜 上 市 期为 １１ 月 至 翌 年６月［１７］５０～６０ １．２～１．４冬季加 强 蓄 热 增 温和保温防寒措施 ，尽量增加 光 照 度 和 光照时间 ，夏季采取短期遮阳降温措施淮河流域暖温带（３４～３５）河南 中 南 部 、苏 北 、安徽中北部４５～５５ １．０～１．２青藏高原寒温带（３６～３７）西藏中部 、青海东部 ７０～９０ １．８～２．０西北温带干旱及青藏高寒日光温室重点区新疆冷温带（４３～４４）新疆中南部茄果类 、瓜 类 、豆 类 等喜温 蔬 菜 及 芹 菜 、韭菜 、莴苣等喜凉蔬菜６８～９２ １．４～１．６冬季应 加 强 蓄 热 增温和保温防寒 ，温室内应设 热 风 炉 等 临时加温设施 ，尽量增加 光 照 度 和 光 照时间黄土高原温带（３６～３７）陕西 、甘肃 、宁夏 、内蒙古中部５５～７５ １．１～１．３０６北方园艺１月 （上 ）３ 结论与建议该研究根据日光温室的保温蓄热准则 ，在选取夏至日正午和冬至日１０００１４００ ２个时间段保证日光温室能获得足够的采光量和蓄热量的前提下 ，从构建日光温室最佳整体结构性能的角度 ，确定了不同纬度地区日光温室后屋面水平投影宽度的理论计算公式 。并与日光温室设计规范进行比较 ，结果显示二者相吻合 ，表明该方法具有一定的可信度［１６－１８］。通过计算得出的各纬度地区日光温室后屋面水平投影宽度的合理范围值 ，可根据温室内种植作物的喜温喜凉特性进行适当调节 ，相比以往理论计算公式更加灵活 。因此该研究提出的日光温室后屋面水平投影宽度的计算方法可为中国日光温室规范化设计提供参考 。参考文献［１］周长吉 ．中国日光温室结构的改良与创新 （三 ）温室屋面结构的改良与创新 ［Ｊ］．中国蔬菜 ，２０１８（４）１－５．［２］郭艳玲 ，李石 ，陈国辉 ．后屋面水平投影长度对日光温室性能的研究 ［Ｊ］．安徽农业科学 ，２０１４（５）１５５５－１５５７．［３］魏晓明 ，周长吉 ，曹楠 ，等 ．基于光照的日光温室总体尺寸确定方法研究 ［Ｊ］．北方园艺 ，２０１０（１５）１－５．［４］陈振东 ．青海新型日光温室性能的研究 ［Ｄ］．杨凌 西北农林科技大学 ，２０１６．［５］周长吉 ．中国日光温室结构的改良与创新 （一 ）基于被动储放热理论的墙体改良与创新 ［Ｊ］．中国蔬菜 ，２０１８（２）１－５．［６］何斌 ．温室直射光光环境计算机模拟计算 ［Ｄ］．杨凌 西北农林科技大学 ，２００１．［７］李军 ，邹志荣 ，杨旭 ，等 ．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．［８］魏晓明 ，周长吉 ，曹楠 ，等 ．中国日光温室结构及性能的演变［Ｊ］．江苏农业学报，２０１２，２８（４）８５５－８６０．［９］曹晏飞 ，荆海薇 ，赵淑梅 ，等 ．日光温室后屋面投影宽度与墙体高度优化 ［Ｊ］．农业工程学报 ，２０１７，３３（７）１８３－１８９．［１０］农业部种植业管理司．日光温室发展的适宜地区及优型结构参数 ［Ｊ］．农业工程技术 ，２０１４（９）１８－１９．［１１］轩维艳．日光温室采光屋面曲线数学模型的建立与分析［Ｊ］．天津农业科学，２００６，１２（４）４４－４６．［１２］张利华 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ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｅｌｅｓｔｉａｌ ｅａｒｔｈ，ｔｈｅｓｕｍｍｅｒ ｓｏｌｓｔｉｃｅ ａｎｄ ｗｉｎｔｅｒ ｓｏｌｓｔｉｃｅ（１０００１４００）ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ ｗａｓ ｅｄｉｔｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｒ ｒｏｏｆ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｉｎｖａｒｉｏｕｓ ｌａｔｉｔｕｄｅｓ．Ａｎｄ ｔｈｅｓｅ ｄａｔａ ｗｉｌ ｈａｖｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂａｃｋ ｒｏｏｆ；ｄａｙｌｉｇｈｔｉｎｇｄｅｓｉｇｎ；ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ １６ 第 １期北方园艺