[发明专利]一种可适于周年近零能耗高效生产的大跨度可变空间日光温室优化设计方法

说明书

一种可适于周年近零能耗高效生产的大跨度可变空间日光温室优化设计方法属于设施农业建筑节能设计领域。日光温室是我国独创的一种利用太阳能营造热环境的农业设施。为了提高土地利用率、便于机械化作业，希望日光温室的跨度越大越好；然而在冬季，大跨度的温室难以确保喜温果菜越冬生长所需要的热环境。为此，本发明基于研究团队前期关于日光温室建筑空间形态特征参数的计算方法以及主被动式太阳能相变蓄热通风墙体的设计方法，提出了近零能耗周年高效生产的、适应气候变化的大跨度可变空间日光温室设计理念，结合EnergyPlus能耗模拟软件，能给出可变空间日光温室的优化设计方案。

技术领域

本发明涉及一种利用主被动建筑设计理论与方法及技术，根据不同地理纬度地区气候特点，高效利用太阳能实现周年高产的大跨度可变空间日光温室建筑优化设计方法，属于设施农业建筑节能设计领域。

背景技术

日光温室是一个体形系数很大的设施农业建筑，以太阳能为主要资源，利用温室效应改善冬季蔬菜种植环境。其建筑空间由墙体(北、东、西墙体)、后屋面、前屋面、地面等围护结构构成。特殊的建筑空间形态特征，一是日光温室的建筑空间几何尺寸(或是跨度)越大，温室的热环境越是难以保证。从北方地区全年气候条件变化规律看，冬季寒冷，从保障喜温果菜越冬生产必要的热环境角度，小空间(或小跨度)的日光温室，是有利的；而春季以后，气候回暖且逐渐升高，日光温室利用自然气候条件即可正常生产，从便于机械化作业和提高土地利用率的角度，大空间(或大跨度)的日光温室，是有利的。显然，这一大一小的季节矛盾，给日光温室优化设计与建造提出了很大的挑战。以往，更多是以满足冬季越冬生产且设计原则，建造偏小跨度日光温室，其结果是越来越不适应设施农业现代生产的需要，以致严重限制了日光温室技术的发展。

本发明从满足日光温室周年高效生产的角度，结合本团队前期发明专利1“一种日光温室建筑空间形态特征参数简化设计计算方法”(ZL201710677429.8，授权公告日：2020年8月7日)、发明专利2“日光温室太阳能主-被动式“三重”结构蓄热墙体体系”(ZL201310328662.7，授权公告日：2015年1月7日)的发明思想与技术原理及计算模型，进一步提出了可满足周年近零能耗高效生产的大跨度可变空间日光温室设计理念与优化设计原则。该发明方法可为我国日光温室技术的绿色发展，提供重要理论依据与设计方法参考。

发明内容

本发明涉及一种大跨度可变空间日光温室建筑空间形态特征参数的设计计算方法。当建设工程场地的地理纬度、温室需要确保的蔬菜生产关键时期确定，查阅对应时期当地的室外空气平均温度和日平均太阳辐射总量，即可根据本发明方法计算得到对应跨度条件下日光温室的高跨比、后屋面投影长度，以及北墙高度等日光温室建筑空间形态特征参数的优化设计值。其基本设计计算步骤如下：

步骤1：根据发明专利1中已得到的公式(1)、(2)、(3)，可以计算得到工程场地适宜高跨比λ，λ为温室脊高与跨度的比值，以及不同跨度条件下对应的日光温室后屋面投影长度C、北墙高度H_w和脊高H，温室结构参数如图2所示。

式中，为冬季蔬菜作物生产关键时期的当地室外平均温度，℃；为冬季蔬菜作物生产关键时期的当地日平均太阳辐射量，MJ/(m²·day)；h_s为当地大暑日正午太阳高度角，°；h_c为当地大寒日正午太阳高度角，°；L_p为植株高度，m；P为温室走道宽度，m；L为温室跨度，m。

步骤2：根据步骤1得到的工程场地日光温室建筑空间形态特征参数计算结果，即温室脊高与跨度的比值λ、日光温室后屋面投影长度C、北墙高度H_w和脊高H，在SketchUp软件中建立温室几何模型，并且输入温室围护结构热物性参数、作息时间、模拟时段这些限制条件，计算得到相应不同跨度条件对应的日光温室建筑热负荷Q_iL。这个属于现有技术。