1.温室采光面倾斜角设计综述 - 浙江大学控制科学与工程学院.doc

温室采光面倾角设计 组长：黄莹 成员：唐晓宇、丁琦 2010-1-13 目 录 1.温室采光面倾斜角设计综述 3 1.1提出问题 3 1.2知识背景 3 2. 数学建模 5 2.1屋面玻璃透光率数学模型 5 2.2光环境模型 6 3. Matlab仿真结果 9 3.1采光面倾角变化对入射角影响的仿真 9 3.2对植物种类的推广 9 3.3对温室方位的推广 11 3.4对地理范围的推广 12 4. 结论 13 5. 研究拓展 13 6. 参考文献： 15 1.温室采光面倾斜角设计综述 1.1提出问题 浙江省位于北纬27.2°~31.5°之间，气候温暖宜人，土地富庶丰产，自古便被称作“鱼米之乡”，利于温室的发展。随着农林业科技的发展，越来越多的温室被投入到生产线上，尤其是一些名贵花木的种植更是离不开温室大棚。在生产发展的同时，温室在建筑结构上的问题也日益突出。大多数进口温室在设计时采用的是国外的地理气候参数，其功能并不一定适用于国内生产；国产温室也存在温光性能不好，控制系统简单粗放，耗能高，效益低的问题；同时结构和规范的不统一，给农业建筑标准化和生产带来一定困难，使生产成本增高。因此，研究规范温室的结构，推广标准化温室，成为当前降低温室农业生产成本的一个重要课题。 我们这次自动化综合实验选题，旨在研究温室采光面倾斜角对温室内作物的生长的影响，以得到最适宜的温室采光面倾斜角，以利于节约能源，便于实施标准化，规范化的统一温室建筑生产和调试。随后能够有利于下一步的研究和应用，以达到学以致用，服务于生产实践和设计推广的最终目的。 1.2知识背景 对于温室植物来讲，阳光是必不可少的一个自然影响因素。根据相关研究文献和生产实地考察，我们有这样一些关于日光温室采光面的知识背景。太阳直射光、散射光和反射光均可以透过采光面进入日光温室。散射光和反射光无方向性，在透过采光面进入温室的光辐射中占很少份额，温室内接受的光辐射主要源于直射光。日光温室采光面的设计主要是保证直射光的透过量满足设计要求。 如图1所示是植物生长过程中的光照来源和去向示意图 图1 太阳光照射到覆盖材料之后，一部分被吸收，一部分被反射，另一部分则透过覆盖材料照射到温室内。太阳光线除被吸收外，其余的被反射到温室外和透射到温室内，这与阳光入射角有直接的关系。其关系如下： 吸收率+反射率+透光率=100％ 对于作物来说，存在如下图2所示的热量平衡数学模型： 图2 而在这次研究里，我们主要考虑太阳光照辐射，根据物理知识我们可以知道，太阳光照辐射可以根据如下公式计算出来： 三个影响光照辐射因数为——采光面积，玻璃透光率，光照强度。采光面积和光照强度并不是我们本次研究的主要对象，而对于不同的温室采光面倾斜角，玻璃的透光率是不同的，我们针对不同的采光面倾斜角进行研究，务求出最佳的倾斜角，使温室的玻璃透光率达到最大值。 2. 数学建模 2.1屋面玻璃透光率数学模型 对于屋面玻璃透光率，有如下数学物理公式： 其中r—界面反射率，玻璃折射率n=1.526 a—光在玻璃内前进时穿透的比率，玻璃吸光系数k=6.851/m 对于界面反射率 对于光在玻璃内墙进时穿透的比率 其中，L-玻璃厚度 对于玻璃折射率 通过对这些数学物理公式模型的Matlab仿真，得到如下图3透光率与入射角关系的曲线。 图3 右图是采光面和入射角简单示意图： 由图知，合理入射角应小于40°。太阳高度角随时间变化，要保持光线持续垂直照射到OH斜面（即屋顶采光面）是不可能的。采光面直射光透过率与光线入射角并不呈单调线性关系，要满足在一天中温室内获得的光辐射达到设计要求，必须保证在一定时间内直射光入射角介于0°~40°之间。 2.2光环境模型 太阳高度角 对于太阳高度角h： sinh=sinφsinδ+cosφcosδcosT0 其中，h-太阳高度角，φ-纬度，δ-太阳赤纬，T0-太阳时角 若为正午，太阳时角为0，则有 sinh =sinφsinδ+cosφcosδ=cos(φ-δ) 太阳赤纬 对于太阳赤纬： δ=0.3723 + 23.2567sinθ1 + 0.1149sin2θ1 - 0.1712sin3θ1 - 0.758cosθ1+ 0.3656cos2θ1+ 0.0201con3θ1 其中， θ1=2π(N+ΔN-N0)/365.2422 其中，N—天数顺序排列的积日，2009年积日为364天 ΔN—积日订正值 N0=79.6764+0.2422(年份-1985) ΔN=(W-L)/24 W=(S+F/60)±L=(long+M/60)/15 其中，long—观测点经