### 辽西农气（LXAM）式日光温室的设计方法、增温效果与茬次利用
#### 引言
近年来，随着农业技术的进步和发展，辽宁省辽西地区的日光温室得到了快速的发展，并且有着进一步扩展的趋势。然而，在20世纪80年代初期，这类温室的设计主要依赖于经验和传统做法，缺乏科学的理论支持，尤其是在天文因子和增温效果方面的考虑较少。本文旨在根据相关的数学物理原理，结合辽西地区的实际需求，提出一套科学的设计方法，并通过实例分析温室的增温效果及茬次优化利用问题，从而为提高日光温室的设计质量和经济效益提供参考。
#### 设计原理——数学物理基础
##### 空间坐标系统
日光温室内部的光照强度随时间和空间的变化呈现出复杂性。为了方便描述和计算，文中采用了一般的笛卡儿直角坐标系来表示温室的三维空间。假设温室面向南方，那么：
- **X轴**：南北跨度方向，温室内的西北角作为原点O；
- **Y轴**：东西方向（栋长方向），与X轴相交于原点O；
- **Z轴**：从西北角垂直向上的方向，三轴交汇于原点O。
这种坐标系可以清晰地表示温室内的任何一点的位置，并有助于后续的数学建模。
##### 太阳辐射模型
温室内部某点\( (x,y,z) \)在特定时刻\( t \)接收的太阳辐射量\( I \)可以表示为一个关于\( x,y,z,t \)的函数：
\[ I = I(x,y,z,t) \]
整个温室接受的太阳辐射总量可以通过对该函数进行积分得到：
\[ I_{\text{total}} = \int_{t_1}^{t_2}\int_{y_1}^{y_2}\int_{x_1}^{x_2}\int_{z_1}^{z_2} I(x,y,z,t)\,dx\,dy\,dz\,dt \]
其中，\( t_2 - t_1 \)为白昼长度（相当于日照时间），\( y_2 - y_1 \)为栋长，\( x_2 - x_1 \)为跨度，\( z_2 - z_1 \)为从地面到棚顶的高度。这个公式表明，温室体积越大，其内部存储的热量越多；但同时，温室体积越大，夜间散失的热量也越多。因此，在设计温室时，需要平衡这两个因素，确保温室能够在冬季白天最大限度地吸收太阳辐射，并在夜间最小限度地散发热量。
#### 温室方位与屋面坡度优化
##### 温室方位
日光温室通常应座北朝南，东西延长，以充分利用阳光资源。考虑到辽西地区冬季早晨气温较低且常伴有雾或轻雾等现象，影响了清晨的光照条件，温室可以适当向西偏转5°至10°，以增加午后光照的吸收量，有利于夜间保温。
##### 屋面坡度优化
理想的屋面角是指太阳光线与屋面构成的入射角为0度的情况下的屋面角，实际上很难实现。研究中以40°为设计参数，通过理想屋面角减去40°来确定合理的屋面角\( \delta \)。例如，在冬季生产温室中，设计用的屋面角为当地地理纬度\( \phi \)减去太阳赤纬\( \delta \)，再减去40°来获得实用的屋面角。例如，在喀左平房子地区，理想的屋面角为\( 41.0° - (-23.5°) = 64.5° \)，因此实用的屋面角为\( 64.5° - 40° = 24.5° \)。同理，在北镇广宁镇地区，实用的屋面角为25.0°；在昌图古榆地区，则为26.5°。这一数据表明，在辽宁省，越往北的地区，实用的屋面角应该越大。
#### 保温与增温效果评价
保温和增温效果是衡量日光温室性能的关键指标之一。通过上述设计原则，可以在一定程度上优化温室的保温和增温能力。例如，通过合理选择温室的方位和屋面坡度，可以有效地提高温室内部的日光利用率，从而改善保温效果，提高作物的产量和质量。
通过对温室设计中的关键参数进行科学化分析和优化，可以显著提升日光温室的增温和保温效果，进而促进农作物的生长周期优化利用，提高经济效益。此外，这些研究成果不仅适用于辽西地区，对于其他相似气候条件的地区也具有一定的参考价值。
