固化沙蓄热后墙日光温室热工性能试验

第 卷 第 期农 业 工 程 学 报 年 固化沙蓄热后墙日光温室热工性能试验鲍恩财朱 超 ， 曹晏飞 孙亚琛 何 斌，米 欣张 勇 邹志荣（ 西北农林科技大学园艺学院， 农业部西北设施园艺工程重点实验室， 杨凌 ； 西北农林科技大学机械与电子工程学院 ， 杨凌 ； 西北农林科技大学水利与建筑工程学院 ， 杨凌 ）摘 要 ： 结合西北非耕地地区多沙的特点， 在因地制宜、 就地取材的基础上， 该课题组设计了 种以多孔砖和固化沙为后墙结构主要材料的新型复合墙体日光温室。 该日光温室有被动蓄热后墙和主动蓄热后墙 种类型 ， 被动蓄热后墙以固化沙为主要蓄热体， 主动蓄热后墙在被动蓄热墙体的基础上增设了蓄热循环系统。通过在内蒙古乌海地区进行试验， 分析其热工性能， 并与当地普通砖墙日光温室性能进行比较分析。 试验结果表明 ， 晴天条件下 ，固化沙被动蓄热后墙温室、固化沙主动蓄热后墙温室、 普通砖墙温室的夜间平均气温分别为 、 、 。 阴天条件下， 座温室的夜间平均气温分别为 、 、 。 固化沙被动蓄热后墙温室墙体内部恒定温度区域处于 ？之间， 蓄热体厚度近， 其中固化沙蓄热体厚度近 。 固化沙主动蓄热后墙温室的墙体内部恒定温度区域处于 ？之间， 蓄热体厚度超过， 其中固化沙蓄热厚度超过。 综上， 固化沙主动蓄热后墙日光温室的热工性能明显优于固化沙被动蓄热后墙日光温室及当地普通砖墙日光温室 ，可满足喜温作物的越冬生产 ， 在西北多沙地区具有一定的实用推广价值。关键词 ： 温室；温度；墙体； 固化沙；日 光温室； 蓄热体； 厚度 ： 中图分类号： 文献标志码 ： 文章编号： （ ） 鲍恩财， 朱 超， 曹晏飞 ， 孙亚琛， 何 斌， 米 欣， 张 勇， 邹志荣 固化沙蓄热后墙日光温室热工性能试验 农业工程学报， ， （）： ： ： ， ， ， ， （ ）， ，（） ： （） ： ： ，高 左右。 白义奎等 研究发现多层异质复合墙体具有热阻大、 蓄热、 隔热、 保温性能好的优点， 并以聚日光温室是具有典型中 国特色的设施类型 ， 总体面苯板夹芯墙体为对照，对缀铝箔聚苯板空心墙体保温性积规模大，一直是中国温室园艺装备升级的重点 。 墙能进行了测试， 结果表明缀铝箔聚苯板空心墙体的热工体作为日光温室的最重要的围护结构之一， 对温室内的性能更好， 受环境因素的影响较小。 柴立龙等介绍了热环境有直接的影响， 具有不可替代的作用 。 因此， 关北京地区日光温室墙体的调查和分析结果， 归纳出 种于墙体材料和复合墙体结构的研究倍受重视。不同墙体材料构造的使用情况，对几种墙体的传热系数、陈端生等观测了北京土墙和鞍山复合墙温室的气总热阻、 热惰性指标等热性能参数以及经济性进行了计温和墙体温度， 研究了 日光温室墙体不同层次的温度变算与评价。 亢树华等 对鞍山 、 盘锦的 种不同隔热材化， 发现土墙全天为吸热体， 有空心夹层的砖墙， 在温料的墙体， 种不同外墙材料和 种厚度的土墙各层温度室升温阶段是吸热体， 在温室降温阶段是放热体。佟国和室内外温度进行了观测 ， 结果表明 厚砖墙内部红等 针对目前常见的单一材料墙体及异质复合墙体，隔热材料以珍珠岩最好， 其次是煤渣， 第 是锯末， 最在厚度相同的情况下进行了传热分析， 结果显示异质复差的是空气； 外墙材料以加气混凝土砖较为理想 ； 土墙合墙体温室内的夜间温度比单一材料墙体温室夜间温度厚度以 较适宜。 陈超等 研究了将相变材料应用于日光温室后墙的室内热环境， 并进一步结合主动与被收稿日期： 修订日期： 动的蓄热方式提出了一种带竖向空气通道的太阳能相变基金项目 ： 适合西北非耕地园艺作物栽培的温室结构与建造技术研宄与产业。（ ）；（ ）近年来， 西北地区 日光温室规模迅速扩大。该地区研宄。杨凌 西：饮林科技大学园艺学院， ？ ： 光 ， 、贵源丰 ， 拥有浩潮的戈 吴等非耕地 源。通信作者 ： 部志荣， 男 ， 陕西延安人， 教 博士， 博士生导师，主要从因地制宜地对日光温室结构进行优化升级， 有益于当地事设施园艺方面的研宄。 杨凌 西北农林科技大学园艺学院，。设施园艺产业的发展 。 因此， 在课题组前期研究基 ： 农业工程学报 （： ）年础上 本文拟结合当地资源特点设计了 种以固试验温室结构如图 所读化沙被动蓄热后墙日化沙为主要蓄热体的新型复合墙体日光温室， 通过测试光温室 （ ） ， 南北跨度为 ， 东西长， 方位南其热工性能， 并智地普通砖墙温室性能进行对比， 分偏东 。， 脊高 ， 后墙高 后墙结抅为 析了该新纖温露觀北地匡：的适用性多孔砖墙 固化沙 多孔砖墙 从外询内 ） ， 固化沙由当地沙土通过添加 掺量 （质暈比）的粉状固化剤搅拌均匀制成 ，温室采甩卡槽骨架， 试验材料间距 ， 后屋面采用 彩钢夹芯板。 试验温室结构 周化沙主；动蓄热后墙 ；光温皇（ ） ， 后墙结构为 座供试温倉均：優于内蒙古自 鳥津市秦读奧 聚苯板 多孔砖：墙 固化沙峰农业基地 （ 。別， 。汜） ， 测试期间座温室 多孔砖墙（从外向内 ） ， 相比， 墙体中内种楦作物为番茄， 灌溉方式为滴灌。 夜间采用保温被间设蓄热预制通风管道， 安装蓄热循环系统， 通凤管覆盖，上午 ： 开启 下平： 关闭，若为其他时间道采用市场现有的预制混凝土 心板， 空心板的截面尺另：作说明 试襲纖间靖：天的 ：？ ：打开通凤口 寸为，其中通风孔有 个 ， 真径为 ，：風机的额定功率为 ，篇量为： 其他参数与 。 誉通砖墙日光温霞（ ） 为当：地有：温崖墙结 构为 聚苯板多孔砖 （从外向内） 。 眞他 丁眶纽射。腿舰、参数与 保持一致：卜同化沙 蓄热循环系统 ，？ 在张勇等研究的基础上， 为提高了蓄热体的蓄！細热效果和蓄热量 改进了原有的蓄热循环系统， 将进风 和出风口之的距离缩短至。进风口设置在温室 后墙中部， 出风口设置在后墙东西两端。 尽量减少风机 周姻被翁蓄翁肩墙曰光儀（ 直吹对丨乍物 长的 向 ， 风机安装在 于后 啬两端白勺出（） 风口外表面。 组风机 （每组台） 启动时， 墙内形成负 （压， 温室内部的空气携带热量从进风口进入后墙通风管道，经过热交换， 綠量蓄积入固化沙蓄热体中？、。丨 ， 丨 。誦聚苯板 本试验设定在晴天和多云天气的 ：？ ： 启动后墙蓄热循环系统， 以使白天日光温室内的热慧尽可能 多扎码。 剛七沙 涵 多地进入蓄热体中 。 阴及雪天关闭风机， 温室依靠后墙异。广！多孔砖门、势扯，亦兹 蓄热预，彳通风管埤？、风道自然循环。 卿細 测试仪益室内空气环境数据由 环境数据记仪 （哈尔厂 。、 滨物格电子技术有限公司） 采集， 温度测量范围 ： ？ ， 准确度士 ， 分辨率 ；度测量猶麗：金，義度， 分辨率 ；光照度賴范围； ？ ， 准确度墙体内温度数据由温度数据记录仪（哈尔滨物格电子技术有限公司 ）采集，温度测量范厘？（ ，、准确度 ， 分辨率室外环境数摒由使携式小證自动，象姑画 賛吾 讓柳（ 国 ） 筆寒温擇领丨藤蘭 ？ ， 准義、 ， 分仏 涵虞酒義：圈； 叫，蕾 准癒度 分酵 ； 太阳总辐射传感器范圏围？ ￥ ， 准确慶评 ， 分辨：率 ￥ ， 试验方法 ：）： 座供试海盧内部各布覺 个溢藤虜酬虑 个光照 （） 测点， 个地温测 分别布置在温室长度方向等分截图 测试温室结构图面处， 跨度方向中部 其中温湿度测点和光照测点位子 地面以离意处， 地温测点，俄宁地下 处察 期鲍恩财等： 固化參，墙日光温室愈工性能试验： 座供试温室墙体温度测点均为粗， 组测点均位 结果与分析于距离室内地面以上 高度处， 分别布置在温室长度七， 丄养甘？ 士 ？丨士 温至至内太阳辑射照度对比分析方向等分虜面处 其中士回体 度测点布置如图 ， ； ？廿 人 虫 曰光温塞盡内太阳辐射照直接影响到溫室白天共 个？！点，沿墙体厚度万向分别距墙体内表面 ， ，） 从士，曰 命細丨 左？（：？，： ， 下同） 的得热， 尤其是后墙和土壤的畜， ， 和处。 墙体温度痛点布：嚣？ 廿 丨丨 占 盒：由士 尸夢抽 热？ 并进一步响磨墙和：壤的夜围（ ： ？逸曰 ： ，如图 ，共 个测点， 蔺度方向僧于中層蓄热风填中部 、 ？ ，（ 即距离室内地面以上 高度处） ，沿墙体厚度方）伊皿室阳福射仙度进订分别距墙体内麵 ， ， ， ， ， ：和分析 腿处。墙内高度方向测点分别距通风管道中部 ， 温室鲎内的太阳辐射照度曲线变化趋势与室外隹本一致。 、 白天平均太阳福觀度分别为 、， ， 和处。 ， ， ， 、 ， 、 、 ？上？冰吶加 、 ：室外为 座供试温室：的蒙外环境数据测点虐麗靡距 东方处的开阔场地， 温湿度测点和光照测点的水平高度均与温室测点 一致 。 试验数据采集时 间为 至座温魅内温度环麵差异不是由太麵麵度 ， 记录数据的时间间隔均为 。 幸：；室外 ： ？ ： ： ： ： ：， 时刻图 不同温室室内外太阳辐射照度的变化 ：， 典型天气温室内外气温比较 。寒与空气温度是反央温室保温性能的一个重要指标， 特 别是夜间的室内气温 直接反映了温室夜 ？保温能力 言 響对作物的生长状况有重要的影响 。 选取典型晴阴天， 分： 析乌海地匡 處曰光温室的全天气温变化状况。一！、 显示了典型腈夫 （ ：？貌日 ：）處内气媪数据变化。 由面可知， 座親童在晴天的室内气温变化趋势基本一致。 夜间 座温纖称内气温缓慢降低 ， 保温被揭开前达到最低。 保温被揭开盾痤温室敢的室内气温迅速开 午 ： 的蓄 热循环系统打开，其室内气温的上升速率变缓？下午： 左右 和 的室： 温达到高 之后开始低， 则麵热循环系统荣闭（ ： ）后的 ： 达到最靈，夜间 的气海驵显高于另外 座温 计算分析可知 ， 重一鞭， 典型薄天 （ ： ？次日：） 条件下 ， 麗外纖 的平均气盤翁 ， 、 、 整日的￥均，湿袭 别为 、 、 的：平均气缀比 、 分别高 、 。 座温室的夜间平均气温分别为 、胁 、 。 。 由分析可知 的夜间保温働議麵 平均气温比 、 分别窩 、 ： ）、图 后墙琍点分布图图 示了典型阴天 （ ：？日 ：） 的室内气溫数据变化。 在夜间气温明；爵于參业工釋学报 （： ）：夸其他 處讓藤 保温被掲开时 （ 姐） ；座湿￥敏纛熱风机未启动 故未采集到宪整数据， 所以选择室的室内气温分别为 、 、 。 说明 的固化共 数据进行分析） 具体数据见表沙蓄热后墙蓄雜量大于砖墙， 但 的最高气温高于 ，表 测试期 座温室的室内气温分析说明聚本板可有效绝白天热里的散失， 下午 ： 保温 被关闭后， 减少了热量散失， 座温室的气温都有所上升，后墙蓄积的热量也散发到温室中 。 座温室的夜间平均气 参数 議 温分别为 、 、 ， 保温蓄热性能最好，平均最彳氏，温 比 、 分别高 、 。則 日平温， ， 白天 （： ？： ） 平均气温 室外（ ：？： ）一一 一 司 ！；（ ：？： ） 最低气温的天数 ；姻 气 鑛懇 的关， 白平均擎如 ： ： ： ： 时刻 白天平均气温彡的天数狂 产天 的测试期内 ， 的夜间的平猶气温和最低气溫均最高， 且 最低气温笔（的天数为 ，可满足作物 ， 的生长需求， 虽然 的墙体臟太于 ， 但 夜间 丨平齒气 ：）（ ） 相：卿太， 说喪 聚苯板在夜间具有较好的阻止热賃散失的作用 ， 软厚 的嘗热体也起到了相应的保溢作：用、 温室后墙温度对比分析 温室墙体不同深度的平均温度变化 ： ： ： ： ：图分别选取了 晴天（ ） 和 阴 天（ ） 的墙体温度数据。， ）晴天墙体温度对比分析， ，由图 可知， 在晴天条件下 墙体温度最图 不同皿罜罜内外气皿变化古 曰、曰关士， ，同为 ， 最低为 ， 取大温差为 ， 而、 ，？米度处最大温差分别为、 。 随着？米度的， 驗温度的波动幅度变小 。 但深度处的温 测试期间温室室内气温对比寒达到了， 说明 墙体内部恒定瘟度区域处于为了更好地了解 座温室长期的室肉气温变化， 选？之间， 接近 根据李明等 提出的取； 望 逢续 的食；内气綺数搪温法蓄热体确定方法， 的篝雜体厚度近 ，进行了总结分析 因为 试验园固停电导致其中固化沙蓄热体厚處近 。 益。 ： ？ ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： ： 时刻 时刻 晴天 （ ） 阴天 （ ） （ ） （ ）注： 横坐标平分为 部分， 每部分均为当天 ： 至： 。 数据为每小时的平均值。 “”表示测点距墙体内表面 ， 下同。： ： ：“”，图 后墙内不同深度的平均温度变化 察 期鲍恩财等： 固化參，墙日光温室愈工性能试验：墙体 、 、 、 、 深禊处的圈可觀 天条件下 通风管道：内部， 即 处的最大温義分别为 、 、 、 、 。 处：温度波动幅度为 ， 向、上 、 、 处的温测点位于主动通风蓄热系统的通风誉道内，故与 相比度波动幅度分别为 、 、 而向下 、 、有较大、的温度波动。 墙体内部的温度恒定区域处于处的温度波动幅度分别为 、 、 基本？ 之丨旬， 奮热体厚虞超过， 眞中呈时称分布 而由知， 深度处的度化沙蓄热体厚虔超过了。 与相比 ， 的蓄波动幅度为 ，不属于蓄热体 但对于 来说，热体厚瘈明显增大 墙体相同潔度处的：温雜动顿慶也深慶处， 通风詹道内部 慮择 ） 冓臂道外明显增大。 这说明蓄热循环系统能使热夤更加有效地部上下各的高度截風内的墙体均厲亍蓄热体， 说明积到通风管道周边的蓄热体中主动蓄热系统增大了墙体的蓄热体积。 由？于温度的向上传墙体 、 、雜瘈处的讀大海義分别为递现象， 墙体不筒雛处的和散 ， 也导、 、 ：墙体内部的温虔恒定：区域处于 ？致了：粗同：海盧不墙体高盡在两一时刻墙体温度脱養异，之间。 蓄热体厚度和蓄热体温度波动幅度均较小 图可知 ， 阴天条件下， 通风管道内部， 即 处的 ） 財天墙体温廣对比分析温度狭动帳度为 ， ：向上 、 、 处的温图反祕了阴天 靡室的墙体温度情况， 总化度 动幅摩分别为 、 、 ， 而向下 、 、趋勢与靖天相近 与深度处 自天的温处的温度滅动帳慶；分别为、 、 ， 仍議度朋鑛 而在 雛处， 由子蓄热循本呈对称分布 与晴矢相比 ， 于墙体得麵減少 ， 酎环系统未启动导致墙体内蓄积的热暈未释放出， 全天条件下的墙体整体温度较低， 同时通风管道上下形成天墙体的温度高于 。 墙体处的温農 的蓄热体积明显减小持恒定， 与天相比恒定的区域向墙体内侧偏移， 说明阴， 、天室内操量的减少使得蓄热体厚度随之减小 墙体处的全天温度处于以下，役有聚苯板的有效隔热，图 反映出晴天墙体中的温度辰著低于 墙墙体外侧的温度受到童外低温的影响较大， 也导致了良内体中的愈度， 但图 的结果表明 比 的气温略墙体与温室内部热量严重流失。这是因为固化沙墙体的热工性能较砖墙稳定， 其热容太、 墙体内部 腿处不同 高度温度变化墙体温度皴动幅度低， 而砖墙受蕰度的彰响较太，升、图 分别选取了 晴天（） 和 阴天： 降温論 比气；温略綠也说明國化沙潘体的保（ ）的墙体内部 处不同高度温度的温蓄热能力較强， 麵气温表现较稳定 后墙聚苯板变化数据，？夺在有：效减少了親倉魏羹货散失， 故 的气温与藤 脚接近， 但本文南具体研究嵐化沙的热工参数， 包括密度、 一 价 比热与传热系数等， 下一步将进一步研究并阐述固化沙一？ 与 对比时、， 由于；外未安裝聚苯板，不能充分说明 蓄热循环系统的优越性， 后斯在 后墙外安装同等规格的聚苯板后继续试验， 进一步分析交鱗气稱蓄热循环系统的蓄热效果。， ）与在、 、 和深度处的温 度差较大， 由裏 可知胃热循环系统的通道 位：于墙内 ？之间 晴天蓄热循环系统将白天室内的热空气通入蓄热体中 ， 通风管道的存在増加了导热面积从而提高垴体的蓄热能力 。但蓄热循环系统 有较大的改进空间 ， 系统应根据温室内气温的情况进 行主动的开启与关闭，而非：定时控制。 同时 ， 蓄热循环系统的启动需：要电力控制， 供试温室的电力依靠市 电， 也受限午市电的供应， 苽考處结合菌北地申當 （）的光照和风能资源发展光伏或风力发电来完養动蕾胜：“ 代襄觀点 墙腿深度姓通管遒中酿“ 力代表热循蒋系统 通滅罾道的布意；案、 罾道重：径与：材质、“ ” 代表测点距测点向下 余興。数风机通风量和蓄热体材料都会对蓄热：量产生影响， 需 ：“” 要步试验验证，“”“”，“ ”， 、八 斗 口匕利用西北非地区多沙这删特征， 本文提出 了 种新型固化沙畜热后墙日光温室。 对 种温室的热 农业工程学报 （： ） 年工性能进行了测试， 并与当地已有的普通砖墙温室进行， （） ：对比分析， 得出 以下结论。 （ ） ） 典型晴天 （ ： ？次日 ： ） 条件， 下， 固化沙主动蓄热后墙日光温室 （ ） 室内 日平均气 、 ， 、 ， ， 、 、 ， ， 一 ， ，一，丄？ ， 、丄， ，丄？ 温较固化沙被动蓄热后墙日光温室 （ ） 和普通砖墙， ， （ ）： 光温室 （ ） 分别尚 、 ， 典型阴天 （ 佟国红 ， 王铁良 ， 白义奎， 等 日光温室墙体传热及节能分：？巧日：） 的夜间气温 比 、 分别高 析 农业系统科学与综合研宄， ， （） ： 、 。 ， ， ， ） 连续 的测试结果表明 的室内气温状况取 好， 的平均气温比 、 分别尚 、 ， ，其中 白天 （： ？ ： ） 平均气温比 、 分别高， ， （） ： （ 、 ， 夜间 （ ： ？次日： ）平均气温比