農機與農藝 105 Agricultural machinery and Agronomy 2021 年 2 月下 高寒地區(qū)日光溫室后墻節(jié)能技術的應用 馬 毅 周建容 阿壩職業(yè)學院 四川 阿壩 623200 摘 要 高寒地區(qū)海拔較高 常年低溫 凍土不化 對當地農業(yè)產業(yè)造成了嚴重不利影響 阻礙了當地經濟發(fā)展 現階段 雖 然高寒地區(qū)引進日光溫室 改善了農作物生長環(huán)境 但是由于高寒地區(qū)經濟條件和氣候條件較差 建設日光溫室成本較高 基于 該現狀 在高寒地區(qū)日光溫室應用后墻節(jié)能技術 不斷對日光溫室進行改進 可促進農產業(yè)的發(fā)展 提升當地經濟效益 關鍵詞 高寒地區(qū) 日光溫室 后墻節(jié)能技術 墻體材料 中圖分類號 S626 文獻標志碼 A 文章編號 1672 3872 2021 04 0105 03 作者簡介 馬毅 1984 男 四川理縣人 本科 講師 研究方向 農業(yè)建筑環(huán)境與能源工程 高寒地區(qū)溫度較低 土壤不肥沃是阻礙當地農產業(yè)發(fā) 展的主要原因 通過建設日光溫室 能有效改善農作物生 長環(huán)境 對調節(jié)農業(yè)產業(yè)結構具有關鍵作用 但是傳統日 光溫室使用后墻保溫性能 承載能力等相對較差 且占地 面積較大 易造成資源浪費 1 臨床發(fā)現應用日光溫室后 墻節(jié)能技術能提升后墻性能 且操作相對簡單 費用較低 有助于高寒地區(qū)農作物的栽培和種植 1 日光溫室后墻類型 日光溫室指帶有后墻的大棚 是保暖效果最好的塑料大 棚 在日光溫室中 后墻發(fā)揮著重要作用 白天太陽光照射 到后墻時 后墻會吸收能量 開始蓄熱 夜間氣溫驟降 棚 內溫度降有所下降 此時后墻開始向棚內散熱 維持大棚溫 度 由此可見 后墻在日光溫室中有蓄熱和保溫功效 2 3 1 1 全堆土式后墻 全堆土式后墻是現階段保溫性能最好的后墻 土堆沿 著后墻從地面堆起3m 5m 且土堆越厚 在夜間溫度驟 降時 其保溫效果更好 但是在建設過程中使用土質量較多 在平衡墻體和大棚之間的壓力難度較大 易出現墻體倒塌 現象 4 一旦發(fā)生墻體倒塌情況 應及時對后墻進行修復 和加固 延長大棚使用壽命和保溫效果 1 2 半堆土式后墻 半堆土式后墻是指土堆沿著后墻從地面堆起2m 3m 且保溫性能比全堆土式后墻較低 但是由于使用土質量較 少 對墻體產生壓力較小 此外 還可使用材質較輕 原 材料消耗較少的空心磚 5 6 1 3 磚墻 磚墻具有較好承重 保溫及隔熱等性能 因此可通過 修建墻體方式進行保溫 在修建過程中多見24或37墻體 使用材料多為空心磚或紅磚 7 由于墻體蓄熱能力低下 在早晚溫差變化較大時不能向大棚內持續(xù)散熱 故可在墻 體內使用夾泡沫保溫板進行保溫 但是墻磚占比面積較大 內墻墻體較薄 蓄熱能力低下 寒透能力較強 故不適用 于高寒地區(qū) 8 2 日光溫室后墻改進 2 1 材料選擇 日光溫室后墻主要作用為平衡大棚內溫度 但是不同 材料發(fā)揮的性能不同 故應根據大棚內栽培農作物 氣候 等進行綜合考慮 選擇最佳內墻材料 目前 在日光溫室 后墻中以復合材料和組織材料較為多見 從日光溫室后墻 熱工方面研究發(fā)現 在日光溫室中最理想的墻體是墻體內 側為具有較強吸熱和蓄熱的材料組成的蓄熱層 外側為具 有放熱和導熱能力較差的保溫層 9 10 在墻體中間做好隔 熱層 能最大限度提升保溫效果 在傳統日光溫室中多用 單一的土 磚等進行堆砌 材料單一 且在保溫蓄熱上效 果較差 因此 現階段在日光溫室后墻中所選材料為復合 墻體 在提升蓄熱能力同時 還能提升大棚內室溫 特別 是將苯板作為外側的墻體 保溫效果更好 此外 高寒地 區(qū)的早晚溫差較大 還應使用EPS泡沫板進行保溫隔熱 減少熱量散失 最大限度維持墻體溫度 同時 該材料成 本低廉 是一種性價比較高的保溫隔熱材料 11 2 2 日光溫室后墻熱工性能 日光溫室后墻所使用材料 種類及堆砌高度等直接關 系后墻保溫性能 通常情況下 主要通過計算墻體熱工性 能判斷后墻保溫性能 其中以冬季保溫性能和夏季隔熱性 能為計算標準 日光溫室主要是通過保溫來維持農作物生 長 尤其是在高寒地區(qū) 主要用途為提升大棚內溫度 以 滿足農作物生長需求 因此只用分析冬季保溫性能 判斷 后墻保溫效果 保溫材料保溫性能的傳導系數是判別后墻 保溫性能的關鍵 導熱系數值越大 導熱系數越好 說明 保溫性能越低 因此 在后墻表征材料選擇上 最好選擇 導熱系數值較小材料 提升后墻保溫效果 不同組合材料 的熱功能性如圖1所示 具體內容如下 方案 為10cm 苯板和40cm土體 方案 為10cm苯板和磚墻 方案 為 10cm苯板和40cm空心混凝土砌塊 方案 為10cm苯板和 40cm混凝土砌塊 方案 為10cm苯板和40cm有孔土塊 圖1 不同組合材料熱工性能 方案 導熱系數值最小 保溫效果最強 但是在材料 中所有有孔土塊對技術要求較高 在制作上相對較為困難 因此 選用方案 10cm苯板和40cm空心混凝土砌塊 作 Agricultural machinery and Agronomy 106 農機與農藝 2021 年 2 月下 為當前高寒地區(qū)日光溫室后墻所用材料 2 3 日光溫室后墻溫度 10cm苯板和40cm空心混凝土砌塊是當前日光溫室后 墻最佳材料 但是目前對該材料所產生保溫效果并不明確 需對該材料產生的保溫性能做進一步研究 在研究過程 中 將冬季內日光溫室內溫度變化與普通溫棚內溫度變化 進行對比 可判斷組合材料保溫效果 研究結果顯示 不 用組合材料溫度均高于普通溫棚內溫度 說明10cm苯板和 40cm空心混凝土砌塊在保溫上產生效果更好 計算整個冬 季內2個大棚內溫度的均值可知 組合材料大棚內溫度均 值在9 左右 在普通溫棚內溫度均值在 4 在冬季氣 溫最低時 組合材料大棚溫度與普通溫棚溫度差 最大為 9 再次說明組合材料保溫效果更高 尤其是在溫度下降 的情況下 其保溫效果更好 組合材料大棚與普通溫棚溫 度比較如圖 2 所示 從研究結果中可以看出 組合材料與普通材料在大棚 溫度上相差較大 在使用組合材料后墻后 大棚內溫度明 顯增加 說明使用組合材料后 能有效提升大棚保溫效果 3 日光溫室后墻結構 日光溫室后墻結構不僅影響保溫性能 還影響墻體結 構穩(wěn)定性 對延長日光溫室使用壽命具有積極意義 尤其 是在高寒地區(qū) 當地資源有限 故應充分利用現有資源 減少資源浪費 提高資源利用率 3 1 土墻結構 日光溫室后墻具有結構承重 保溫蓄熱等功效 故使 用墻體材料及墻體構建結構直接關系日光溫室性能 在修 建墻體時 不僅要考慮墻體蓄熱能力 保溫效果 還要考 慮對環(huán)境影響 所需成本及砌筑速度等 土墻比熱值較大 保溫效果較高 且使用成本較低 砌筑速度較快 是現階 段最理想的墻體 12 且在當前農村中 仍以土墻結構為主 要墻體 在以土為材料建造的墻體中有堆土碾壓和干打壘 兩種方法 干打壘是最為簡易的筑墻方法 主要是在2塊 固定木板中間填充黏土 這種方法操作簡單 修建較快 牢固性較高 但是在雨季較多地方 易出現坍塌 故應在 降雨量較少地域修建 且在修建過程中 摻雜稻草或麥草 等還能使墻體強度進一步增加 堆土碾壓是對干打壘做進 一步完善 主要是在履帶機作用下 對墻體進行碾壓 達 到提升墻體牢固度效果 這種方法不僅能減少人工 還能 一定程度上保障墻體保溫效果和承載能力 且修建速度加 快 使用成本較低 故得到農民歡迎和喜愛 但是墻體結構 也存在諸多缺陷 比如 不同地域土質存在較大差異 墻體 性能也有所不同 結構耐久性較差 吸水能力較強 抗雨水 沖刷能力低下 占地面積較大 易破壞當地土壤結構 3 2 磚墻結構 磚墻結構相較于土墻結構具有承載能力強 占地面積 小 結構穩(wěn)定性高等特點 但是由于修建后墻所需磚墻數 量較多 成本相對較高 且不同材料或厚度修建的磚墻在 保溫效果上也存在較大差異 黏土磚與土壤的導熱性無差 異 實心磚墻越厚保溫效果更強 但是保溫效果明顯低于 土墻 很難滿足日光溫室農作物生長需求 因此 在使用 磚墻結構時 通常使用填充材料進行保溫隔熱 提升墻體 保溫性能 3 3 新型墻體結構 創(chuàng)新墻體結構和使用材料 不僅能減少對資源浪費 還能最大限度提升墻體蓄熱保溫效果 現階段 墻體存在 多種結構 如草磚墻 聚苯乙烯泡沫板墻 發(fā)泡水泥墻 聚苯乙烯泡沫空心磚墻及空心板墻等 草磚墻主要是將稻 草或麥草制作成方塊的草捆 像修建墻面一樣 制作成墻體 同時 在墻體內外層涂抹防水層 并在外側修建泡沫水泥 空心墻 以提升保溫效果 這樣不僅可以合理利用農作物 減少資源浪費 還可保護生態(tài)環(huán)境 聚苯乙烯泡沫板墻根 據墻體結構制作成空心磚 在現場采用插接連接方式進行 安裝 操作簡單 所用時間較少 且所使用材料還具有反 光能力 能使光照均勻分布 13 發(fā)泡水泥墻先使用建筑模 板搭建成外墻 再注入發(fā)泡水泥 使其膨脹后 形成墻體 這種墻體牢固性較高 密封性和防水性較高 另外 該材 料保溫隔熱性能較高 但是在發(fā)泡水泥澆筑過程中的難度 較大 很難達到理想效果 4 日光溫室后墻結構改善 通常情況下 在普通溫棚中所使用后墻主要發(fā)揮著承 載作用 且受當地經濟 條件等影響 所使用材料存在較 大差異 其中 土壤 磚塊使用較為普遍 這樣極易出現 資源浪費情況發(fā)生 因此 通過改善日光溫室后墻結構 可最大限度提升資源利用率和后墻性能 提高日光溫室保 溫效果 在該實驗中 所選擇材料為空心混凝土砌塊 根 據原料比例制作成塊 圖2 組合材料大棚與普通溫棚溫度比較 農機與農藝 107 Agricultural machinery and Agronomy 2021 年 2 月下 空心混凝土砌塊制作材料及配方如表1所示 制作成 空心混凝土砌塊后 分別進行抗壓 透水系數及凍融試驗 檢測制作空心混凝土砌塊性能是否能達到實際投入使用標 準 抗壓試驗使用長 寬 高分別為100mm的試件 透水 系數測定使用直徑和高度分別為100mm 200mm的試件 凍 融試驗使用長寬高分別為 100mm 100mm 400mm 的試件 最終實驗結果如表2所示 成與普通溫棚大小 結構等完全一致形態(tài)后發(fā)現 其與預 期目標完全一致 但是為避免在投入使用后出現后墻坍塌 情況 需在墻體內填充石子 澆筑混凝土 提升其穩(wěn)定性 14 6 結束語 高寒地區(qū)的氣候 地域等存在較大劣勢 在建設日光 溫室中應充分利用資源 減少資源浪費 提升后墻節(jié)能性 文章所采用材料為性價比最高的苯板和空心混凝土砌塊組 合材料 蓄熱保溫效果較好 適用于高寒地區(qū) 參考文獻 1 張振軍 北方高寒地區(qū)雙膜節(jié)能日光溫室建造 J 新農業(yè) 2018 13 28 29 2 孫小麗 馬皓誠 曹新偉 等 新疆地區(qū)日光溫室節(jié)能技術 與方法 J 農業(yè)科學 2017 7 6 404 411 3 郭凱先 溫軍 青海高寒干旱區(qū)冬暖式日光溫室辣椒灌溉制 度的擬定 J 安徽農業(yè)科學 2016 6 316 318 4 仉國棟 楊青順 景明霞 等 高寒地區(qū)日光溫室后墻節(jié)能 技術研究與應用 J 農機化研究 2015 12 218 221 5 吳照學 王強 張勇 等 青海地區(qū)日光溫室節(jié)能型主動蓄 熱式后墻的性能測試 J 中國農業(yè)氣象 2020 41 2 86 93 6 張海云 劉生虎 吳海峰 等 青海日光溫室新型節(jié)能建造 技術 J 農業(yè)工程技術 2017 37 22 35 38 7 李星 劉海河 張彥萍 等 一種新型裝配式節(jié)能日光溫室 的設計和建造 J 農業(yè)工程技術 2018 38 13 75 77 8 鮑恩財 曹晏飛 鄒志榮 等 節(jié)能日光溫室蓄熱技術研究 進展 J 農業(yè)工程學報 2018 34 6 1 14 9 周凱 徐銳 龍曉軍 等 日光溫室墻體的保溫性能及其設 計與建造 J 農業(yè)工程技術 2019 39 4 37 41 10 劉杰 成宇宇 王川奇 等 后墻涂色對日光溫室光熱性能 的影響 J 農業(yè)工程技術 2020 760 4 57 59 62 11 劉明偉 北方高寒地區(qū)節(jié)能日光溫室技術 J 農民致富之友 2019 54 17 228 12 王洪義 祖歌 楊鳳軍 等 高緯度地區(qū)多功能日光溫室設 計 J 農業(yè)工程學報 2020 382 6 178 186 13 王海龍 王蘭生 馬曉燕 等 北方高寒陰濕區(qū) 臨蘆1號 日光溫室無公害栽培技術 J 農業(yè)科技通訊 2017 12 552 322 323 14 李浩浩 簡析建筑節(jié)能的現狀及其改進對策 J 南方農機 2020 51 1 256 收稿日期 2021 1 25 表1 空心混凝土砌塊制作材料及配方 表2 空心混凝土砌塊性能結果 試件組號 水灰比 tc c 水泥用量 C kg 砂S kg 石G kg 水W cm 3 水泥改質 劑 cm 3 1 0 4 300 139 1 471 75 45 2 0 45 136 1 456 90 3 0 5 132 1 480 105 4 0 4 250 1 678 62 5 37 5 5 0 45 1 645 75 6 0 5 1 612 82 5 7 0 4 165 1 550 62 5 8 0 45 160 1 517 75 9 0 5 157 1 505 87 5 試件組號 水灰比tc c 7d抗壓強度 MPa 28d抗壓強 度 MPa 凍融次數 水凍水融 透水系數 cm s 1 1 17 3 13 7 15 5 33 0 678 2 16 5 12 4 14 8 30 0 453 3 14 7 13 17 5 35 0 311 4 25 4 7 3 9 7 15 1 324 5 24 3 8 10 4 17 1 204 6 22 8 10 4 13 5 21 1 075 7 21 7 14 3 16 8 33 0 874 8 19 5 15 6 18 1 39 0 978 9 18 7 15 1 17 2 35 0 765 通過試驗后可以看出 制作的空心混凝土砌塊能滿足 使用要求 制作完成后可直接投入日光溫室后墻建設中 5 日光溫室后墻節(jié)能技術應用 將制作完成的空心混凝土砌塊投入日光溫室后墻建設 中 保障蓄熱保溫性能實現預期目標 將該日光溫室制作