南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2018， 41( 1) : 172180 http: / /nauxbnjaueducnJournal of Nanjing Agricultural University DOI: 107685/jnau201703041收稿日期: 20170328基金項(xiàng)目: 江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程項(xiàng)目( SXGC 2015 321， SXGC 2016 177)作者簡(jiǎn)介: 何向麗，碩士研究生 。*通信作者: 王健，副教授，博士，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)工程研究， E-mail: wangjian njaueducn。何向麗，王健，郭世榮，等 拆裝型黃麻纖維后墻溫室墻體傳熱特性研究 J 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， 41( 1) : 172180拆裝型黃麻纖維后墻溫室墻體傳熱特性研究何向麗1，王健1*，郭世榮1，孫錦1， 2，張劍1，倪夢(mèng)偉1，藍(lán)盾1( 1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇 南京 210095; 2南京農(nóng)業(yè)大學(xué)( 宿遷) 設(shè)施園藝研究院，江蘇 宿遷 223800)摘要: 目的為實(shí)現(xiàn)日光溫室的全年型生產(chǎn)，設(shè)計(jì)了拆裝式黃麻纖維后墻溫室，以探討黃麻纖維材料作為溫室拆裝墻體的可行性 。方法以拆裝式黃麻纖維后墻溫室為試驗(yàn)溫室，以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)黏土磚后墻日光溫室為對(duì)照，對(duì)溫室墻體的熱工性能 、傳熱特性以及室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行了試驗(yàn)研究 。結(jié)果冬季溫室內(nèi)部氣溫保持在 4 以上，黃麻墻結(jié)構(gòu)保溫效果良好; 夏季黃麻墻拆除后，室內(nèi)最高氣溫在 40 以下 。溫室墻體內(nèi) 、外表面溫度受太陽輻射及室內(nèi) 、外氣溫的共同影響，呈現(xiàn)與氣溫相同的日變化規(guī)律 。室內(nèi)氣溫 、墻面溫度影響墻內(nèi)各深度層次的溫度分布，溫度的總體變化趨勢(shì)是由內(nèi)表面向外表面沿厚度方向遞減 。與磚墻相比，黃麻墻蓄熱性能較低，但保溫隔熱效果較好，能量利用率較高 。結(jié)論黃麻纖維材料保溫隔熱性能較好，質(zhì)量輕便于安裝與拆卸且建造與維護(hù)成本較低，因此可作為一種新型溫室墻體材料 。關(guān)鍵詞: 溫室; 墻體; 黃麻纖維; 傳熱中圖分類號(hào): S6251 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào): 10002030( 2018) 01017209The study on the thermal characteristics in solar greenhousewith removable jute fiber back wallHE Xiangli1， WANG Jian1*， GUO Shirong1， SUN Jin1， 2， ZHANG Jian1， NI Mengwei1， LAN Dun1( 1College of Horticulture， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China;2Nanjing Agricultural University( Suqian) Academy of Protect Horticulture， Suqian 223800， China)Abstract: Objectives In order to achieve the annual production of solar greenhouse， a novel solar greenhouse with removable jutefiber back wall( experiment greenhouse) was designed in this study This paper aims to explore the feasibility of the jute fiber materialas the removable back wall Methods The thermal performance， heat transfer characteristics of back walls and indoor thermal environ-ment of greenhouses were studied by using the solar greenhouse with removable jute fiber back wall as the experimental greenhouse andthe traditional clay brick back wall greenhouse as control Results In winter， the temperature inside the experimental greenhouse wereabove 4 ， so the thermal insulation performance of jute fiber wall was good In summer， after the jute fiber wall were removed， thehighest indoor temperature was below 40 The temperatures at different layers and the heat flows of back wall surfaces were signifi-cantly affected by indoor， outdoor air temperature and solar radiation， and had the same diurnal variation as indoor and outdoor air tem-peratures Temperature of each point inside the wall was affected by inner surface temperature Overall， the temperature declined frominner surface to outer surface at thickness direction Compared with the clay brick， jute fiber's thermal storage performance was low， butthe insulation effect and the energy utilization was better Conclusions The jute fiber material not only has a good thermal insulationperformance， but also has the lower density， so the jute fiber wall is easy to install and disassemble In addition the jute fiber wallconstruction and maintenance costs are lower， and overall the jute fiber can be used as a new type material for the novel greenhouseKeywords: greenhouse; wall; jute fiber; heat transfer墻體作為溫室的圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，對(duì)溫室內(nèi)部的熱環(huán)境有直接影響 。溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫蓄熱性能，一直是研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問題 。溫室墻體材料的選擇不僅影響墻體的保溫蓄熱性能，也影響著墻體結(jié)構(gòu)安全 、生態(tài)環(huán)境以及建造成本 。在溫室設(shè)計(jì)建造過程中，應(yīng)在綜合考慮建造成本 、保溫蓄熱性能和對(duì)環(huán)境影響程度等因素的基礎(chǔ)上對(duì)墻體材料進(jìn)行選擇與應(yīng)用 1。近些年來，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞溫室墻體傳熱特性與性能改良做了大量研究，主要包括不同材料 、不同結(jié)構(gòu)墻體的保溫蓄熱性能分析 26，新型墻體材料研究與開發(fā) 712及墻體傳熱特性的模擬 、實(shí)測(cè)分析 1318等幾個(gè)方面 。這些研究為墻體材料的創(chuàng)新及墻體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ) 。對(duì)溫室而言，墻體良好第 1 期 何向麗，等: 拆裝型黃麻纖維后墻溫室墻體傳熱特性研究的保溫蓄熱能力是低溫季節(jié)溫室提高溫度 、抵抗嚴(yán)寒 、進(jìn)行生產(chǎn)的重要保證 。然而到了炎熱的夏季，墻體的存在成為溫室通風(fēng)降溫的重要障礙 。大多數(shù)溫室到了夏季因通風(fēng)效果差 、室內(nèi)溫度過高不得不進(jìn)行閑置，無法進(jìn)行周年性生產(chǎn)，土地利用率較低 。麻是天然纖維中僅次于棉花的第二大類纖維，可分為苧麻 、亞麻 、大麻 、黃麻 、劍麻等，全世界年產(chǎn)量約為 500 萬 t 左右，其中黃麻約占總產(chǎn)量的 60%70%。黃麻纖維復(fù)合材料具有隔熱 、吸音性能好 、能量吸收能力好 、耐沖擊 、燃燒速率低 、節(jié)能環(huán)保 、密度低等優(yōu)點(diǎn) 19。但在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，尤其是將黃麻纖維應(yīng)用于溫室墻體材料的研究尚未見相關(guān)報(bào)道 。為改良傳統(tǒng)溫室結(jié)構(gòu)和提高溫室的利用率，本研究結(jié)合溫室后墻功能及黏土磚與黃麻材料的使用現(xiàn)狀，以黃麻纖維為原料，將其加工成板材，應(yīng)用于溫室后墻，設(shè)計(jì)并建造了拆裝型黃麻纖維后墻溫室( 以下簡(jiǎn)稱為新型溫室) ，并對(duì)新型溫室黃麻纖維后墻與傳統(tǒng)溫室黏土磚后墻的熱工參數(shù) 、建造成本 、傳熱特性以及溫室室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行了研究，旨在為該新型墻體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供理論依據(jù) 。1 材料與方法11 試驗(yàn)溫室試驗(yàn)溫室位于江蘇省宿遷市南京農(nóng)業(yè)大學(xué)( 宿遷) 設(shè)施園藝研究院基地( 3403° N， 11828° E) 。新型溫室為試驗(yàn)溫室，傳統(tǒng)型日光溫室為對(duì)照溫室，兩溫室除墻體以外結(jié)構(gòu)相同: 溫室坐北朝南，長(zhǎng)度 50 m，跨度 90 m，脊高 38 m，后墻高 28 m，后屋面仰角 45°，前屋面角 254°，后屋面水平投影 10 m。兩溫室在前屋面均設(shè)置兩處通風(fēng)口，寬度均為 10 m，其中前通風(fēng)口中心位置距地 10 m，頂通風(fēng)口中心位置距屋脊15 m。新型溫室后墻材料為黃麻纖維加工成的板材，傳統(tǒng)型日光溫室后墻材料為黏土磚 。新型溫室后墻包括上 、下兩部分，上部分為鍍鋅鋼架和黃麻板組成的拆裝墻體，下部分為黏土磚砌筑的固定墻體，厚度均為 05 m。黃麻墻體結(jié)構(gòu)組成由內(nèi)而外分別為 8 cm 黃麻板 +34 cm 空氣層 +8 cm 黃麻板 +防蟲網(wǎng) +015 mm 塑料薄膜，冬季及早春季節(jié)安裝黃麻墻體用于溫室保溫，夏季將其拆除以利于加強(qiáng)溫室通風(fēng) 。構(gòu)建黃麻墻體的黃麻板尺寸為 14 m×14 m×008 m，材料平均密度為 60 kg·m3，黃麻板表面采用塑料薄膜包裹密封作為防水層 。拆裝式黃麻后墻日光溫室的黃麻板拆除后，作為后墻通風(fēng)口，寬 14 m。兩種溫室結(jié)構(gòu)剖面圖如圖 1 所示，使用現(xiàn)狀如圖 2 所示 。圖 1 供試日光溫室結(jié)構(gòu)剖面圖Fig. 1 Sectional view of the experimental solar greenhouses新型溫室后墻材料為黃麻纖維，對(duì)照溫室后墻材料為黏土磚 。The materials of back wall in new greenhouse are jute fiber The materials of back wall in control greenhouse are clay brick12 試驗(yàn)設(shè)計(jì)121 黃麻板與黏土磚熱工性能計(jì)算 為了評(píng)估溫室后墻材料熱性能，引入 3 個(gè)參數(shù): 蓄熱系數(shù)( S) 、熱阻( R) 、熱惰性指標(biāo)( D) 。蓄熱系數(shù)表示材料對(duì)熱作用反應(yīng)的敏感程度，蓄熱系數(shù)越大，表面溫度波動(dòng)越小，抵抗溫度諧波的能力越大，蓄熱能力越強(qiáng) 。熱阻是反應(yīng)阻止熱量傳遞能力的綜合參量 。熱惰性指標(biāo)為表面溫度諧波振幅與材料的溫度諧波振幅的比值，熱惰性指標(biāo)越大，表明材料溫度波動(dòng)越小，溫度波衰減越快，材料的熱穩(wěn)定越好 20。蓄熱系數(shù)( S) 計(jì)算公式如下 2122:S= 2×××槡C/Z ( 1)式中: S 為蓄熱系數(shù)( W·m2·1) ; 為導(dǎo)熱系數(shù)( W·m1·1) ; 為密度( kg·m3) ; C 為比熱容( J·kg1·1) ;Z 為溫度波動(dòng)周期( s) 。371南 京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 41 卷圖 2 溫室內(nèi) 、外景圖Fig. 2 The inside and outside photographs of the greenhousesa新型溫室和對(duì)照溫室外景圖; b對(duì)照溫室內(nèi)景; c新型溫室冬季內(nèi)景; d新型溫室夏季內(nèi)景; e黃麻纖維板 。aOutdoor view of new and control greenhouse; bIndoor view of control greenhouse; cIndoor view of new greenhouse in winter;dIndoor view of new greenhouse in summer; eJute fiber boards熱阻( R) 計(jì)算公式如下:R=d/ ( 2)式中: R 為熱阻( m2··W1) ; d 為材料厚度( m) 。熱惰性指標(biāo)( D) 計(jì)算公式如下:D=R×S ( 3)式中: D 為熱惰性指標(biāo); R 為熱阻( m2··W1) ; S 為蓄熱系數(shù)( W·m2·1) 。圖 3 供試溫室室內(nèi)測(cè)定點(diǎn)分布Fig. 3 Distribution of measuring points inside greenhouse17 為不同墻體厚度溫度測(cè)定點(diǎn); +: 室內(nèi)溫度測(cè)定點(diǎn)， : 熱流量測(cè)定點(diǎn) 。17 indicate the wall temperature measuring points at different thickness; +: Indoor temperature measuring point; : Heat flux intensitymeasuring point122 溫室室內(nèi)熱環(huán)境對(duì)比試驗(yàn) 環(huán)境因子測(cè)量項(xiàng)目包括室內(nèi)外空氣溫度 、墻體溫度以及墻體表面熱流量 。其中，室內(nèi)外空氣溫度監(jiān)測(cè)采用溫濕度記錄儀( HOBO 溫度 /濕度數(shù)據(jù)記錄儀 HOBO U10003; 測(cè)量范圍: 2070 ; 精度: ±02 ) ，記錄間隔 10 min; 墻體溫度監(jiān)測(cè)采用 T 型熱電偶( OMEGA， USA) ; 墻體表面熱流量監(jiān)測(cè)采用熱流量傳感器( HFP01， Netherlands) 。熱電偶和傳感器連接于數(shù)字采集儀( Campbell，CR3000， USA) ，記錄間隔 10 min。室內(nèi)布置 5 個(gè)空氣溫濕度測(cè)定點(diǎn)，高度分別為 08、15、23 m; 兩溫室后墻內(nèi)外表面各布置 1 個(gè)測(cè)定點(diǎn)，監(jiān)測(cè)墻體內(nèi)外表面的熱流量變化 。兩溫室后墻墻體溫度測(cè)定點(diǎn)測(cè)量深度分別為 0、4、8、25、42、46 和 50 cm。墻體溫度測(cè)定點(diǎn)和墻體內(nèi)外表面熱流量測(cè)定點(diǎn)高度均為 21 m。室外布置 1 個(gè)空氣溫度測(cè)定點(diǎn)，高度 15 m，位于溫室正南方 50 m。具體測(cè)定點(diǎn)布置如圖 3 所示 。471第 1 期 何向麗，等: 拆裝型黃麻纖維后墻溫室墻體傳熱特性研究13 測(cè)試時(shí)間測(cè)試時(shí)間為 2016 年 7 月 23 日 8 月 14 日( 夏季) 、2016 年 12 月 23 日 2017 年 1 月 3 日( 冬季) 。在夏季試驗(yàn)期間溫室通風(fēng)口始終處于打開狀態(tài)( 雨天除外) 。取整個(gè)試驗(yàn)期間的數(shù)據(jù)，對(duì)日最高溫度 、日平均溫度進(jìn)行分析 。在冬季試驗(yàn)期間溫室保溫被早上 9: 00 開啟，下午 16: 00 關(guān)閉 。取 2016 年 12 月 24 日00: 0024: 00( 陰天) 以及 2016 年 12 月 28 日 00: 0024: 00( 晴天) 為典型日，對(duì)典型日所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 。14 數(shù)據(jù)分析處理單位面積墻體放熱量( Q) 計(jì)算公式:Q= H×t ( 4)式中: Q 為單位面積放熱量( kJ·m2) ; H 為熱通量測(cè)量值( W·m2) ; t 為記錄間隔時(shí)間( 10 min) ( ) 計(jì)算公式 。單位面積墻體能量利用率( ) 計(jì)算公式:=QrQc( 5)式中: 為能量利用率; Qr為單位面積釋放的能量( kJ·m2) ; Qc為單位面積吸收的能量( kJ·m2) 。2 結(jié)果與分析21 溫室后墻熱工參數(shù)計(jì)算對(duì)比依據(jù)計(jì)算公式( 1) 、( 2) 和( 3) 對(duì)墻體材料的蓄熱系數(shù) 、熱阻 、熱惰性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果( 表 1) 顯示，與磚墻相比，黃麻墻由于其密度低，墻體相對(duì)較薄，蓄熱系數(shù)較低，使得黃麻墻體蓄熱能力較弱，不利于白天墻體蓄積熱量，但是黃麻板的熱阻較高，具有較好的保溫隔熱性能 。磚墻和黃麻墻的熱惰性指標(biāo)分別為 414 和 115，因而黃麻墻表面溫度變化幅度較大 ?？傮w來說，磚墻的熱穩(wěn)定性略優(yōu)于黃麻墻，而黃麻墻的保溫隔熱性能略優(yōu)于磚墻 。表 1 不同墻體材料的熱工性能Table 1 Thermal properties of different walls墻體Wall厚度 /mThickness導(dǎo)熱系數(shù) /( W·m1·1)Thermalconductivity比熱容 /( J·kg1·1)Specific heatcapacity密度( ) /( kg·m3)Density熱阻 /( m2··W1)Thermalresistance蓄熱系數(shù) /( W·m2·1)Heat storagecoefficient熱惰性指標(biāo)Thermalinertia index磚墻Brick wall05 102 800 1 200 049 844 414黃麻墻Jute fiber wall016 011 1300 60 145 079 11522 兩種日光溫室室內(nèi)熱環(huán)境對(duì)比221 溫室內(nèi)外空氣溫度變化 由圖 4 可見: 夏季黃麻墻體拆除之后，在自然通風(fēng)條件下，與傳統(tǒng)型日光溫室( 對(duì)照溫室) 相比，新型溫室室內(nèi)氣溫較低，白天最高氣溫均保持在 40 以下，比室外溫度高 2 左右，而對(duì)照溫室最高氣溫可達(dá) 473 ，新型溫室日平均溫度比對(duì)照溫室低 17 。試驗(yàn)基地位于蘇北地區(qū)屬于亞熱帶向暖溫帶的過渡區(qū)，傳統(tǒng)日光溫室在夏季溫室內(nèi)部熱量蓄積嚴(yán)重，最高氣溫可達(dá) 40 以上，無法進(jìn)行正常生產(chǎn) 23。而新型溫室隨著黃麻墻體的拆除，溫室通風(fēng)口面積加大，室內(nèi)空氣流速大，使溫室的通風(fēng)方式由原來的前通風(fēng)口 、頂通風(fēng)口的聯(lián)合通風(fēng)改變?yōu)榍巴L(fēng)口 、頂通風(fēng)口以及后墻通風(fēng)口的聯(lián)合通風(fēng)方式，減少了日光溫室后墻熱量的聚集，通過自然通風(fēng)排除的熱量較多，溫室內(nèi)部高溫得到了有效緩解，降溫效果明顯，可以將室內(nèi)溫度控制在 40 以下，能夠滿足夏季栽培需求 。由圖 5 可知: 在冬季測(cè)試期間，試驗(yàn)溫室內(nèi)部空氣溫度與外界變化趨勢(shì)總體相同，兩溫室室內(nèi)溫度顯著高于室外溫度 。白天，隨著室外太陽輻射的增強(qiáng)和保溫被的開啟，溫室內(nèi)部空氣溫度逐漸升高; 隨著太陽輻射的減弱，室內(nèi)空氣溫度開始下降 。由于陰天太陽輻射較低，兩溫室室內(nèi)溫度基本無差異 。在晴天中午和夜間，對(duì)照溫室室內(nèi)溫度較新型溫室高，兩者室內(nèi)的最大溫差為 04 。試驗(yàn)期間，溫室種植作物為番茄，其不耐低溫，長(zhǎng)時(shí)間 5 下即可出現(xiàn)冷害現(xiàn)象，遇 2 1 霜凍即被凍死 24。新型溫室室內(nèi)溫度571南 京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 41 卷受外界冷空氣的影響，最低氣溫出現(xiàn)在 12 月 28 日，為 4 ，由于低溫持續(xù)時(shí)間較短并沒有對(duì)作物造成損害，此時(shí)室內(nèi)溫度比室外溫度高 8 左右，這顯示出該溫室雖然具有一定的保溫性能，但是在夜間保溫方面兩種溫室都需要進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化 。圖 4 夏季兩溫室內(nèi)部日平均溫度和日最高溫度變化Fig. 4 Average air temperature and highest air temperature inside two greenhousesrecorded on alternate days in summer圖 5 冬季溫室內(nèi)外空氣溫度變化曲線Fig. 5 Variation of indoor and outdoor air temperature in winter圖 6 典型天氣溫室后墻內(nèi)外表面溫度與室內(nèi)外氣溫的變化Fig. 6 Variation of inside， outside air temperature and inner， outer surface temperature of back wall on typical days222 典型天氣溫室后墻內(nèi)外表面溫度變化 由圖 6 可以看出: 在陰天( 12 月 24 日) 時(shí)，由于全天太陽輻射量較低，溫室中各測(cè)定點(diǎn)溫度變化幅度較小，在夜間黃麻墻內(nèi)表面溫度略低于室內(nèi)氣溫，表明黃麻墻一直處于吸熱狀態(tài)，但是磚墻內(nèi)表面溫度始終高于室內(nèi)溫度，說明在夜間墻體一直處于放熱狀態(tài) 。在晴天671第 1 期 何向麗，等: 拆裝型黃麻纖維后墻溫室墻體傳熱特性研究( 12 月 28 日) ，保溫被揭開后，隨著接受太陽輻射的增加，室內(nèi)外氣溫及墻體表面溫度均開始上升 。黃麻墻內(nèi)表面溫度增長(zhǎng)迅速，而磚墻內(nèi)表面溫度緩慢增加，兩者始終低于室內(nèi)氣溫，說明墻體不斷在吸熱 。在保溫被覆蓋之前( 16: 00) 的時(shí)間里，黃麻墻內(nèi)外表面溫度均高于磚墻內(nèi)外表面 3 左右，保溫被覆蓋以后，室內(nèi)以及墻體內(nèi)表面溫度開始下降，黃麻墻表面溫度降溫較快，磚墻表面溫度降溫緩慢，磚墻內(nèi)外表面溫度均高于黃麻墻內(nèi)外表面 2 左右，且兩墻體內(nèi)表面溫度略高于室內(nèi)氣溫，這表明兩墻體白天蓄積的熱量在此期間開始緩慢放出 。晴天各墻體表面溫度均在 13: 00 左右達(dá)到最大值，其中黃麻墻內(nèi)表面溫度比磚墻內(nèi)表面溫度高 59 。兩墻體內(nèi)表面溫度在 07: 00 左右降到最小值，磚墻溫度比黃麻墻溫度高 1 左右，此時(shí)兩溫室室內(nèi)溫度均比室外溫度高 78 左右 。以上結(jié)果表明: 后墻內(nèi)外表面溫度主要受太陽輻射以及室內(nèi)外氣溫的共同影響，在晴天夜間及陰雨天，室內(nèi)氣溫 、墻體內(nèi)外表面的溫差促進(jìn)墻體熱量的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而導(dǎo)致溫室內(nèi)部及墻體熱量的損失 。223 墻體溫度沿墻體厚度方向的變化分析 由圖 7 可知: 不同墻體各分層溫度在一天中與室內(nèi)空氣溫度變化趨勢(shì)相同 。晴天白天，受太陽輻射的影響，墻體內(nèi)表層溫度波動(dòng)較大 。同一時(shí)刻，沿墻的厚度方向，隨著厚度的增加，溫度變化的總體趨勢(shì)是逐漸降低，說明熱傳導(dǎo)的方向始終指向墻體外側(cè) 。黃麻墻中，在同一時(shí)刻 941 cm 處測(cè)定點(diǎn)溫度相同，這是墻體內(nèi)部空氣層存在的結(jié)果，在墻體建造過程中，適當(dāng)厚度的空氣層可以在一定程度上起到保溫隔熱的作用，但從結(jié)果來看，黃麻墻中空氣層未發(fā)揮保溫作用，這是由于空氣層厚度過大，內(nèi)部空氣對(duì)流較快 。在夜間，磚墻小于 010024 m 厚度的溫度略高于內(nèi)表面，說明夜間固定磚墻內(nèi)表層有熱量向室內(nèi)釋放，而其余墻體部分熱傳導(dǎo)方向保持不變 。圖 7 晴天兩溫室墻體內(nèi)部溫度分布日變化規(guī)律Fig. 7 Hourly temperature distribution of brick wall and jute fiber wall inside greenhouse on a sunny day224 墻體表面熱流量分析 由圖 8 可知: 晴天白天磚墻內(nèi)表面處于吸熱狀態(tài)，夜間處于放熱狀態(tài) 。墻體放熱主要集中在保溫被覆蓋后且在 2 h 后達(dá)到最大值 。黃麻墻內(nèi)表面在 09: 0013: 00 處于吸熱狀態(tài)，但是保溫被覆蓋后僅放熱 8 h，之后均處于吸熱狀態(tài) 。晴天墻體內(nèi)外表面熱流量波動(dòng)幅度較大，而在陰天，黃麻墻內(nèi)外表面在全天時(shí)間內(nèi)熱流量變化范圍較小且相互間差異不明顯，基本處于吸熱狀態(tài) 。磚墻內(nèi)外表面在白天吸熱量較少，保溫被覆蓋后向外界釋放的能量較低 。由圖 9 可見: 黃麻墻和磚墻的能量利用率趨勢(shì)相同，在陰天由于太陽輻射量較小，墻體基本處于吸熱狀態(tài)，所以墻體的能量利用率較低，黃麻墻和磚墻的能量利用率大約分別為 30%和 21%; 在晴天由于全天太陽輻射較強(qiáng)，墻體可在白天吸收并蓄積熱量，并于夜間將熱量向室內(nèi)釋放，使室溫保持在較高水平，因此墻體的能量利用率較高，黃麻墻和磚墻的能量利用率分別為 88%和 62%。整體來看，無論陰天還是晴天黃麻墻的能量利用率較磚墻高 。為了進(jìn)一步分析典型天氣條件下兩種墻體具體的吸熱量和放熱量，對(duì)一天內(nèi) 2 種墻體內(nèi)表面能量的變化進(jìn)行分析，結(jié)果( 表 2) 顯示，與磚墻相比，黃麻墻全天吸收能量較少，表明黃麻墻的蓄熱能力較磚墻低，但其能量利用率較高，進(jìn)而表明黃麻墻的隔熱能力較磚墻高 。771南 京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 41 卷圖 8 典型天氣墻體表面熱流量變化Fig. 8 Variation of heat flux intensity of wall surface on typical days圖中墻體表面熱流從內(nèi)表面沿墻體傳向室外方向?yàn)樨?fù)值，反之為正值 。The heat transfer from inner surface to outdoor is defined as negative value， and on the contrary is positive圖 9 冬季兩溫室墻體表面能量利用率變化Fig. 9 Variation of energy efficiency of brick wall and jute fiber wall surface during winter days表 2 典型天氣 00: 0024: 00 不同墻體的內(nèi)表面熱量Table 2 Heat of back walls during 00: 0024: 00 on typical days天氣Weather日期Date墻體 Wall吸熱量 /( kJ·m2)Heat of collect放熱量 /( kJ·m2)Heat of release能量利用率 /%Energy efficiency陰天Cloudy day1224磚墻 Brick wall黃麻墻 Jute fiber wall37298607232001939233晴天 Sunny day 1228磚墻 Brick wall黃麻墻 Jute fiber wall806611234486410022603892注: 測(cè)定的放熱量為正值，吸熱量為負(fù)值 。Note: The measured heat release is positive， the heat absorption is negative3 討論與結(jié)論對(duì)具有后墻的日光溫室而言，墻體起到蓄熱保溫隔熱的作用 25。熱性好的墻體熱貢獻(xiàn)大，傳熱量少，保溫效果好 。薛亞寧等 26指出，墻體熱工性能體現(xiàn)在兩大方面: 一是作為蓄熱材料對(duì)白天照射在墻面上的太陽能進(jìn)行儲(chǔ)存，二是作為保溫材料來阻擋向外散失的熱量 。溫室墻體的保溫蓄熱能力與墻體材料有密切關(guān)系 。本試驗(yàn)結(jié)果表明: 新型溫室黃麻墻體在晴天夜間，放熱高峰集中在保溫被覆蓋后 2 h，放熱時(shí)間主要在保溫被覆蓋后約 8 h。在陰天夜間，黃麻墻體以吸熱為主，而磚墻墻體在整個(gè)試驗(yàn)期間以放熱為主 。雖然黃麻墻蓄熱性能不足，但是無論在陰天還是晴天黃麻墻表面的能量利用率均比磚墻高 。所以與傳統(tǒng)砌塊墻體相比，黃麻墻體的熱阻較高，具有較好的保溫隔熱性能，新型溫室在冬季最冷月份，溫室內(nèi)部空氣溫度保持在 4 以上比室外氣溫高 8 ，可以滿足冬季栽培需求，因此可以將黃麻板作為新型溫室的拆裝后墻 。871第 1 期 何向麗，等: 拆裝型黃麻纖維后墻溫室墻體傳熱特性研究在夏季，溫室內(nèi)部的較高氣溫和地溫對(duì)作物生長(zhǎng)不利 。對(duì)溫室而言，夏季白天室內(nèi)高溫的主要原因在于后墻的影響 。在本研究中，隨著黃麻墻的拆除，與對(duì)照溫室相比，新型溫室室內(nèi)自然通風(fēng)面積增大，減少了日光溫室后墻熱量的聚集，通過自然通風(fēng)排除的熱量較多，使得溫室通風(fēng)降溫效果較好整個(gè)夏季無極端高溫產(chǎn)生，這與 Inbok 等 27、Bournet 等 28和王云冰等 29的研究結(jié)果一致 。在夏季最熱月份，溫室內(nèi)部空氣最高溫度可有效控制在 40 以下，比對(duì)照溫室低 7 左右，新型溫室室內(nèi)無極端高溫產(chǎn)生，顯示出較好的通風(fēng)降溫性能 。而對(duì)照溫室由于通風(fēng)性能較差，室內(nèi)高溫頻發(fā) 。日光溫室相對(duì)于其他多種園藝設(shè)施是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的溫室類型，故造價(jià)問題也是開發(fā)新型日光溫室的重要控制因素 。本研究在進(jìn)行充分的市場(chǎng)調(diào)研和造價(jià)估算之后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于 50 m 長(zhǎng) 、05 m 厚的磚墻建造成本為 94 元 ·m2，施工費(fèi)為 8 000 元; 016 m 厚的黃麻墻建造成本為 69 元 ·m2，施工費(fèi)為 6 000 元 。與對(duì)照溫室磚墻相比，新型溫室的黃麻墻的成本投入可減少 3 798 元 。另外，一方面由于黃麻纖維材料質(zhì)量輕便，在使用過程中便于安裝與拆卸，無需額外人工費(fèi)用并可自行拆裝; 另一方面黃麻材料表面采用薄膜密封，可防水防潮，在一定程度上可延長(zhǎng)其使用壽命 。因此黃麻墻體在使用過程中維護(hù)成本較低 。所以，黃麻材料作為黏土磚的替代材料參與日光溫室的建造是經(jīng)濟(jì)可行的 。與傳統(tǒng)溫室相比，拆裝式黃麻纖維后墻溫室冬季保溫性能良好，但其蓄熱性能仍需進(jìn)一步優(yōu)化提高 。夏季室內(nèi)通風(fēng)降溫效果明顯，能夠?qū)崿F(xiàn)夏季作物的生產(chǎn)要求，提高日光溫室利用率 。由于黃麻纖維材料質(zhì)量輕便，在使用過程中便于安裝與拆卸，可自行拆裝而無需額外的人工費(fèi)用，并且建造與維護(hù)成本較低，可以作為保溫隔熱材料或者溫室后墻，應(yīng)用于全年生產(chǎn)型溫室的設(shè)計(jì)與建造中 。參考文獻(xiàn) References: 1 李明，魏曉明，齊飛，等 日光溫室墻體研究進(jìn)展 J 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 51( 6) : 11621170， 1176Li M， Wei X M， Qi F， et al Research progress in wall of solar greenhouses J Xinjiang Agricultural Sciences， 2014， 51( 6) : 11621170， 1176( in Chinese with English abstract) 2 佟國(guó)紅， Christopher D M 墻體材料對(duì)日光溫室溫度環(huán)境影響的 CFD 模擬 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2009， 25( 3) : 153157Tong G H， Christopher D M Simulation of temperature variations for various wall materials in Chinese solar greenhouses using computationalfluid dynamics J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2009， 25( 3) : 153157( in Chinese with English abstract) 3 劉思瑩，戴希楠，黃龍，等 北京地區(qū)常用類型日光溫室的冬季氣溫特性分析 J 中國(guó)蔬菜， 2011( 22/24) : 2025Liu S Y， Dai X N， Huang L， et al Analysis of winter temperature traits in common solar greenhouse in Beijing areas J China Vegetables， 2011( 22/24) : 2025( in Chinese with English abstract) 4 張武鎖，李連旺，溫祥珍，等 墻體填充材料對(duì)日光溫室保溫性的影響 J 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2007， 29( 3) : 14Zhang W S， Li L W， Wen X Z， et al Influence of filling mater IALS in wall to heat preservation property of solar greenhouse J Journal of InnerMongolia Agricultural University， 2007， 29( 3) : 14( in Chinese with English abstract) 5 盧志權(quán)，劉在民，于錫宏，等 不同凹式墻體對(duì)溫室蓄熱性能的影響 J 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)( 理學(xué)版) ， 2013， 40( 3) : 344347Lu Z Q， Liu Z M， Yu X H， et al Effects of different concave type structure wall on thermal performance in the greenhouse J Journal ofZhejiang University( Science Edition) ， 2013， 40( 3) : 344347( in Chinese with English abstract) 6 張勇，高文波，鄒志榮 主動(dòng)蓄熱后墻日光溫室傳熱 CFD 模擬及性能試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2015， 31( 5) : 203211Zhang Y， Gao W B， Zou Z R Performance experiment and CFD simulation of heat exchange in solar greenhouse with active thermal storageback-wall J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2015， 31( 5) : 203211( in Chinese with English abstract) 7 管勇，陳超，李琢，等 相變蓄熱墻體對(duì)日光溫室熱環(huán)境的改善 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2012， 28( 10) : 194201Guan Y， Chen C， Li Z， et al Improving thermal environment in solar greenhouse with phase-change thermal storage wall J Transactions of theChinese Society of Agricultural Engineering， 2012， 28( 10) : 194201( in Chinese with English abstract) 8 王宏麗，李曉野，鄒志榮 相變蓄熱砌塊墻體在日光溫室中的應(yīng)用效果 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2011， 27( 5) : 253257Wang H L， Li X Y， Zou Z R Application of brick wall with phase change rice husk in solar greenhouses J Transactions of the Chinese Societyof Agricultural