農(nóng)機(jī)與農(nóng)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(shù)的應(yīng)用 馬 毅 周建容 阿壩職業(yè)學(xué)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(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)造成了嚴(yán)重不利影響 阻礙了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展 現(xiàn)階段 雖 然高寒地區(qū)引進(jìn)日光溫室 改善了農(nóng)作物生長環(huán)境 但是由于高寒地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件和氣候條件較差 建設(shè)日光溫室成本較高 基于 該現(xiàn)狀 在高寒地區(qū)日光溫室應(yīng)用后墻節(jié)能技術(shù) 不斷對日光溫室進(jìn)行改進(jìn) 可促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 提升當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)效益 關(guān)鍵詞 高寒地區(qū) 日光溫室 后墻節(jié)能技術(shù) 墻體材料 中圖分類號 S626 文獻(xiàn)標(biāo)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(nóng)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(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)業(yè)發(fā) 展的主要原因 通過建設(shè)日光溫室 能有效改善農(nóng)作物生 長環(huán)境 對調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有關(guān)鍵作用 但是傳統(tǒng)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(fèi) 1 臨床發(fā)現(xiàn)應(yīng)用日光溫室后 墻節(jié)能技術(shù)能提升后墻性能 且操作相對簡單 費(fèi)用較低 有助于高寒地區(qū)農(nóng)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(shí) 后墻會(huì)吸收能量 開始蓄熱 夜間氣溫驟降 棚 內(nèi)溫度降有所下降 此時(shí)后墻開始向棚內(nèi)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(xiàn)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(shí) 其保溫效果更好 但是在建設(shè)過程中使用土質(zhì)量較多 在平衡墻體和大棚之間的壓力難度較大 易出現(xiàn)墻體倒塌 現(xiàn)象 4 一旦發(fā)生墻體倒塌情況 應(yīng)及時(shí)對后墻進(jìn)行修復(fù) 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(zhì)量較 少 對墻體產(chǎn)生壓力較小 此外 還可使用材質(zhì)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(jìn)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(shí)不能向大棚內(nèi)持續(xù)散熱 故可在墻 體內(nèi)使用夾泡沫保溫板進(jìn)行保溫 但是墻磚占比面積較大 內(nèi)墻墻體較薄 蓄熱能力低下 寒透能力較強(qiáng) 故不適用 于高寒地區(qū) 8 2 日光溫室后墻改進(jìn) 2 1 材料選擇 日光溫室后墻主要作用為平衡大棚內(nèi)溫度 但是不同 材料發(fā)揮的性能不同 故應(yīng)根據(jù)大棚內(nèi)栽培農(nóng)作物 氣候 等進(jìn)行綜合考慮 選擇最佳內(nèi)墻材料 目前 在日光溫室 后墻中以復(fù)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(xiàn) 在日光溫室中最理想的墻體是墻體內(nèi) 側(cè)為具有較強(qiáng)吸熱和蓄熱的材料組成的蓄熱層 外側(cè)為具 有放熱和導(dǎo)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(tǒng)日光溫室中多用 單一的土 磚等進(jìn)行堆砌 材料單一 且在保溫蓄熱上效 果較差 因此 現(xiàn)階段在日光溫室后墻中所選材料為復(fù)合 墻體 在提升蓄熱能力同時(shí) 還能提升大棚內(nèi)室溫 特別 是將苯板作為外側(cè)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(yīng)使用EPS泡沫板進(jìn)行保溫隔熱 減少熱量散失 最大限度維持墻體溫度 同時(shí) 該材料成 本低廉 是一種性價(jià)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(guān) 系后墻保溫性能 通常情況下 主要通過計(jì)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(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 日光溫室主要是通過保溫來維持農(nóng)作物生 長 尤其是在高寒地區(qū) 主要用途為提升大棚內(nèi)溫度 以 滿足農(nóng)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(dǎo)系數(shù)是判別后墻 保溫性能的關(guān)鍵 導(dǎo)熱系數(shù)值越大 導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)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(nèi)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(dǎo)熱系數(shù)值最小 保溫效果最強(qiáng) 但是在材料 中所有有孔土塊對技術(shù)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(nóng)機(jī)與農(nóng)藝 2021 年 2 月下 為當(dāng)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(dāng)前日光溫室后 墻最佳材料 但是目前對該材料所產(chǎn)生保溫效果并不明確 需對該材料產(chǎn)生的保溫性能做進(jìn)一步研究 在研究過程 中 將冬季內(nèi)日光溫室內(nèi)溫度變化與普通溫棚內(nèi)溫度變化 進(jìn)行對比 可判斷組合材料保溫效果 研究結(jié)果顯示 不 用組合材料溫度均高于普通溫棚內(nèi)溫度 說明10cm苯板和 40cm空心混凝土砌塊在保溫上產(chǎn)生效果更好 計(jì)算整個(gè)冬 季內(nèi)2個(gè)大棚內(nèi)溫度的均值可知 組合材料大棚內(nèi)溫度均 值在9 左右 在普通溫棚內(nèi)溫度均值在 4 在冬季氣 溫最低時(shí) 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(jié)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(nèi)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(jié)構(gòu) 日光溫室后墻結(jié)構(gòu)不僅影響保溫性能 還影響墻體結(jié) 構(gòu)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(dāng)?shù)刭Y源有限 故應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源 減少資源浪費(fèi) 提高資源利用率 3 1 土墻結(jié)構(gòu) 日光溫室后墻具有結(jié)構(gòu)承重 保溫蓄熱等功效 故使 用墻體材料及墻體構(gòu)建結(jié)構(gòu)直接關(guān)系日光溫室性能 在修 建墻體時(shí) 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(xiàn)階 段最理想的墻體 12 且在當(dāng)前農(nóng)村中 仍以土墻結(jié)構(gòu)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(xiàn)坍塌 故應(yīng)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(qiáng)度進(jìn)一步增加 堆土碾壓是對干打壘做進(jìn) 一步完善 主要是在履帶機(jī)作用下 對墻體進(jìn)行碾壓 達(dá) 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(nóng)民歡迎和喜愛 但是墻體結(jié)構(gòu) 也存在諸多缺陷 比如 不同地域土質(zhì)存在較大差異 墻體 性能也有所不同 結(jié)構(gòu)耐久性較差 吸水能力較強(qiáng) 抗雨水 沖刷能力低下 占地面積較大 易破壞當(dāng)?shù)赝寥澜Y(jié)構(gòu) 3 2 磚墻結(jié)構(gòu) 磚墻結(jié)構(gòu)相較于土墻結(jié)構(gòu)具有承載能力強(qiáng) 占地面積 小 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高等特點(diǎn) 但是由于修建后墻所需磚墻數(shù) 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(dǎo)熱性無差 異 實(shí)心磚墻越厚保溫效果更強(qiáng) 但是保溫效果明顯低于 土墻 很難滿足日光溫室農(nóng)作物生長需求 因此 在使用 磚墻結(jié)構(gòu)時(shí) 通常使用填充材料進(jìn)行保溫隔熱 提升墻體 保溫性能 3 3 新型墻體結(jié)構(gòu) 創(chuàng)新墻體結(jié)構(gòu)和使用材料 不僅能減少對資源浪費(fèi) 還能最大限度提升墻體蓄熱保溫效果 現(xiàn)階段 墻體存在 多種結(jié)構(gòu) 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(shí) 在墻體內(nèi)外層涂抹防水層 并在外側(cè)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(nóng)作物 減少資源浪費(fèi) 還可保護(hù)生態(tài)環(huán)境 聚苯乙烯泡沫板墻根 據(jù)墻體結(jié)構(gòu)制作成空心磚 在現(xiàn)場采用插接連接方式進(jìn)行 安裝 操作簡單 所用時(shí)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(dá)到理想效果 4 日光溫室后墻結(jié)構(gòu)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(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì) 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(xiàn) 資源浪費(fèi)情況發(fā)生 因此 通過改善日光溫室后墻結(jié)構(gòu) 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(shí)驗(yàn)中 所選擇材料為空心混凝土砌塊 根 據(jù)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(nóng)機(jī)與農(nóng)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(jìn)行抗壓 透水系數(shù)及凍融試驗(yàn) 檢測制作空心混凝土砌塊性能是否能達(dá)到實(shí)際投入使用標(biāo) 準(zhǔn) 抗壓試驗(yàn)使用長 寬 高分別為100mm的試件 透水 系數(shù)測定使用直徑和高度分別為100mm 200mm的試件 凍 融試驗(yàn)使用長寬高分別為 100mm 100mm 400mm 的試件 最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示 成與普通溫棚大小 結(jié)構(gòu)等完全一致形態(tài)后發(fā)現(xiàn) 其與預(yù) 期目標(biāo)完全一致 但是為避免在投入使用后出現(xiàn)后墻坍塌 情況 需在墻體內(nèi)填充石子 澆筑混凝土 提升其穩(wěn)定性 14 6 結(jié)束語 高寒地區(qū)的氣候 地域等存在較大劣勢 在建設(shè)日光 溫室中應(yīng)充分利用資源 減少資源浪費(fèi) 提升后墻節(jié)能性 文章所采用材料為性價(jià)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(xiàn) 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(nóng)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(shù) 與方法 J 農(nóng)業(yè)科學(xué) 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(nóng)業(yè)科學(xué) 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(shù)研究與應(yīng)用 J 農(nóng)機(jī)化研究 2015 12 218 221 5 吳照學(xué) 王強(qiáng) 張勇 等 青海地區(qū)日光溫室節(jié)能型主動(dòng)蓄 熱式后墻的性能測試 J 中國農(nóng)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(shù) J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 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(shè)計(jì)和建造 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2018 38 13 75 77 8 鮑恩財(cái) 曹晏飛 鄒志榮 等 節(jié)能日光溫室蓄熱技術(shù)研究 進(jìn)展 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 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(shè) 計(jì)與建造 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 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(nóng)業(yè)工程技術(shù) 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(shù) J 農(nóng)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(shè) 計(jì) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 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(shù) J 農(nóng)業(yè)科技通訊 2017 12 552 322 323 14 李浩浩 簡析建筑節(jié)能的現(xiàn)狀及其改進(jìn)對策 J 南方農(nóng)機(jī) 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(jié)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(zhì) 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(qiáng)度 MPa 28d抗壓強(qiáng) 度 MPa 凍融次數(shù) 水凍水融 透水系數(shù) 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(yàn)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(shè)中 5 日光溫室后墻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用 將制作完成的空心混凝土砌塊投入日光溫室后墻建設(shè) 中 保障蓄熱保溫性能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo) 將該日光溫室制作