太陽(yáng)能學(xué)報(bào) Acta Energiae Solaris Sinica ISSN 0254-0096,CN 11-2082/TK 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文 題目： 蓄熱層構(gòu)筑方式對(duì)日光溫室復(fù)合相變墻體蓄熱性能的影響 作者： 時(shí)盼盼，呂建，楊洪興，李憲莉，周紅，王博 收稿日期： 2017-02-06 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期： 2018-03-09 引用格式： 時(shí)盼盼，呂建，楊洪興，李憲莉，周紅，王博蓄熱層構(gòu)筑方式對(duì)日光溫室復(fù)合相變墻體蓄熱性能的影響太陽(yáng)能學(xué)報(bào). http:/kns.cnki.net/kcms/detail/11.2082.TK.20180309.1603.002.html 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)：在編輯部工作流程中，稿件從錄用到出版要經(jīng)歷錄用定稿、排版定稿、整期匯編定稿等階段。錄用定稿指內(nèi)容已經(jīng)確定，且通過(guò)同行評(píng)議、主編終審?fù)饪玫母寮?。排版定稿指錄用定稿按照期刊特定版式（包括網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)版式）排版后的稿件，可暫不確定出版年、卷、期和頁(yè)碼。整期匯編定稿指出版年、卷、期、頁(yè)碼均已確定的印刷或數(shù)字出版的整期匯編稿件。錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)稿件內(nèi)容必須符合出版管理?xiàng)l例和期刊出版管理規(guī)定的有關(guān)規(guī)定；學(xué)術(shù)研究成果具有創(chuàng)新性、科學(xué)性和先進(jìn)性，符合編輯部對(duì)刊文的錄用要求，不存在學(xué)術(shù)不端行為及其他侵權(quán)行為；稿件內(nèi)容應(yīng)基本符合國(guó)家有關(guān)書(shū)刊編輯、出版的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，正確使用和統(tǒng)一規(guī)范語(yǔ)言文字、符號(hào)、數(shù)字、外文字母、法定計(jì)量單位及地圖標(biāo)注等。為確保錄用定稿網(wǎng)絡(luò)首發(fā)的嚴(yán)肅性，錄用定稿一經(jīng)發(fā)布，不得修改論文題目、作者、機(jī)構(gòu)名稱(chēng)和學(xué)術(shù)內(nèi)容，只可基于編輯規(guī)范進(jìn)行少量文字的修改。 出版確認(rèn)：紙質(zhì)期刊編輯部通過(guò)與中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤(pán)版）電子雜志社有限公司簽約，在中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（網(wǎng)絡(luò)版）出版?zhèn)鞑テ脚_(tái)上創(chuàng)辦與紙質(zhì)期刊內(nèi)容一致的網(wǎng)絡(luò)版，以單篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿、排版定稿、整期匯編定稿。因?yàn)橹袊?guó)學(xué)術(shù)期刊（網(wǎng)絡(luò)版）是國(guó)家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)連續(xù)型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以簽約期刊的網(wǎng)絡(luò)版上網(wǎng)絡(luò)首發(fā)論文視為正式出版。 收稿日期： 2017-02-06 基金項(xiàng)目：天津市教委社會(huì)科學(xué)重大資助項(xiàng)目（ 2016JWZD33） ；國(guó)家自然科學(xué)基金資助面上項(xiàng)目（ 51678385） ；國(guó)家自然科學(xué)基金（ 51506141） 通信作者：時(shí)盼盼（ 1991） ，女，碩士研究生，主要從事建筑節(jié)能與新技術(shù)方面的研究。 2215767322qq.com 蓄熱層構(gòu)筑方式對(duì)日光溫室復(fù)合相變墻體 蓄熱性能的影響 時(shí)盼盼1，呂 建1，楊洪興1，李憲莉1，周 紅1，王 博2（1. 天津城建大學(xué)能源與安全工程學(xué)院，天津 3003 84； 2. 天津津能 濱海新能源有限公司，天津 300384） 摘 要： 為了明確日光溫室墻體蓄熱性能是否與日光溫室墻體層的構(gòu)筑方式以及所采用的建筑材料熱工性能相關(guān)聯(lián)，該研究將相變材料與普通建筑基材分別以直接摻混方式與分層涂抹方式構(gòu)筑復(fù)合相變墻體蓄熱層，于2015-11-15 至 2016-03-15 對(duì)天津市西青區(qū)天津城建大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地不同墻體構(gòu)型的日光溫室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，并以分層式日光溫室和直混式日光溫室為研究對(duì)象，對(duì)比分析兩處理溫室各墻體溫度分布、室內(nèi)空氣溫度分布以及溫度變化規(guī)律。結(jié)果表明：直混式構(gòu)筑方式相比分層式更能發(fā)揮相變材料的功能作用，有效改善溫室熱環(huán)境的整體水平； 直混式墻體蓄熱層相比分層式更能發(fā)揮削峰填谷的作用以及蓄放熱性能， 更好地體現(xiàn)其熱穩(wěn)定性及節(jié)能特性；相變墻體蓄熱能力的大小與墻體蓄熱層的構(gòu)筑方式相關(guān)聯(lián)。 關(guān)鍵詞： 日光溫室；墻體；相變材料；蓄放熱特性；熱環(huán)境 中圖分類(lèi)號(hào)： S625.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 0 引 言 日光溫室墻體承載著集熱、蓄熱、承重和保溫等多重功能，是溫室冬季和夜間重要的供熱源 1。根據(jù)馬承偉等 2研究， 墻體在夜間釋放的熱量可使日光溫室室內(nèi)氣溫升高 48 。因此，具有良好蓄熱保溫性能的墻體有助于維持較高的日光溫室室內(nèi)氣溫，確保溫 室作物的產(chǎn)量和品質(zhì) 3。最理想的墻體結(jié)構(gòu)應(yīng)為由蓄熱層、砌塊層和保溫層 3 部分構(gòu)成的復(fù)合墻體 4。蓄熱層主要用于白天蓄熱，以便在夜間向室內(nèi)供熱，砌塊層和保溫層可防止墻體熱量流向室外。 新型復(fù)合相變墻體是當(dāng)前設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的日光溫室墻體類(lèi)型之一。為滿足冬季夜間設(shè)施內(nèi)作物生長(zhǎng)所需的溫度條件，同時(shí)達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、低碳的要求，如何從提高建筑熱工性能的角度合理構(gòu)筑日光溫室墻體的結(jié)構(gòu)層，對(duì)于提高日光溫室的熱環(huán)境控制能力非常重要。相變材料屬于功能材料，通過(guò)其蓄放熱特性可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)熱能地點(diǎn)、時(shí)間的轉(zhuǎn)移。為此，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者在相變墻體材料及構(gòu)筑方式方面開(kāi)展了許多研究工作。 Rudd 5 首先提出定形相變材料的概念。 Najjar 等 6應(yīng)用數(shù)值模擬，建立相變材料-日光溫室耦合模型，并分析相變材料的應(yīng)用對(duì)溫室各環(huán)境參數(shù)的影響；通過(guò)模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用相變材料之后，可使溫室全天溫度波幅減小 35 ，明顯改善溫室熱環(huán)境。梁 辰等 7實(shí)驗(yàn)配制并研究了以高密度聚乙烯為支撐材料的定形相變石蠟的熱物性，提出石蠟的最佳含量。Louis Gosselin 等 8模擬討論了含有相變材料的多層復(fù)合墻體在不同邊界條件下的熱屏蔽作用；并通過(guò)遺傳算法對(duì) 10 cm 厚墻體全年的熱特性變化進(jìn)行了分析；結(jié)果表明，墻體內(nèi)外表面溫度波動(dòng)范圍、相變材料的相變溫度以及相變材料層所處位置對(duì)墻體的熱性能有很大影響。孫心心等 9、王宏麗等 10將相變材料用不同方式封裝后置于日光溫室北墻的雙孔或多孔空心砌塊內(nèi)，表明相變墻體內(nèi)外側(cè)溫差波動(dòng)幅度較普通溫室墻體大幅減少，可有效減少外界環(huán)境通過(guò)墻體對(duì)室內(nèi)溫度產(chǎn)生的擾動(dòng)。 Zhou等 11模擬研究了相變墻和地板房間的熱性能，從多方面分析了其使用效果。 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時(shí)間：2018-03-09 17:40:54網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/11.2082.TK.20180309.1603.002.html隨著相變蓄熱技術(shù)的不斷進(jìn)步與成熟，其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究日益受到關(guān)注，特別是在日光溫室墻體中的應(yīng)用研究。但對(duì)于新型相變復(fù)合墻體來(lái)說(shuō)，相變材料與普通建筑基材以怎樣的方式構(gòu)筑相變蓄熱層才能更好地發(fā)揮相變材料的功能作用，目前尚未有相對(duì)成熟的研究。為解決以上問(wèn)題，筆者應(yīng)用相似性原理搭建日光溫室縮尺寸實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法，研究溫室墻體蓄熱層構(gòu)筑方式不同對(duì)溫室熱環(huán)境的影響，對(duì)比分析兩處理溫室墻體溫度分布、室內(nèi)空氣溫度分布以及溫度變化規(guī)律，并以溫度為指標(biāo)探討相變材料與普通建筑基材構(gòu)筑日光溫室相變蓄熱墻體蓄熱層的合理方式。 1 材料與方法 1.1 實(shí)驗(yàn)溫室 為了探究墻體層的不同構(gòu)筑方式在日光溫室中的使用效果，該研究應(yīng)用相似性原理搭建縮尺寸簡(jiǎn)易溫室大棚，實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖 1 所示，溫室大棚模型如圖 2 所示。尺寸結(jié)合中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)日光溫室結(jié)構(gòu) JB/T 10286 2001，進(jìn)行相似縮小。實(shí)驗(yàn)溫室位于天津市西青區(qū)天津城建大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地，坐北朝南，東西延長(zhǎng)，偏東或偏西的方位角小于 10，長(zhǎng) 2.74 m，跨度 1 m，墻高 0.8 m。 圖 1 實(shí)驗(yàn)溫室大棚外觀圖 Fig. 1 Appearance of experiment greenhouse 北保溫層砌塊層相變層A分層式溫室直混式溫室Aa. 溫室大棚平面示意圖 太陽(yáng)輻射保溫被北墻前屋面長(zhǎng)波輻射對(duì)流太陽(yáng)散射輻射土壤后屋面保溫層砌塊層PCM板太陽(yáng)輻射對(duì)流長(zhǎng)波輻射A-Ab. A-A 剖面圖 圖 2 實(shí)驗(yàn)溫室大棚結(jié)構(gòu)示意圖 Fig. 2 Schematic diagram of experimental greenhouse 基于墻體構(gòu)筑原理及構(gòu)筑方法，選定該溫室的外墻（包括北墻、東西墻）為三重復(fù)合結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外依次為相變蓄熱層，砌塊層和保溫層，其中蓄熱層選用以?；⒅轭w粒為主要成分的相變材料且厚度為 40 mm，中間砌塊層選用紅磚且厚度為340 mm，保溫層選用聚苯板且厚度為 50 mm，溫 室正中央用紅磚層分割構(gòu)成對(duì)比溫室，使兩溫室結(jié)構(gòu)完全相同。溫室外墻（西、東側(cè)）內(nèi)表面分別以分層式和直混式兩種構(gòu)筑方式構(gòu)筑墻體蓄熱層，中間墻西側(cè)（分層式）由墻體內(nèi)表面到墻體內(nèi)部依次為10 mm 厚相變層和 10 mm 厚水泥砂漿層， 中間墻東側(cè)為 20 mm 厚直混式蓄熱層。 1.2 實(shí)驗(yàn)材料 相變材料可與水泥砂漿以多種方式混合構(gòu)筑相變墻體蓄熱層，不同的構(gòu)筑方式將對(duì)其傳熱過(guò)程與傳熱性能產(chǎn)生不同的影響。選用?；⒅轭w粒作為定形相變材料，所謂定形，主要表現(xiàn)在以下 3 個(gè)方面：在相變前后體積不發(fā)生變化；無(wú)需特定容器封裝、能與其他材料直接混合；利用網(wǎng)絡(luò)狀物質(zhì)或多孔介質(zhì)為基質(zhì)以維持材料的形狀、力學(xué)性能。其中該定形相變材料的熱物性參數(shù)如下：干密度為 =511 kg/m，導(dǎo)熱系數(shù) =0.56 W/（ mK） ，相變溫度 T=1525 ，相變潛熱 H=149 kJ/kg，蓄熱系數(shù) x=0.562， 相變材料比熱隨溫度的變化情況如圖 3所示，其余材料的主要物性參數(shù)如表 1 所示。 0 204060802000400060008000100001200014000比熱容/kJ(kg)-1溫度/圖 3 PCM 比熱隨溫度變化 Fig. 3 PCM specific heat varies with temperature 主要分析直接摻混式和分層涂抹式兩種構(gòu)筑方式。所謂直接摻混，是將定形相變材料與水泥砂漿直接混合涂抹于墻體內(nèi)表面，簡(jiǎn)稱(chēng)為直混式；而分層涂抹是將定形相變材料與水泥砂漿分層涂抹于墻體，簡(jiǎn)稱(chēng)為分層式。兩種方式的相變材料和水泥砂漿用量完全相同，構(gòu)筑的墻體如圖 4 所示。兩墻體蓄熱層總厚度均選用 40 mm，圖 4a 為直混式墻體，相變材料與水泥砂漿摻混比例為 55 45；圖4b 為分層式墻體， 從墻體內(nèi)表面到墻體內(nèi)部依次為10 mm 厚相變材料層、 10 mm 厚水泥砂漿層、 10 mm厚相變材料層、 10 mm 厚水泥砂漿層。 表 1 溫室大棚材料的熱性能參數(shù) Table 1 Heat performance of the material in greenhouse 構(gòu)筑方式 構(gòu)件 材料 厚度/ mm 導(dǎo)熱系數(shù)/ W（ m）-1比熱容/ J（ kgK）-1密度 /kg m-3直混式 溫室 （東側(cè)） 北墻 砌磚層 340 0.76 1050 1750 直混式蓄熱層 40 聚苯板保溫層 50 0.05 1246 25 東墻 砌磚層 340 0.76 1050 1750 直混式蓄熱層 40 聚苯板保溫層 50 0.05 1246 25 地面 黃土 0.942 1172 880 南向覆蓋面 無(wú)滴漏塑料薄膜 16 橡塑保溫被 50 0.05 1050 150 中間墻 直混式蓄熱層（東側(cè)） 20 砌磚層 340 1050 1750 0.76分層式蓄熱層（西側(cè)） 20 分層式 溫室 （西側(cè)） 北墻 砌磚層 340 0.76 1050 1750 分層式蓄熱層 40 聚苯板保溫層 50 0.05 1246 25 東墻 砌磚層 340 0.76 1050 1750 分層式蓄熱層 40 聚苯板保溫層 50 0.05 1246 25 地面 黃土 0.942 1172 880 南向覆蓋面 無(wú)滴漏塑料薄膜 16 保溫被 50 0.05 1050 150 混合材料 砌塊溫 室內(nèi)30030040 相變材料 水泥砂漿溫室內(nèi)砌塊30030010 10 1010a. 直接摻混 b. 分層涂抹 圖 4 相變蓄熱層試樣剖面圖（單位：mm） Fig. 4 Sectional view of phase change heat storage layer sample （ Unit： mm） 1.3 實(shí)驗(yàn)方法 1.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 為了更全面分析蓄熱層構(gòu)筑方式對(duì)復(fù)合相變墻體蓄熱性能的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法，在天津市西青區(qū)天津城建大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地開(kāi)展日光溫室墻體蓄熱層構(gòu)筑方式不同的實(shí)驗(yàn)研究，分別對(duì)直混式溫室、分層式溫室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定各處理溫室室內(nèi)氣溫及墻體溫度，并以溫度為指標(biāo)探討相變材料與普通建筑基材構(gòu)筑日光溫室復(fù)合相變墻體蓄熱層的合理方式。 由于日光溫室除了極端天氣或連陰天氣外，通常不啟用主動(dòng)供熱設(shè)備，因此室內(nèi)環(huán)境隨著室外環(huán)境每天都處于周期性波動(dòng)的狀態(tài)，墻體的熱損失也在不斷地變化。所以，為了更精確比較兩溫室蓄熱性能的強(qiáng)弱，選取一個(gè)供暖季作為實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)是較為科學(xué)、合理的。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為天津地區(qū)典型供暖天：2015-11-15 至 2016-03-15。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，并以觀測(cè)時(shí)段內(nèi)具有一定代表性的 5 d（ 2015-12-282015-01-02）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其中包含典型晴天和典型陰天的天氣情況。太陽(yáng)日照時(shí)間段一般為 9:0016:00，其中太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的分布規(guī)律為 13:00 左右最大，并以中午時(shí)的最大值為對(duì)稱(chēng)線，上下午基本對(duì)稱(chēng)分布。實(shí)驗(yàn)溫室受實(shí)驗(yàn)條件限制，白天 09:00 之前稍有遮擋，其余時(shí)間全天日照較好，基本無(wú)遮陽(yáng)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)期間基本為晴好天氣時(shí)，可認(rèn)為兩對(duì)比溫室接收的太陽(yáng)輻射是相同的。 在實(shí)驗(yàn)中，為使日光溫室接收到更多的太陽(yáng)輻射，同時(shí)減少溫室以長(zhǎng)波輻射的形式向外界傳遞熱量，溫室南向使用聚氯乙烯耐老化無(wú)滴塑料薄膜，厚度為 16 mm，全天閉合，作為主要采光屋面。在夜間覆蓋保溫被以減少薄膜與外界的換熱損失，保溫被厚度為 50 mm，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保溫被的使用時(shí)間如下：晴天時(shí)， 09:00 打開(kāi)， 16:00 關(guān)閉，陰雨天、雪天或室外空氣溫度較低等其他極端天氣時(shí)，保溫被全天不打開(kāi)。為了保證對(duì)比效果，兩溫室管理方法保持一致。 1.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的儀器主要有 K 型熱電偶， 測(cè)溫范圍為 -40125 ，精度為 0.5 ；溫濕度自記儀（ RR002），可自動(dòng)測(cè)量室內(nèi)外環(huán)境溫濕度；太陽(yáng)能輻射儀（ AK-FZB），精度為 2%，與日射記錄儀配接，測(cè)量太陽(yáng)總輻射能量；數(shù)據(jù)采集儀（ HP34970A），精度為 1 ，連接熱電偶將溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)。 1.3.3 測(cè)點(diǎn)布置 2015-11-15 至 2016-03-15 逐時(shí)監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)外以及各墻體不同部位的溫度變化，實(shí)驗(yàn)中所有儀器記錄的間隔時(shí)間為 10 min，以室內(nèi)氣溫及各墻體不同位置的溫度變化分析墻體的蓄熱性能。兩處理溫室溫度控制系統(tǒng)各設(shè)置多個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，其中，室外空氣溫度測(cè)點(diǎn) 2 個(gè)，室內(nèi)溫度選擇溫室中央位置進(jìn)行測(cè)定，室內(nèi)外氣溫采用溫濕度自記儀測(cè)量（ RR002溫度/濕度數(shù)據(jù)記錄儀） ，墻體不同部位的溫度監(jiān)測(cè)采用 K 型熱電偶。 為了更全面比較兩處理溫室的蓄熱性能，溫度測(cè)點(diǎn)分別布置在墻體的內(nèi)表面和內(nèi)部。直混式溫室墻體以及分層式溫室墻體各設(shè)置 20 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，東西方向?yàn)槿展鉁厥议L(zhǎng)度的 1/2 處，垂直方向?yàn)榫嚯x地面 300、 600 mm 處，溫室外墻墻體厚度方向分別采取距離墻體內(nèi)表面 0、 10、 20、 30 mm 的位置，中間墻墻體厚度方向分別采取距離墻體內(nèi)表面 0 mm 與 10 mm 的位置。 并分別在距室外地平面 300、600 mm 處使用鋼管從各墻體內(nèi)外側(cè)打孔，并按一定間隔在孔道內(nèi)布置熱電偶，中間的孔隙使用相應(yīng)的材料重新回填壓實(shí)，洞口處使用泡膠填充。測(cè)點(diǎn)布置如圖 5 所示。 相變材料 水泥砂漿溫室內(nèi)砌塊30030010 10 1010混合材料溫室內(nèi)砌塊30030010 10 10 1040 a. 分層涂抹 b. 直接摻混 圖 5 相變蓄熱層溫度測(cè)點(diǎn)示意圖（單位：mm） Fig. 5 Schematic diagram of temperature measurement points of phase change heat storage layer （ Unit： mm） 2 結(jié)果與分析 2.1 兩溫室北墻內(nèi)表面溫度的對(duì)比 由圖 6 可知，白天受太陽(yáng)輻射的影響，直混式與分層式溫室的變化趨勢(shì)基本一致，從 09:00（打開(kāi)保溫被）開(kāi)始，太陽(yáng)輻照強(qiáng)度逐漸增大，墻體內(nèi)表面溫度快速上升，直到 13:00 達(dá)到最大，墻體一直處于蓄熱狀態(tài)，不同之處是白天直混式溫室內(nèi)壁面升溫速率低于分層式，使得 11:0014:00 時(shí)段壁面溫度平均降低 1.57 ，最多降低 7.09 。中午之后隨著太陽(yáng)輻照度的減小，直混式溫室壁面溫度的下降速率明顯低于分層式，夜間直混式北墻內(nèi)壁面溫度始終高于分層式，平均提高 1.06 ，最大提高 1.43 。并通過(guò)比較兩溫室北墻在不同深度處連續(xù) 5 d 所對(duì)應(yīng)的溫度，得出兩溫室墻體不同深度處的溫度變化規(guī)律與北墻內(nèi)表面溫度變化規(guī)律基本一致，故該研究主要以墻體內(nèi)表面不同部位的溫度為指標(biāo)來(lái)分析墻體的蓄熱性能。受霧霾天氣的影響，太陽(yáng)輻射在 12 月 29 日之后略有好轉(zhuǎn)，峰值僅在 12 月 30 日超過(guò) 500 W/m2，其余時(shí)間處于300500 W/m2之間。但仍可觀察到，直混式相比分層式具有更好的削峰填谷作用，說(shuō)明對(duì)于相變蓄熱層來(lái)說(shuō)，直混式的構(gòu)筑方式更能發(fā)揮其蓄熱能力，在維持溫度方面具有更好的穩(wěn)定性，同時(shí)可知，當(dāng)太陽(yáng)輻射較好時(shí)，直混式的優(yōu)勢(shì)更明顯，更能發(fā)揮相變材料的功能作用。 2015/12/28 2015/12/29 2015/12/30 2015/12/31 2016/1/1 2016/1/20510152025303540分層式北墻直混式北墻 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度日期溫度/0100200300400500600太陽(yáng)輻射強(qiáng)度/Wm-2 圖 6 北墻內(nèi)表面溫度隨時(shí)間變化 Fig. 6 Inner surface temperature of the north wall varies with time 原因是當(dāng)熱流從環(huán)境側(cè)流向相變層內(nèi)部或由相變層內(nèi)部流出至環(huán)境側(cè)時(shí)，盡管分層式與直混式兩種構(gòu)筑方式的各組分材料用量相同，但由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，在其傳遞路徑中，形成的綜合熱阻也不同。分層涂抹的表面是由導(dǎo)熱性能較差的相變材料構(gòu)成，而內(nèi)部則是由導(dǎo)熱性能較好的水泥砂漿構(gòu)成，雖然熱流能較順利地經(jīng)過(guò)水泥砂漿層，但經(jīng)過(guò)的相變材料層由于阻力較大直接影響它的熱傳遞速率，使相變層出現(xiàn)不充足的傳熱導(dǎo)致整個(gè)導(dǎo)熱過(guò)程中熱量的損失，同時(shí)相變材料（ phase-change material， PCM）顆粒多維傳熱現(xiàn)象會(huì)加劇，從而影響蓄能效果；而對(duì)于直混式，由于熱阻較大的相變材料與熱阻較小的水泥砂漿可充分混合，導(dǎo)熱能力較好的水泥砂漿在 PCM 顆粒中起到橋梁的作用，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，增強(qiáng)材料的熱傳遞能力。 2.2 兩溫室東西墻內(nèi)表面溫度的對(duì)比 圖 7 為兩種構(gòu)筑方式下東、西墻內(nèi)表面溫度比較的結(jié)果。其中，西墻位于分層式溫室內(nèi)，東墻位于直混式溫室內(nèi)，東西墻內(nèi)表面溫度變化趨勢(shì)與北墻基本一致，只是由于東西墻接收太陽(yáng)輻射強(qiáng)度小于北墻，使得整體溫度略低于北墻內(nèi)表面。由圖 7可知，東墻內(nèi)表面溫度的峰值滯后于西墻，這是由于太陽(yáng)方位的改變，白天西墻內(nèi)表面先接收到太陽(yáng)輻射，直到下午東墻內(nèi)表面才接收到相當(dāng)?shù)奶?yáng)輻射，但總體上太陽(yáng)照射到兩墻體的輻射量基本相同。由于直混式熱傳遞能力優(yōu)于分層式，能夠更好地發(fā)揮相變材料蓄熱能力，實(shí)現(xiàn)削峰作用，使白天西墻內(nèi)表面溫度升溫速率較快，溫度峰值明顯高于東墻，平均升高 3.48 ，最高達(dá) 8.32 。 13:00后，東、西墻內(nèi)表面溫度都會(huì)逐漸降低，但東墻內(nèi)表面溫度降低速率低于西墻， 在夜間 （ 18:0009:00）東墻內(nèi)表面溫度均高于西墻，平均溫度較西墻高1.07 ，最大較西墻高 1.68 ，表明直混式的構(gòu)筑方式更能發(fā)揮相變材料的蓄熱性能。 2015/12/28 2015/12/29 2015/12/30 2015/12/31 2016/1/1 2016/1/2051015202530分層式溫室西墻直混式溫室東墻太陽(yáng)輻射強(qiáng)度日期溫度/0100200300400500600太陽(yáng)輻射強(qiáng)度/Wm-2圖 7 東西墻內(nèi)表面溫度隨時(shí)間變化 Fig. 7 Inner surface temperature of the east and west wall varies with time 2.3 兩溫室中間墻兩側(cè)溫度的對(duì)比 圖 8 為中間墻東、西兩側(cè)內(nèi)表面溫度比較的結(jié)果。其中，中間墻東側(cè)內(nèi)表面位于直混式溫室內(nèi)，中間墻西側(cè)內(nèi)表面位于分層式溫室內(nèi)。白天，中間墻東側(cè)內(nèi)表面溫度峰值時(shí)間略早于中間墻西側(cè)，這同樣是太陽(yáng)上午照射到中間墻東側(cè)內(nèi)表面（直混式溫室）而下午才能照射到中間墻西側(cè)內(nèi)表面（分層式溫室）的結(jié)果。由圖 8 可知，中間墻東側(cè)內(nèi)表面溫度均高于中間墻西側(cè)內(nèi)表面溫度，平均提高1.68 ，最大提高 5.06 ，且放熱過(guò)程中存在著明顯的溫度平臺(tái)。這主要是因?yàn)橹虚g墻為內(nèi)墻，其傳熱過(guò)程受外擾影響（室外環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射）較小，東側(cè)內(nèi)表面為直混式相變材料，具有更好的蓄放熱性能。 2015/12/28 2015/12/29 2015/12/30 2015/12/31 2016/1/1 2016/1/2051015202530分層式溫室東墻直混式溫室西墻太陽(yáng)輻射強(qiáng)度日期溫度/0100200300400500600太陽(yáng)輻射強(qiáng)度/Wm-2圖 8 中間墻兩側(cè)溫度隨時(shí)間變化 Fig. 8 Inner surface temperature on both sides of the middle wall varies with time 2.4 兩溫室室內(nèi)氣溫的對(duì)比 由圖 9 可知，兩溫室室內(nèi)溫度均在 12:00 左右達(dá)到最大值，且室內(nèi)最高氣溫分別可達(dá) 27.78、31.22 ，隨后兩溫室室內(nèi)環(huán)境溫度逐漸下降，兩者差異略微減?。?16:00 蓋上保溫被，直混式溫室室內(nèi)氣溫較分層式溫室提高 1.221.80 ，直到次日打開(kāi)保溫被，直混式溫室室內(nèi)氣溫始終高于分層式溫室。白天（ 09:0018:00）直混式溫室室內(nèi)空氣溫度相比分層式溫室平均提高 2.13 ，最大提高6.54 。 這主要是由于直混式墻體蓄熱層的蓄熱性能優(yōu)于分層式墻體，能夠更高效地蓄集太陽(yáng)能。在20:00 左右，分層式溫室與直混式溫室室內(nèi)氣溫均達(dá)到最低值，當(dāng)室外空氣最低溫度為 3.6 的條件下，即使夜間不加熱，兩溫室室內(nèi)溫度也能維持在5.40 和 6.04 以上。夜間直混式溫室室內(nèi)氣溫相比分層式溫室平均提高 1.09 ， 最大提高 2.69 。由分析可知，對(duì)于相變墻體蓄熱層，直混式相比分層式更能提高室內(nèi)環(huán)境溫度的整體水平。表明直混式的構(gòu)筑方式更能發(fā)揮相變層蓄熱性能，改善溫室環(huán)境溫度。 2015/12/28 2015/12/29 2015/12/30 2015/12/31 2016/1/1 2016/1/2-505101520253035溫度/日期分層式溫室內(nèi)逐時(shí)溫度室外氣溫直混式溫室內(nèi)逐時(shí)溫度圖 9 棚內(nèi)溫度隨時(shí)間變化 Fig. 9 Indoor temperature varies with time in greenhouse 3 討 論 在實(shí)驗(yàn)中，整體實(shí)驗(yàn)溫度偏低，如室內(nèi)空氣最低溫度未達(dá)到理想的一般植物生長(zhǎng)所需的 10 以上。分析其原因，主要由以下兩方面造成：一方面，受霧霾天氣的影響，太陽(yáng)輻射不夠強(qiáng)烈， 12 月 29日后，天氣轉(zhuǎn)好，太陽(yáng)輻射最大可達(dá) 549 W/m2，之后溫室內(nèi)最低溫度均在 10 以上；另一方面，受實(shí)驗(yàn)條件和場(chǎng)地的限制，實(shí)驗(yàn)溫室體積較小，加上實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建工藝相對(duì)簡(jiǎn)易，如墻體氣密性、塑料薄膜密封性等不利因素的影響，而空氣的熱容較小，抗干擾能力較小，室內(nèi)空氣受室外擾動(dòng)的影響較大，而受室內(nèi)擾動(dòng)的影響較小，故室內(nèi)空氣溫度差距不是很大，仍可觀察出實(shí)驗(yàn)對(duì)比的結(jié)果。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析兩處理溫室墻體溫度分布、室內(nèi)空氣溫度分布以及溫度變化規(guī)律，并以溫度為指標(biāo)探討相變材料與普通建筑基材構(gòu)筑日光溫室墻體層的合理方式，從而可明確日光溫室墻體蓄熱能力的大小與日光溫室墻體蓄熱層的構(gòu)筑方式以及所采用建筑材料的熱工性能相關(guān)聯(lián)。關(guān)于不同處理溫室墻體內(nèi)部具體熱量的流動(dòng)及其蓄熱機(jī)理方面，有待進(jìn)一步研究。 4 結(jié) 論 通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法，以分層式日光溫室和直混式日光溫室為研究對(duì)象，對(duì)比分析兩處理溫室室內(nèi)空氣溫度分布、各墻體溫度分布以及溫度變化規(guī)律，可得如下結(jié)論： 1）在天津地區(qū)典型供暖季下，白天直混式溫室室內(nèi)氣溫相比分層式溫室平均提高 2.13 ，最大提高 6.54 ；夜間直混式溫室室內(nèi)溫度相比分層式溫室平均提高 1.09 ，最大提高 2.69 。表明直混式的構(gòu)筑方式相比分層式更能發(fā)揮相變材料的功能作用，有效改善溫室熱環(huán)境的整體水平。 2）隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的增大，直混式墻體內(nèi)表面升溫速率低于分層式；隨著輻射強(qiáng)度的減小，直混式墻體內(nèi)表面降溫速率低于分層式；白天，直混式墻體內(nèi)表面溫度均低于分層式；夜間，直混式墻體內(nèi)表面溫度均高于分層式墻體。表明直混式墻體蓄熱層較分層式更能發(fā)揮削峰填谷的作用以及蓄放熱性能，更好地體現(xiàn)其熱穩(wěn)定性及節(jié)能特性。 3）日光溫室墻體蓄熱能力的大小與日光溫室墻體蓄熱層的構(gòu)筑方式以及建筑材料的熱工性能相關(guān)聯(lián)。利用建筑材料的熱工特性，科學(xué)合理地構(gòu)筑日光溫室墻體，可有效提高太陽(yáng)能利用率，從而有效改善溫室熱環(huán)境的整體水平，對(duì)于溫室節(jié)能、減少環(huán)境污染和提高溫室生產(chǎn)效益具有重要意義。 參考文獻(xiàn) 1張立蕓， 徐剛毅， 馬承偉， 等. 日光溫室新型墻體結(jié)構(gòu)性能分析 J . 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2006， 37（ 3） ： 459 462. 1 Zhang Liyun， Xu Gangyi， Ma Chengwei， et al. 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Tianjin Binhai New Energy Co.， Ltd.， Tianjin 300384， China） Abstract： In order to determine that the heat storage performance of the solar greenhouse wall is related to the construction method of the wall layer and the thermal performance of the building materials， two kinds of composite phase change wall heat storage layer （ blend directly and smear hierarchically） built by different methods were developed in this study. Mixed wall was made by directly mixing the phase change materials （ PCM） with cement mortar， and intercalation wall was made by intercalating PCM into two cement mortar layers. The thermal properties of the two structures had been studied by the comparison experiment in Tianjin region from 2015/11/15 to 2016/03/15 . The results showed that the heat storage performance of the solar greenhouse wall is related to the construction method of greenhouse wall layers and thermal performance of building materials； compared with intercalation wall， the mixed wall can better exert the heat storage performance of the phase change material， and improve the overall level of the greenhouse environment temperature； the mixed block had better peak shaving effect， which reflected its thermal stability and energy saving characteristic. Keywords： solar greenhouse； wall； phase-change materials； heat charge and discharge characteristics； thermal environment