第 34 卷   第 10 期                        農(nóng) 業(yè) 工 程 學 報                              Vol.34  No.10 178    2018 年    5 月          Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering          May. 2018      裝配式主動蓄熱墻體日光溫室熱性能分析鮑恩財1,2，申婷婷1，張  勇1，曹  凱1,2，曹晏飛1，  陳丹艷1，何  斌3，鄒志榮1,2（1.  西北農(nóng)林科技大學園藝學院，農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點實驗室，楊凌 712100； 2. 農(nóng)業(yè)部長江中下游設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點實驗室，南京 210014；3. 西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，楊凌 712100） 摘   要： 主動蓄熱墻體日光溫室作為節(jié)能日光溫室的一種發(fā)展形勢，具有較好的蓄放熱效果，但施工速度慢、建造成本高。該文采用不同施工工藝建造裝配式主動蓄熱墻體，對傳統(tǒng)主動蓄熱墻體日光溫室（G1 ）、回填裝配式主動蓄熱墻體日光溫室（G2 ）、模塊裝配式主動蓄熱墻體日光溫室（G3 ）進行冬季室內(nèi)環(huán)境測試。試驗結(jié)果表明，連續(xù)晴天條件下， G1、G2、 G3 的夜間平均氣溫分別為 15.2、 16.0、 17.3 ，連續(xù)陰天條件下， 3 座溫室的夜間平均氣溫分別為 11.3、 12.9、 13.0 ；連續(xù) 31 d（2017-12-22 至 2018-01-21）的測試結(jié)果分析表明 3 座溫室的氣溫總體表現(xiàn)為 G3 略優(yōu)于 G2，G3 、G2 均優(yōu)于G1； G1、 G2、 G3 在典型晴天蓄熱體厚度分別為 700800、 800900、 700 800 mm，在典型陰天蓄熱體厚度分別為 300400、500600、500600 mm ，G2 、G3 蓄 熱體厚度較 G1 大； G1 的每平 方米建筑成本為 461.1 元，G2 、G3 分別較 G1降低了 71.2、162.1 元；運行成本表現(xiàn)為 G1G2 G3 。綜上，G3 的空氣及墻體的溫度與 G2 差異不大，但均優(yōu)于 G1，可滿足番茄的越冬生產(chǎn)。因此，裝配式日光溫室主動蓄熱墻體的技術(shù)方案可行，且成本較低，在適宜日光溫室發(fā)展的地區(qū)具有一定的推廣價值。 關(guān)鍵詞：溫室；墻體；溫度；日光溫室；主動蓄熱；裝配式；蓄熱體 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.10.022 中圖分類號：S625.1           文獻標志碼：A           文章編號：1002-6819(2018) -10-0178-09 鮑恩財，申婷婷，張  勇，曹   凱，曹晏飛，陳丹艷，何  斌，鄒志榮. 裝配式主動蓄熱墻體日光溫室熱性能分析J. 農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34(10)：178186.    doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.10.022    http:/www.tcsae.org  Bao Encai，Shen Tingting, Zhang Yong, Cao Kai, Cao Yanfei, Chen  Danyan, He Bin, Zou Zhirong. Thermal performance analysis of assembled active heat storage wall in Chinese solar greenhouseJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(10): 178 186. (in Chinese with English abstract)    doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.10.022    http:/www.tcsae.org 0  引  言日光溫室是具有中國特色的高效節(jié)能型園藝設(shè)施，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，在中國設(shè)施園藝的發(fā)展過程中起到了重要的作用，為提高城鄉(xiāng)居民的生活水平、穩(wěn)定社會做出了歷史性貢獻1-4。日光溫室的墻體是其與其他類型設(shè)施的最大區(qū)別所在，主要起承重、蓄熱、保溫的作用。目前對日光溫室的墻體材質(zhì)與結(jié)構(gòu)的研究較多，在材質(zhì)方面，前人研究發(fā)現(xiàn)單一材料墻體的保溫、蓄熱性能一般低于多層異質(zhì)復合墻體，且異質(zhì)復合墻體還具有厚度薄、節(jié)省材料的特點5-8；在結(jié)構(gòu)方面，諸多學者研究了墻體的適宜厚度、開發(fā)了墻體高效蓄熱結(jié)構(gòu)。大量研究表明被動蓄熱墻體有效蓄放熱厚度有限，如李小芳9分析得到粘土磚墻的厚度達到 36 cm 可保證室內(nèi)氣收稿日期：2018-01-31    修訂日期：2018-04-16  基金項目：寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃重大項目（2016BZ0901 ）；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程項目（2016KTCL02-02）  作者簡介：鮑恩財，男，安徽合肥人，博士生，主要從事設(shè)施園藝工程方面的研究。Email ：baoencai1990163.com  通信作者：鄒志榮，男，陜西延安人，教授，博士，博士生導師，主要從事設(shè)施園藝方面的研究。Email ： zouzhirong2005163.com 溫穩(wěn)定，使用聚苯板做隔熱材料厚度以 10 cm 為宜；楊建軍等10綜合分析得出陜西楊凌地區(qū)、甘肅白銀地區(qū)、寧夏銀川地區(qū)和新疆塔城地區(qū)的最佳厚度分別為 1.0、1.3、 1.5 和 1.4 m；黃雪等11把厚土墻從內(nèi)到外劃分為蓄熱層、過渡層和御冷層，測試其厚度分別為 0.81.0 m 、2.2 2.6 m 和 0.4 0.6 m；彭東玲等12-13試驗發(fā)現(xiàn)墻體內(nèi)存在有效蓄熱層和保溫層，有效蓄熱層與天氣、墻體總厚度以及墻體熱特性參數(shù)有關(guān)，試驗期間有效蓄熱層厚度為 0.260.45 m ；李明等14研究得到土墻蓄熱層厚度為38.5 cm；白青等15提出了利用室內(nèi)最低氣溫和墻體內(nèi)溫度確定每日蓄熱層厚度的方法，得到試驗期間溫室土墻蓄熱層厚度在 55 200 cm 之間。為了提高墻體非蓄熱層的利用效率，史宇亮等16認為應(yīng)當在土墻 60 cm 以后的墻體溫度相對穩(wěn)定層中采取有效的換熱設(shè)備或材料將其蓄積的熱量釋放到溫室內(nèi)部，以進一步提高室內(nèi)氣溫；凌浩恕等17基于日光溫室專用多曲面槽式空氣集熱器提出一種帶豎向空氣通道的太陽能相變蓄熱墻體構(gòu)筑體系；張勇等18-20提出了一種能夠?qū)滋旄挥嗄芰窟M行有效存儲的主動蓄熱墻體日光溫室；鮑恩財?shù)?1進一步優(yōu)化了主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)，以固化沙為主要蓄熱體設(shè)計了  c農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程c第 10 期  鮑恩財?shù)龋貉b配式主動蓄熱墻體日光溫室熱性能分析 179 固化沙主動蓄熱墻體溫室，并進行熱工性能測試，結(jié)果表明，固化沙主動蓄熱后墻溫室墻體內(nèi)部恒定溫度區(qū)域處于 740 1 000 mm 之間，傳熱風道上下表面各 200 mm的高度范圍內(nèi)均屬于蓄熱體。 日光溫室的墻體結(jié)構(gòu)除了保溫、蓄熱的作用，還需兼顧其現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢和低成本的施工建造與生產(chǎn)應(yīng)用22。近年來，日光溫室墻體的裝配式建設(shè)逐漸成為行業(yè)熱點，如閆俊月等23報道了一種了以預制混凝土板夾芯填土作為儲熱層、以聚苯板作為保溫層的輕簡化裝配式后墻；張潔等24設(shè)計了一種裝配式礫石蓄熱墻體日光溫室；張義等25研究了一種輕簡裝配式日光溫室，該溫室由基于水媒介質(zhì)蓄熱的主動蓄放熱系統(tǒng)來實現(xiàn)蓄放熱功能，由預制裝配式復合墻體來實現(xiàn)保溫隔熱功能；李明等26從理論上分析認為可通過使用保溫材料作為墻體保溫層、利用土壤蓄熱替代墻體蓄熱 2 個途徑來開展日光溫室墻體的輕簡化研究。 上述研究為節(jié)能日光溫室的發(fā)展起到了積極的推動作用，但有關(guān)裝配式主動蓄熱墻體日光溫室的研究尚未見報道。傳統(tǒng)主動蓄熱墻體具有較好的蓄熱效果18-21，但也存在施工工藝復雜、人工用量大、建造速度慢的問題，制約了該類日光溫室的推廣應(yīng)用，亟需開展日光溫室主動蓄熱墻體的裝配式建造的研究，通過簡化施工流程、減少施工用材、降低人工投入來提高施工效率、降低成本。為此，本文根據(jù)日光溫室主動蓄熱墻體結(jié)構(gòu)特點，采用不同施工工藝對墻體進行裝配式建造，對傳統(tǒng)主動蓄熱墻體日光溫室和裝配式主動蓄熱墻體日光溫室進行冬季室內(nèi)環(huán)境測試，分析其熱工性能及建筑成本，從而為主動蓄熱墻體日光溫室的進一步發(fā)展提供有益參考。 1  材料與方法 1.1  試驗材料 1.1.1  試驗溫室 3 座供試溫室均位于陜西省楊凌示范區(qū)旭榮農(nóng)業(yè)基地（ 3416N， 10806E），建成于 2017 年 10 月，測試期間 3 座溫室內(nèi)種植作物為番茄（于 2017-11-05 定植） ，采用基質(zhì)袋培，灌溉方式為滴灌。夜間采用保溫被覆蓋，上午 09:00 收卷，下午 17:00 鋪放。本文以保溫被覆蓋時段為夜間（17:00 次日 09:00），保溫被卷起時段為白天（09:00 17:00）。晴天正午前后打開通風口， 12:00 打開，14:00 關(guān)閉。 試驗溫室結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。傳統(tǒng)主動蓄熱墻體日光溫室18,27-29（G1 ），跨度為 10 m，長 32 m，方位南偏東 5，脊高 5.0 m，后墻高 3.6 m，屋面為直屋面。后墻厚度為1.3 m，結(jié)構(gòu)為 100 mm 聚苯板+120 mm 粘土磚墻+960 mm相變固化土+120 mm 粘土磚墻（從外向內(nèi)） ，相變固化土由當?shù)攸S土添加 8%摻量（質(zhì)量比）的相變固化劑攪拌均勻制成，相變固化劑配方見文 獻30 。溫 室采用卡槽骨架，間距 1 m，后屋面采用 100 mm 聚苯板，前屋面覆蓋 PO膜；回填裝配式主動蓄熱墻體日光溫室27,31-33（G2 ） ，后墻厚度為 1.3 m，結(jié)構(gòu)為 100 mm 聚苯板+10 mm 鋼筋網(wǎng)+1 170 mm 相變固化土+10 mm 鋼筋網(wǎng)+10 mm 混凝土噴漿涂層（從外向內(nèi)）。其他參數(shù)與 G1 一致；模塊裝配式主動蓄熱墻體日光溫室（G3 ），后墻厚度為 1.3 m，結(jié)構(gòu)為 100 mm 聚苯板 +1 200 mm 素土模塊墻（從外向內(nèi)），單個素土模塊尺寸為 1 200 mm1 200 mm 1 200 mm，由當?shù)攸S土添加 2%摻量（體積比）的麥草秸稈攪拌均勻后通過速土成型機（陜西楊凌旭榮農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)）壓實而成，制作方法見文獻 34。 其他參數(shù)與 G1 一致。  圖 1  測試溫室結(jié)構(gòu)圖 Fig.1  Schematic diagram of tested solar greenhouses 1.1.2  主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng) 主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)包括風道、風機及其控制系統(tǒng)。在張勇等18-21,35研究的基礎(chǔ)上，為提高蓄熱體的蓄熱效果和蓄熱量，結(jié)合熱空氣向上運動的自然現(xiàn)象，改進了原有的主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)， G1、 G2、 G3 的主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的氣流運動方式相同、結(jié)構(gòu)相似、軸流風機的數(shù)量及功率相等，以 G1 為例，其主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)見圖 2。將農(nóng)業(yè)工程學報（http:/www.tcsae.org ）                                2018 年   180進、出風口的位置設(shè)在后墻頂部，進風口設(shè)置在后墻東西兩端，出風口設(shè)置在后墻中部。后墻中建造有橫向、豎向風道，供氣流運動。軸流風機采用負壓通風的形式，安裝在出風口外表面，風機啟動時，墻內(nèi)形成負壓，溫室內(nèi)部的空氣攜帶熱量從進風口進入后墻通風管道，經(jīng)過熱交換，熱量蓄積入蓄熱體中。 圖 2  主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)示意圖 Fig.2  Schematic diagram of active heat storage cycle system G1 的橫向風道采用市場現(xiàn)有的預制混凝土空心板在后墻內(nèi)部居中布置，共 4 層，每層空心板的截面尺寸為555 mm120 mm，其中通風孔有 5 個，直徑 80 mm，豎向風道為粘土磚砌筑，進口截面尺寸為 960 mm200 mm、出口截面尺寸為 960 mm400 mm；軸流風機（上海展鳴風機電器有限公司生產(chǎn)）為負壓通風，共 2 臺，位于溫室后墻中部的出風口上方，每臺額定功率為 0.12 kW、風量為 2 100 m3/h、轉(zhuǎn)速 2 800 r/min。G2 的橫向風道采用直徑 200 mm 的 PVC 半管在后墻內(nèi)部居中布置，共 4 層，每層 3 根、間距 100 mm，豎向風道為直徑 200 mm 的PVC 圓管（進、出風口尺寸一致），安裝時與橫向風道對接。其他參數(shù)與 G1 一致。 G3 的橫向風道在土塊壓實過程中一次成型，共 2 層，每層 2 個方孔風道，尺寸長 高為 200 mm100 mm， 其中方孔的另一個作用為叉車運輸預留溝槽，豎向風道土塊壓制過程中預留，進口截面尺寸為 600 mm300 mm、出口截面尺寸為 600 mm600 mm。其他參數(shù)與 G1 一致。 風機的啟閉采用自動控制模式，白天（09:00 17:00） 的室溫高于 25 開啟進行蓄熱，室溫低于 20 停止；夜間（17:00次日 09:00）的室溫低于 13 開啟進行放熱，室溫低于 8 時停止并發(fā)出警報，提醒進行人工加溫。 1.1.3  測試儀器 溫室內(nèi)外空氣溫度和相對濕度的測量采用 HOBO UX100-011 型溫濕度記錄儀（美國 Onset 公司生產(chǎn)， 精度：溫度 0.2 、相對濕度 2.5%），溫室內(nèi)外光照強度測量采用 HOBO UA002-64 型光照強度記錄儀（美國 Onset 公司生產(chǎn)，精度：10 lx）。墻體及土壤溫度的測量采用 T型熱電偶溫度傳感器（合柔（上海）電線電纜有限公司生產(chǎn)，精度：0.2 ） ， 連接到 34970A 數(shù)據(jù)自動采集儀（美國 Agilent 公司生產(chǎn)）。 1.2  墻體施工工藝 3 座溫室墻體的主要區(qū)別在于墻體蓄熱部分和主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的施工工藝不同。 G1 墻體的建造主要采用人工砌筑圍護磚墻和拉結(jié)磚墻、人工回填并夯實相變固化土18,28；G2 墻體的建造主要采用人工砌筑拉結(jié)磚墻、人工焊接圍護鋼筋網(wǎng)、人工回填并夯實相變固化土、機械噴漿31-33；G3 墻體由機械壓制素土模塊后全部采用叉車搬運堆砌。 G1 的主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)采用人工砌筑豎向磚墻風道、橫向風道采用混凝土預制板人工安裝； G2 的主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)采用人工安裝豎向圓管風道和橫向半管風道； G3 的主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)在素土模塊制作過程中將風道壓制成型，墻體堆砌過程中自然對接而成。 1.3  測點布置 3 座供試溫室內(nèi)部各布置 2 個溫濕度測點， 2 個光照測點。分別布置在溫室長度方向 3 等分截面處，跨度方向中部。其中溫濕度測點和光照測點位于地面以上 1.5 m高度處。 3 座供試溫室墻體溫度測點均為 2 組， 2 組測點均位于距離室內(nèi)地面以上 1.5 m 高度處（避開風道位置），分別布置在溫室長度方向 3 等分截面處。沿墻體厚度方向分別距墻體內(nèi)表面 0、 50、 100、 150、 200、 250、 300、400、 500、 600、 700、 800、 900 和 1 000 mm 處。地溫測點位于地下 15 cm 處。 室外環(huán)境數(shù)據(jù)測點布置在距 G1 正西方 10 m 處的空曠場地，溫濕度測點和光照測點的水平高度均與溫室內(nèi)測點一致。試驗數(shù)據(jù)采集時間為 2017-11-01 至2018-01-31，所有記錄數(shù)據(jù)的時間間隔均為 30 min。 1.4  數(shù)據(jù)處理 本文試驗數(shù)據(jù)采用 Excel 2007 進行數(shù)據(jù)分析及二維圖表的制作，采用 SigmaPlot12.5 進行三維圖的制作。 2  結(jié)果與分析 2.1  溫室內(nèi)外光照強度對比分析 日光溫室室內(nèi)光照強度直接影響到主動蓄熱后墻的蓄放熱，圖 3 顯示了典型晴天（2017-12-31 09:00次日09:00）供試溫室室內(nèi)外光照強度的日變化。由圖 3 可知，3 座供試溫室室內(nèi)的光照強度曲線變化趨勢與室外基本一致 G1、 G2、G3 白天平均光照強度分別為 72 192、71 638、 71 351 lx，不存在明顯差異，室外為 110 165 lx。由此可知，在同一天氣條件下， 3 座供試溫室的平均光照強度差距較小，室內(nèi)溫度環(huán)境的差異不是由光照強度的差異造成的。 圖 3  不同溫室室內(nèi)外光照強度的變化 Fig.3  Variations of indoor and outdoor light intensity in  different solar greenhouses 第 10 期  鮑恩財?shù)龋貉b配式主動蓄熱墻體日光溫室熱性能分析 181 2.2  溫室內(nèi)外氣溫對比分析 2.2.1  連續(xù)晴天條件下溫室內(nèi)外氣溫對比分析 圖 4a 顯示了連續(xù)晴天（ 2017-12-30 09:00 至2018-01-02 09:00）溫室室內(nèi)外氣溫變化。由圖 4a 可知，連續(xù)晴天 G1、G2 、 G3 及室外的平均氣溫分別為 19.9、20.1、 20.8、 1.1 ，因此 G1、 G2、 G3 的平均氣溫在連續(xù)晴天條件下差距很?。?G1、 G2、 G3 及室外的夜間（17:00次日 09:00）平均氣溫分別為 15.2、 16.0、 17.3、 3.5 ，G2、G3 夜間平均氣溫比 G1 分別高 0.8、2.1 ； G1、G2、G3 及室外的夜間平均最低氣溫分別為 13.4、 14.7、15.6、 6.3 ， G2、 G3 夜間最低平均氣溫比 G1 分別高1.3、2.2 。 圖 4  不同溫室室內(nèi)外氣溫變化 Fig.4  Variations of indoor and outdoor air temperatures in different solar greenhouses 2.2.2  連續(xù)陰天條件下溫室內(nèi)外氣溫對比分析 低溫及寡照是影響日光溫室安全生產(chǎn)的主要因素，而冬季連續(xù)陰天又是這 2 種限制因素的主要表現(xiàn)形式，因此，有必要對冬季連續(xù)陰天條件下日光溫室的保溫性能進行比較分析。魏瑞江等36以連續(xù) 3 d 以上無日照或逐日日照時數(shù) 2 h 連續(xù) 4 d 以上為連陰天統(tǒng)計標準；黎貞發(fā)等37以日最低溫度 0 且日照時數(shù)連續(xù)3 h 為低溫連陰天統(tǒng)計標準。本文取文獻 36-37中統(tǒng)計標準的交集，規(guī)定日照時數(shù)2 h 連續(xù) 3 d 及以上時為連續(xù)陰天條件的統(tǒng)計標準。分析測試期內(nèi)室外氣象條件發(fā)現(xiàn)連續(xù)陰天出現(xiàn) 2 次，分別是 2018-01-02 至 2018-01-09、 2018-01-13至 2018-01-16，前者為暴雪連陰天，屬級重大氣象災    害38；后者為連陰天。本文對 2018-01-13 至 2018-01-16的溫室內(nèi)外氣溫進行分析。 圖 4b 顯示了連續(xù)陰天（ 2018-01-13 09:00 至2018-01-16 09:00）溫室室內(nèi)外氣溫變化。由圖 4b 可知，連續(xù)陰天 G1、G2 、 G3 及室外的平均氣溫分別為 12.9、14.4、 14.3、 3.7 ； G1、 G2、 G3 及室外的夜間（ 17:00次日 09:00）平均氣溫分別為 11.3、 12.9、 13.0、 5.9 ；G1、 G2、 G3 及室外的夜間平均最低氣溫分別為 9.8、 11.5、11.7、 8.2 。因此，在連續(xù)陰天條件下，G2 與 G3 的氣溫幾乎相等，但均優(yōu)于 G1。 2.2.3  測試期間溫室內(nèi)氣溫分析 為了更好地了解 3 座溫室長期的室內(nèi)氣溫變化，選取冬至日（ 2017-12-22）及以后的連續(xù) 1 個月的室內(nèi)氣溫進行對比分析。番茄在白天、夜間適宜空氣溫度范圍分別為 18 25、8 13 ，在夜間的最低耐受空氣溫度為5 39。表 1 為 2017-12-22 至 2018-01-21 連續(xù) 31 d 的室內(nèi)氣溫數(shù)據(jù)分析結(jié)果。 表 1  3 座溫室的室內(nèi)氣溫分析（2017-12-222018-01-21） Table 1  Indoor air temperatures analysis of three solar greenhouses (2017-12-222018-01-21) 參數(shù) Parameters G1 G2 G3 平均最低氣溫 Average minimum air temperature/ 9.64 11.47 11.83平均最高氣溫 Average maximum air temperature/ 24.20 23.22 23.75日平均氣溫 Average daily air temperature/ 16.14 16.98 17.33白天（09:0017:00）平均氣溫 Average daytime temperature (09:0017:00)/ 21.76 20.85 21.29夜間（17:00次日 09:00）平均氣溫 Average night air temperature (17:00next 09:00)/ 11.52 12.32 12.97最低氣溫8 的天數(shù) Number of days with minimum temperature8 /d 4 2 1 最低氣溫5 的天數(shù) Number of days with minimum temperature5 /d 2 0 0 最高氣溫25 的天數(shù) Number of days with maximum temperature25 /d 19 20 20 白天（09:0017:00）平均氣溫18 的天數(shù) Number of days with average daytime temperature（09:0017:00）18 /d 21 24 24 31 d 的測試期內(nèi)，非晴天的天氣有 14 d，其中有連續(xù)8 d（ 2018-01-02 至 2018-01-09）和連續(xù) 3 d（ 2018-01-13至 2018-01-16）為暴雪和陰天，導致溫室內(nèi)出現(xiàn)低溫的天數(shù)較多。從表 1 可以看出，G2 、 G3 的平均最低氣溫分別比 G1 高 1.83、 2.19 ，夜間（17:00次日 09:00）平均氣溫分別高 0.80、 1.45 。因此，G3 的夜間的平均氣溫和最低氣溫均最高，但與 G2 的差異并不明顯（差異 1 的區(qū)域為其蓄熱體）分析得到 G1、 G2、G3 墻體的蓄熱體厚度分別為 700 800、 800 900、700800 mm ，故在典型晴天條件下，G2、G3 的蓄熱體厚度不亞于 G1。 注: 墻體深度為距離墻體內(nèi)表面的深度距離。下同。 Note: The depth of wall is the distance from inner surface of wall. The same below. 圖 5  典型晴天后墻不同深度溫度的變化（2017-12-31 09:00次日 09:00） Fig.5  Variations of temperature at different depth in back walls in typical sunny day(2017-12-31 09:00next 09:00)  圖 6  典型陰天后墻不同墻體深度溫度的變化（2018-01-14 09:00次日 09:00） Fig.6  Variations of temperature at different depth in back walls in typical cloudy day(2018-01-14 09:00next 09:00) 由圖 6 可知典型陰天（2018-01-14 09:00 次日 09:00）條件下后墻不同墻體深度溫度的變化， G1、 G2、 G3 墻體的最高溫度也是從墻體內(nèi)表面到內(nèi)部逐漸降低的變化趨勢，最大變化幅度分別為 10.7、 11.5、 9.8 ，該幅度小于典型晴天的變化是因為陰天墻體接受不到太陽輻射；最低溫度是從墻體內(nèi)表面到墻體內(nèi)部先升高再降低的變化趨勢，峰值均出現(xiàn)在 200 mm 處，最大變化幅度分別為4.9、6.0 、5.0 ，該幅度大于典型晴天的變化說明陰天墻體釋放的熱量持續(xù)且幅度較大；墻體最低溫度出現(xiàn)的位置略有不同，除 G3 的最低溫度出現(xiàn)在 800 mm 深度外，G1、 G2 均出現(xiàn)在 1 000 mm，與典型晴天一致。 G1、 G2、G3 墻體的蓄熱體厚度分別為 300 400、 500 600、 500600 mm，故在典型陰天條件下， G2、G3 的蓄熱體厚度較 G1 大。因此，  3座溫室中 G2、 G3 墻體抵抗低溫的能力相對較強，能夠在溫度較低的天氣情況下更加持久地為室內(nèi)作物提供熱量，更有利于作物生長，這也是其室內(nèi)夜間和陰天氣溫較 G1 高的原因。 典型晴、陰天條件下的 3 座日光溫室后墻的蓄熱體厚度均不一致，采用溫波法對 2017-12-22 至 2018-01-21連續(xù) 31 d 的后墻溫度數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明，有部分天數(shù) G1、 G2、 G3 墻體的蓄熱體厚度均超過了 1 000 mm。因此，僅采用室內(nèi)墻體 1 d 內(nèi)溫度波幅 1 的區(qū)域為其蓄熱體的分析方法有待完善，本文建議采用一年中最冷月或整個冬季的溫度數(shù)據(jù)來分析蓄熱體厚度。 2.4  經(jīng)濟性分析 表 2 為 3 座溫室的建 筑成 本比較，價格差異主要體第 10 期  鮑恩財?shù)龋貉b配式主動蓄熱墻體日光溫室熱性能分析 183 現(xiàn)在墻體和主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的建設(shè)上。由前文可知 3座溫室墻體材料和建造方式不同， G1 為兩側(cè)砌磚、中間填充相變固化土； G2 為兩側(cè)鋼筋網(wǎng)、中間填充相變固化土； G3 為純素土壓實堆砌，故造價依次降低。主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的風機功率相同，但風道材料和安裝方式不同，G1 風道為混凝土預制板、人工安裝； G2 風道為 PVC 管、人工安裝； G3 風道為土塊壓實過程中成型，直接堆砌連接，故造價依次降低。墻體和主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的建筑成本差異也會導致其他費用的差異，包括材料運費及稅金等。由表 2 可知， G2、G3 的每平方米造價分別較 G1降低 71.2、 162.1 元，因此，裝配式主動蓄熱墻體較傳統(tǒng)主動蓄熱墻體的成本均有所下降，模塊裝配式主動蓄熱墻體的的建筑成本下降幅度最大。 表 2  不同溫室的建筑成本 Table 2  Costs of different greenhouses  yuanm2項目 Items G1 G2 G3 溫室鋼骨架 Steel frame 72.6 72.6 72.6溫室基礎(chǔ) Foundation 42.5 42.5 42.5溫室墻體 Wall 246.5 193.5 110.2溫室覆蓋、保溫材料及控制系統(tǒng) Plastic film and thermal insulation quilt with control system 43.4 43.4 43.4主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng) active heat storage cycle system 40.1 23.6 18.5其他 Others 16.0 14.3 11.8合計 Total 461.1 389.9 299.03 座溫室的主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的通風蓄熱方式相同（風機功率及管道布置方式一致，管道材質(zhì)不一致） ，運行成本在理論上只有風機的耗電產(chǎn)生的費用。風機的啟閉僅受室內(nèi)氣溫的影響，通過氣溫分析發(fā)現(xiàn)，白天（ 09:00 17:00）3 座溫室的氣溫差異較小，故蓄熱階段風機的運行時長一致；夜間（17:00 次日 09:00）氣溫表現(xiàn)為 G3 最高、 G2 其次、 G1 最低，故在同一天氣條件下，G1 出現(xiàn)低于 13 的情況最早，風機啟動最早、運行時長最長， G2 其次， G1 最短。所以， G1、 G2、 G3 的運行成本為 G1<G2<G3。 3  討  論 日光溫室墻體內(nèi)側(cè)溫度的變化幅度與太陽光直射密切相關(guān)40，典型晴、陰天條件下， 3 座溫室后墻不同深度處最低溫度的峰值均出現(xiàn)在約 200 mm 深度處， 這與陳超41的研究結(jié)果一致。墻體受太陽輻射、室內(nèi)氣溫影響的程度與主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)影響的程度有待進一步通過理論和實測來進行分析，以優(yōu)化主動蓄熱日光溫室內(nèi)熱量的蓄積與利用。熱量蓄積方面，李明等26認為可通過使用土壤蓄熱替代墻體蓄熱，今后可嘗試將后墻主動蓄熱與土壤主動蓄熱結(jié)合應(yīng)用從而進一步提高蓄熱效果，或?qū)⒅鲃有顭嵫h(huán)系統(tǒng)安裝于地下來完全或部分代替墻體的作用；熱量利用方面，柯行林等42試驗得到利用水循環(huán)主動蓄放熱系統(tǒng)加熱基質(zhì)比加熱空氣可提高基質(zhì)平均溫度 2.5 5.3 、番茄產(chǎn)量提高 43.0%，本文研究的日光溫室墻體主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)能否為作物根際加溫有待進一步試驗測試與分析。 文中 3 座溫室的主要區(qū)別在于墻體的施工工藝不同，墻體的建造材料（蓄熱材料與傳熱風道材質(zhì)）亦不同，因此，無法分析單一因素對墻體蓄熱厚度的影響，只能進行整體分析。連續(xù) 31 d 的后墻溫度測試結(jié)果分析表明3 座溫室后墻的蓄熱體厚度均超過了 1 000 mm，但室內(nèi)氣溫和墻體溫度均表現(xiàn)為 G2 與 G3 差異不大、均優(yōu)于G1，這是因為透氣型風道的傳熱效果明顯高于密閉型風道43， G2 傳熱風道的透氣率為 24.15%，G3 傳熱風道為全敞開式。 G2、 G3 的建筑成本均較 G1 低， G2 墻體填土為人工夯實，抗壓強度較低，但添加了相變固化劑可提高墻體的抗壓強度和蓄熱性能30； G3 的墻體做法取決于土壤本身是否具有粘聚性，本試驗條件下壓制后的素土模塊密度為 1.94 g/cm334，對于弱粘聚性的土壤仍需要添加固化材料方可使用。 4  結(jié)  論 針對原有日光溫室主動蓄熱墻體結(jié)構(gòu)施工工藝復雜的問題，本文采用不同施工工藝建造主動蓄熱墻體，對傳統(tǒng)主動蓄熱墻體日光溫室（G1 ）、回填裝配式主動蓄熱墻體日光溫室（G2 ）、模塊裝配式主動蓄熱墻體日光溫室（G3 ）的性能進行了測試分析，得出以下結(jié)論： 1）連續(xù) 31 d（ 2017-12-22 至 2018-01-21）的測試結(jié)果分析表明 G1、 G2、 G3 的日平均氣溫分別為 16.14、 16.98、17.33 ，平均最低氣溫分別為 9.64、 11.47、 11.83 ，故 3 座溫室的氣溫總體表現(xiàn)為 G3 略優(yōu)于 G2， G3、 G2均優(yōu)于 G1。 2） G1、 G2、 G3 墻體在典型晴天（ 2017-12-31 09:00 次日 09:00）蓄熱體厚度分別為 700 800、 800900 、700 800 mm，在典型陰天（ 2018-01-14 09:00 次日 9:00）蓄熱體厚度分別為 300 400、 500600、 500 600 mm。  3） G1、G2 、 G3 的施工流程逐步簡化、施工用材逐漸減少、施工造價依次降低，每平方米造價分別為 461.1、389.9、299.0 元，G3 的建筑成本下降幅度最大。 綜上，裝配式主動蓄熱墻體較傳統(tǒng)主動蓄熱墻體的保溫蓄熱效果好，在適宜日光溫室發(fā)展的地區(qū)具有一定的推廣價值。 參  考  文  獻  1 陳青云 . 日光溫室的實踐與理論J. 上海交通大學學報：農(nóng)業(yè)科學版，2008，26(5)：343350. 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