引言
日光温室栽培是农业产业结构调整的重要组成部分,是农民增收的重要措施。目前,在青海农村地区,有很大一部分为土温室。由于经济现状的限制,一些较为先进的温棚建设方式很难在青海地区推广开来,并且这种传统温室后墙存在施工复杂费时、承重能力差、保温性能差及占地多等缺点。为此,借鉴国内先进技术,结合青海省农业地区自然条件、经济条件,设计出一种日光温室后墙的建设技术,并将这种技术加以应用实践,以适应高寒地区温棚蔬菜栽培和生产,有利于在青海农村地区普遍推广。
日光温室的围护结构不仅具有有效防止室内热量向室外传递的良好保温作用,而且在白天能吸收和蓄积太阳热能,在夜间又可将蓄积的太阳热能释放到温室中,以维持室内一定的气温[1].
1 后墙材料改善
1. 1 材料选择
日光温室的后墙在温室的热环境平衡过程中起着重要的作用。温室围护结构的组成材料和复合方式较多。从热工方面进行分析研究表明: 日光温室较理想的墙体内侧应由吸热蓄热能力较强的材料组成蓄热层,外侧由导热、放热能力较差的材料组成保温层,中间应为隔热层[2].
温室后墙材料采用复合墙体要比单一材料的墙体夜间保温效果好,且尤以外层为苯板的保温效果好[3 -4].因此,拟采用复合墙体的方式。其中,EPS 泡沫板导具有热系数小、保温隔热效果好及轻质等优点,同时克服了市场上同类阻燃效果材料质量大、价格高的问题,是一种理想的保温隔热材料。
1. 2 温棚复合后墙热工性能对比
通常墙体热工性能计算考虑两个方面,分别是冬季的保温性能和夏季的隔热性能。根据用途,温棚以冬季保温为主,一般可不考虑夏季防热; 同时,在寒冷和严寒地区当墙体系数较小( 即保温较好) 的条件下,一般已能满足夏季隔热要求。因此,表征材料保温性能的传热系数成为墙体组合的判别标准。传热系数越低,保温性能越好。各种材料在不同组合方式下的热工性能指标如图 1 所示。【1】
在图1 中,组合1 为40cm 土体 +10cm 苯板、组合2 为 360 砖墙 + 10cm 苯板、组合 3 为 40cm 空心混凝土砌块 + 10cm 苯板、组合 4 为 40cm 混凝土砌块 +10cm 苯板、组合 5 为 40cm 有孔洞土块 + 10cm 苯板。
从图 1 中可以看出: 组合 3 和组合 5 的传热系数为最小,但由于有孔洞的土块成型非常困难,因此初步选择混凝土空心砌块和苯板的组合作为试验墙体。
1. 3 温棚温度模拟对比
为了进一步验证这种墙体的保温性能,采用清华大学 DEST 动态模拟软件,进行温棚冬季内部温度动态模拟,并将试验温棚和传统温棚进行对比。试验温棚冬季内部温度比原温棚普遍要高。从均值来看,实验温棚冬季平均温度 9.27℃,原温棚平均温度 4. 88℃。
室外温度最低的情况下,两种温棚内部温度差别明显,最低温差达 9. 51℃,对比如图 2 所示。从对比结果可以看出: 实验温棚的温度较原土墙温棚有较大提高,因此该试验温棚后墙的材料组合方式的保温效果是可以保证的。
2 后墙结构改善
传统温棚建设中土墙作为主要的承重构件,施工周期长,且土墙的材料同样不利于自然资源的保护。
因此,在确定试验温室后墙材料的组合方式后,将该种后墙组合方式应用在实际中,并在此基础上改善后墙结构。试验中为了有利于自然资源的保护,混凝土空心块材使用生态混凝土。
为了实现温室后墙所用空心块材的批量化生产,从而实现温室的快速建设,确定出空心砌块材料配合比、尺寸确定并对块材的性能进行测试。
2. 1 生态混凝土块材制备
通过试验确定块材原材料及配方,块材配合比如表 1 所示,块材尺寸如图 3 所示。为后墙墙体组合施工方便,确定了 3 种不同的块材尺寸,制备完成的块料如图 4 所示。
2. 2 块材性能分析
试验中对块材分别进行了冻融试验、抗压试验及透水系数测定。其中,融试件为 100mm × 100mm ×400mm,抗压试件为 100mm × 100mm × 100mm,透水系数测定试件为直径 100mm、高 200mm.测定这些生态混凝土试件的抗压强度、冻融循环次数、透水系数,结果如表 2 所示。从表 2 可以看出:试验块材的性能满足温室后墙的要求,可以应用在实际中。
3 试验后墙应用
在对传统温室结构等做过详细调查后,为了保证可比性,试验温棚的结构大小与普通温棚的大小相同,结构形式上也与普通温棚相同。但为了保证后墙的承载能力与墙体稳定性,在墙体空洞中填入石子,并在后墙中每隔 4m 插入钢筋浇筑混凝土形成钢筋混凝土芯柱,如图 5、图 6 所示。建成后的试验大棚如图7 所示。
4 结论
1) 生态混凝土空心砌块与苯板组合的温室后墙具备较好的保温效果,对于青海这样的高寒地区是适合的。
2) 在墙体材料中采用了生态混凝土,并确定出合理的配合比。
3) 在试验中确定的空心砌块尺寸有利于产量化生产,并且组合方便,对提高温室的建设速度有很大的帮助。
4) 在温室建设中,石子的填入和钢筋混凝土芯柱的形成对于保证温室后墙承载能力及墙体稳定性有很好的效果,对于今后温室的建设方法具有一定的借鉴意义。
总之,本温室后墙试验研究中,从材料的选取到施工建设都提出了新的、简单易行的方法,并加以应用。该种后墙可以取得很好的保温效果,大大提高了温室的建设速度,可以应用到实际的工程中。
参考文献:
[1] Bai Yikuai,Liu Wenhe,Wang Tieliang,et al. Experimentalresearch on environment and heat preservation effect of solargreenhouse: type LiaoshenⅠ[J]. 农业工程学报,2003,19( 5) : 191 -196.
[2] 陈端生,郑海山,刘步洲。 日光温室气象环境综合研究-Ⅰ。 墙体、覆盖物热效应研究初报[J]. 农业工程学报,1990,6( 2) : 77 - 81.
[3] 徐刚毅,周长吉。 不同保温墙体日光温室的性能测试与分析[J]. 华中农业大学学报,2004,35( 12) : 62 -66.
[4] 佟国红,王铁良,白义奎,等。 日光温室节能墙体的选择[J]. 可再生能源,2003( 4) : 14 -16.