北方寒区节能日光温室建筑设计理论与方法研究

[目的]建立基于作物生长所需最低太阳能截获、热量平衡、蓄放热能量守恒为核心的节能日光温室建筑设计的理论、方法,为温室作物越冬生长提供适宜的环境.[方法]针对北方寒区节能日光温室建筑发展现状和太阳能资源丰富的优越条件,依据太阳能原理,运用建筑热工设计理论和方法,即建筑学等多学科综合理论研究、温室建筑空间和构造形式的设计、温室试设计与建设、测试等过程和方法.[结果]建立了节能日光温室建筑参数设计方法;建立了日光节能保温墙体结构各种材料厚度的计算方法;建立了日光温室节能蓄热体厚度的计算方法.[结论]提出了以冬至日太阳能合理截获、温室内热量得失平衡、墙体蓄放热能量守恒为核心的日光温室合理采光、保温和蓄热理论与方法.     

日光温室自然对流蓄热中空墙体蓄放热效果研究

研究新型自然对流循环蓄热中空墙体的蓄放热效果,采用自计式传感器连续测试墙体内的温度分布及室内表面的热流量,对该墙体的蓄放热特性进行研究。结果表明:新型墙体内部的温度分布规律与传统的实心墙体构造不同,从内表面至外表面,并不是持续下降的趋势;在晴天白天,内部中空层两侧墙体表面的温度高于相邻实心构造部分,但比中空层空气温度的19.2℃分别低2.2和3.7℃,表明墙体深处处于蓄热状态;清晨温度较低时刻,中空层两侧表面温度分别比其中空气温度的11.7℃高出1.3和0.8℃,表明墙体内部直至清晨仍处于放热阶段。墙体内各点的温度波动幅度显示,晴天中空层两侧表面和空气温度的波动幅度分别可达4.9、4.0和8.2℃,表明墙体内部表面蓄热放热作用显著;阴雪天气下也表现出一定的蓄热放热效果。研究表明,该新型自然对流循环蓄热中空墙体构造可以有效调动墙体深处材料参与蓄热放热过程,显著增加墙体的总蓄热放热面积。     

日光温室墙体研究进展

[目的]墙体是日光温室维持室内气温、保证作物安全过冬的关键构件.分析影响墙体保温蓄热性能的相关因素,对日光温室墙体的发展趋势进行展望.[方法]对日光温室墙体研究所取得的成果进行梳理,从墙体材料、构造、墙面做法、墙体传热、设计和评价方法等角度对日光温室墙体的相关研究进行总结和分析.[结果]日光温室墙体建造还存在着建造材料不够环保、施工效率和质量较低、设计方法尚不完善等问题.[结论]使用可现场装配材料建造的外保温复合墙和使用轻质保温材料,建造的单一保温功能墙体有助于改善墙体施工效率和质量,提高土地利用效率,是墙体未来发展的重要趋势.     

不同复合墙体结构对日光温室土壤热特性的影响

[目的]土壤是高热容介质,其温度与热通量变化可在一定程度上反映不同墙体结构日光温室的蓄热保温性能差异。为探明不同复合墙体结构对日光温室土壤热特性的影响。[方法]本试验以砖土复合墙体结构(双24cm厚砖墙内夹50cm厚黄土)、砖煤复合墙体结构(双24cm厚砖墙内夹50cm厚煤渣)、砖苯复合墙体结构(37cm厚砖墙外贴10cm厚苯板)日光温室为研究对象,通过分析冬季温室内夜温、典型天气下10cm深度处土温、同一温室不同土壤深度间的温度变化规律、同一深度不同温室间的温度变化规律、土壤温度与土壤热通量日变化规律等,初步评价了不同墙体结构日光温室的土壤热特性差异。[结果]砖土温室的土壤热稳定性和蓄热保温性能最好,而砖苯温室的隔热效果最好、白天接受太阳辐射后土壤升温最快。[结论]综合考虑,砖土复合墙体结构日光温室的土壤热特性较优,有利于作物维持较高的根系活力,在晋中地区的推广应用前景较好。     

高寒丘陵地区机建厚墙体日光温室保温性能研究

高寒丘陵地区建造厚土墙日光温室,在冬季1月份,以砖墙和普通土板墙日光温室为对照,对温室内的温度变化,以及机建土墙温室后墙不同深度的温度变化进行了测定,其结果说明,机建土墙温室的保温性能最好,1月份温室内日平均温度比土板墙温室高5.7℃,比砖墙温室高7.8℃,比外界温度高26.5℃.机建厚墙体日光温室,依山坡而建,背风向阳,厚厚的墙体形成了一个蓄热体,白天吸收太阳光蓄热,夜间随着墙体温度的下降而放热,适宜高寒丘陵地区使用.     

不同墙体材料日光温室的保温性能

为明确秸秆块墙体日光温室和土墙体日光温室的保温性能,本文以秸秆块墙体日光温室和土墙体日光温室为研究对象,分析了两种墙体结构温室中墙体温度、土壤温度、室内空气温度分布以及晴天和阴天时空气温度变化.结果显示,厚度0.6m的秸秆块墙体日光温室与平均墙厚4.0m土墙体日光温室相比,晴天时温室内空气温度和土壤温度差异不显著,清晨和阴天时秸秆块墙体温室内空气温度略低;秸秆块墙体内侧变温层厚度为15 cm,土墙体内侧变温层厚度为45 cm;秸秆块墙体日光温室中40 cm以内土壤层温度[(15.4±1.0)℃]与土墙体日光温室[(16.1±2.0)℃]无显著差异(P＞0.05);夜间秸秆块墙体日光温室空气温度低于土墙体日光温室空气温度(P＜0.05),白天两者差异不显著(P＞0.05);试验期间,两种墙体结构日光温室中空气温度最低为8.2℃,能满足常规蔬菜反季节栽培对设施保温性能的要求.     

日光温室墙体一维导热的MATLAB模拟与热流分析

为探明日光温室墙体层间温度变化及热量传递动态规律,采用有限差分法建立墙体一维非稳态导热模型,利用MATLAB编制相应的模拟程序,计算出日光温室墙体各点的温度和热流。结果表明:该模型能够比较准确模拟日光温室土墙的温度。墙体内侧存在有效蓄热层,它对日光温室室内热环境有积极的作用。墙体有效蓄热层的热流白天指向墙体外侧,夜间指向墙体内侧,因此它的厚度直接根据热流的方向确定。有效蓄热层与天气、墙体总厚度以及墙体热特性参数有关。2012-12—2013-01期间有效蓄热层厚度为0.26~0.45m不等,最大值出现在连续雪天。同时从理论上验证了3.0m厚的温室土墙内部存在热流相对稳定的"热稳定层"。     

不同墙体材料的装配式日光温室的热性能对比分析

针对日光温室后墙保温、蓄热能力不足的问题,选取装配式砾石模块日光温室(A)和装配式土模块日光温室(B)为试验温室,以当地传统的砖混结构温室(C)为对照,测试试验及对照温室的室内温度和试验温室A和B的墙体温度以及墙表面热流密度,分析试验温室和对照温室的环境温度差异以及2座试验温室的墙体传热特性。结果表明:试验温室后墙热工性能方面,B温室的总热阻和墙体总热惰性指标均大于A温室,温度波传至墙内表面的衰减倍数和延迟时间更大;室内温度方面,晴天B温室的夜间平均气温分别比A和C温室高0.6和2.7 ℃,阴天的夜间平均气温分别高0.9和3.3 ℃,雨天的夜间平均气温分别高1.9和4.3 ℃;墙体方面,晴天B温室的墙体蓄热层厚度为600~700 mm,墙体厚度>700 mm为稳定层,阴天蓄热层厚度为300~400 mm,墙体厚度>400 mm为稳定层,典型天气下A温室的墙体蓄热层厚度均>600 mm,蓄热层厚度的差异是A温室墙体的材料孔隙大,密闭性差造成;墙体传热特性方面,晴天整日蓄热量B温室比A温室高168.24 MJ,阴天高14.09 MJ。综上,试验温室A和B热性能优于对照温室C,B温室的保温、蓄热性能最优。     

复合墙体不同材料厚度对日光温室温度的影响

[目的]研究不同材料复合墙体对日光温室内温度环境的影响.[方法]采用计算流体力学(CFD)技术对17种复合墙体日光温室的温度环境进行模拟.17种墙体方案中,墙体总厚度不变,砖墙及绝热材料的厚度发生变化.模拟所采用的模型为经过校核的模型,模拟区域为日光温室及其下面1 m深土壤.[结果]在晴天条件下,靠近室内侧砖墙越薄(0.12 m)时,不论该层后面的绝热层厚度及墙体组成如何,夜间室内空气温度高于室内侧较厚砖墙(0.24、0.36、0.48 m)的其他墙体方案;夜间较薄墙体内表面温度及近室内侧墙体温度也高于其他墙体.[结论]对日光温室复合墙体的选择及建造具有指导意义.     

秸秆块墙体日光温室保温蓄热性能分析

为研究以农作物秸秆为墙体材料的日光温室(以下称秸秆块墙体日光温室)的保温蓄热性能,以秸秆块墙体日光温室为研究对象,以空心砖墙体日光温室为对照,监测了两种墙体材料温室中空气、墙体、土壤和温室各界面温度变化,分析了两种墙体材料日光温室的保温蓄热性能。结果表明:秸秆块墙体在晴天和阴天时均具有很好的保温性能,空心砖墙体晴天夜间时散失的热量是秸秆块墙体的1.5倍,阴天夜间时散失的热量是秸秆块墙体的1.3倍;秸秆块和空心砖墙体日光温室阴天时室内最低气温分别为5.4 ℃和5.8 ℃,晴天时室内最低气温为6.0 ℃和7.4 ℃;秸秆块墙体温室中40 cm以上土壤平均温度(14.00±2.61)℃高于空心砖墙体温室(13.55±1.73)℃。温室结构中各界面表面温度主要受太阳辐射强度的影响,秸秆块墙体温室中10 cm以上土壤层和空气的蓄热量比空心砖墙体温室中的大,秸秆块墙体的蓄热量比空心砖墙体的蓄热量小。