復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿在日光溫室中的應(yīng)用效果

周 瑩，王雙喜

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復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿在日光溫室中的應(yīng)用效果

周 瑩1,2，王雙喜1※

（1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，太谷 030801； 2. 菏澤學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，菏澤 274000）

為改善日光溫室內(nèi)作物生長(zhǎng)的熱環(huán)境，該文研制了一種適用于日光溫室的石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿，其相變溫度為25.6 ℃，相變潛熱為89.8 kJ/kg。并將50 mm的復(fù)合相變保溫砂漿用于磚墻日光溫室的后墻作為試驗(yàn)溫室，與無(wú)相變材料的原磚墻溫室（即對(duì)照溫室）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。在試驗(yàn)周期內(nèi)，試驗(yàn)溫室的室內(nèi)日最低溫度比對(duì)照溫室平均高出1.5 ℃，最高可達(dá)2.4 ℃；其中，陰天試驗(yàn)溫室的室內(nèi)溫度比對(duì)照溫室平均高1.6 ℃；晴天試驗(yàn)溫室的室內(nèi)最高溫度比對(duì)照溫室低1.7 ℃，室內(nèi)最大溫差比對(duì)照溫室低3.1 ℃，夜間（17:00－次日8:00）試驗(yàn)溫室室溫比對(duì)照溫室平均高2.7 ℃；多云期間，試驗(yàn)溫室的室內(nèi)最高溫比對(duì)照溫室低1.4 ℃，最大溫差比對(duì)照溫室低3.5 ℃，夜間試驗(yàn)溫室室溫比對(duì)照溫室平均高2.3 ℃；在相同栽培管理?xiàng)l件下，生長(zhǎng)旺盛期和坐果期，試驗(yàn)溫室的黃瓜植株高度比對(duì)照溫室分別平均高出17.1和24.6 cm，試驗(yàn)溫室內(nèi)黃瓜的單果質(zhì)量和單株結(jié)果數(shù)分別為對(duì)照溫室的1.4倍和1.3倍，單株產(chǎn)量為對(duì)照溫室的1.8倍。試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿具有良好的保溫和蓄、放熱效果，對(duì)日光溫室內(nèi)的熱環(huán)境具有明顯的改善效果，使其更適于黃瓜的生長(zhǎng)。

相變材料；溫度；保溫；保溫砂漿；日光溫室；熱環(huán)境

0 引 言

日光溫室墻體作為溫室吸收和儲(chǔ)存太陽(yáng)能并為溫室增溫的載體，對(duì)提高室內(nèi)作物生長(zhǎng)熱環(huán)境控制能力至關(guān)重要[1]，其白天蓄集太陽(yáng)能的能力越強(qiáng)，夜間提供給溫室內(nèi)的熱量也越多[2-3]，整個(gè)墻體的隔熱保溫及蓄熱能力的強(qiáng)弱決定著室內(nèi)作物能否安全越過(guò)北方寒冷的冬季[4]，如果溫室墻體的保溫蓄熱性能差，則會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)氣溫較低，使作物遭受凍害，影響產(chǎn)量[5-6]。隨著相變蓄熱技術(shù)與材料的發(fā)展和進(jìn)步，相變蓄熱儲(chǔ)能材料逐漸應(yīng)用于日光溫室墻體中。將相變材料應(yīng)用在溫室中，可以在白天溫度高的時(shí)候吸收溫室多余的熱量，而在夜間溫度低的時(shí)候?qū)⑵溽尫懦鰜?lái)，對(duì)室內(nèi)溫度起到“削峰填谷”的作用[7]。陳超等[8-18]對(duì)中國(guó)日光溫室應(yīng)用相變材料做了深入研究，將所研制的相變材料用于溫室后墻，提高了墻體的蓄熱能力，溫室生產(chǎn)取得了明顯的效果。在眾多中、低溫相變材料中，石蠟因具有相變潛熱較高、幾乎沒(méi)有過(guò)冷相象、沒(méi)有相分離和腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)而成為常用蓄熱材料[19]。石蠟在使用過(guò)程中，由于固—液相變作用，易出現(xiàn)滲漏、溢出現(xiàn)象，為了克服石蠟易滲漏等缺點(diǎn)，通常將石蠟與其他材料復(fù)合制備復(fù)合相變儲(chǔ)能材料。李啟金等[20]研究表明，多孔膨脹珍珠巖對(duì)石蠟良好的吸附性，膨脹珍珠巖的毛細(xì)作用和表面張力能有效解決石蠟在儲(chǔ)熱應(yīng)用時(shí)的液態(tài)流動(dòng)問(wèn)題，提高石蠟的穩(wěn)定性。Bascetincelik等[21]將相變儲(chǔ)能石蠟應(yīng)用于溫室生產(chǎn)，取得了一定的加溫效果。王蕊等[22]利用石蠟為相變材料，制備了玻化微珠相變蓄熱材料，并進(jìn)行日光溫室模擬試驗(yàn)，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保雙重目標(biāo)。王朋等[23]研制出了石蠟、硬脂酸正丁酯復(fù)合相變材料應(yīng)用于溫室中，蓄放熱效果明顯。周瑋[24]以石蠟、石墨、高密度聚乙烯等為主要成分制備了復(fù)合定形相變材料，并制成了復(fù)合相變蓄熱墻體材料，應(yīng)用于日光溫室后墻，提高了溫室內(nèi)空氣溫度和太陽(yáng)能利用率。

將相變儲(chǔ)能材料用于溫室生產(chǎn)，可大大提高溫室室內(nèi)氣溫和地溫，同時(shí)可減薄溫室墻體，提高土地利用率，基于以上原因本文依據(jù)建筑儲(chǔ)能保溫砂漿的原理[25]，以石蠟為相變材料，選取價(jià)格低廉、性質(zhì)穩(wěn)定的輕質(zhì)多孔膨脹珍珠巖為其載體材料，以成份穩(wěn)定、低容重、低收縮的建筑脫硫石膏為膠凝材料，研制了一種適用于溫室生產(chǎn)的新型石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿，并用其作為砌塊墻日光溫室后墻的內(nèi)保溫砂漿，以期改善日光溫室內(nèi)的熱環(huán)境和作物生長(zhǎng)環(huán)境，為日光溫室更好的越冬生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)原材料

25#相變石蠟，河南南陽(yáng)石蠟精細(xì)化工廠，熔點(diǎn)24.9 ℃，相變潛熱186 kJ/kg；多孔膨脹珍珠巖，河南范縣光正保溫材料有限公司，粒徑0.5～1.5 mm；建筑脫硫石膏，山東泰安宏利石膏加工有限公司；可再分散乳膠粉、聚丙烯纖維、外加劑等。

1.1.2 試驗(yàn)材料的制備

25#相變石蠟與多孔介質(zhì)膨脹珍珠巖按質(zhì)量比6∶4進(jìn)行真空吸附，制備得到石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合定形相變顆粒。將復(fù)合定形相變顆粒與脫硫石膏、可再分散乳膠粉、外加劑等材料按比例配制石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變儲(chǔ)能干粉砂漿，按照水灰比=0.8加水混合攪拌后直接用于墻體施工。復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿基本配比如表1所示，生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

表1 復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿配方

圖1 復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿制備流程

1.2 試驗(yàn)溫室

試驗(yàn)溫室位于山東省菏澤市阡陌農(nóng)耕現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園（35°14′N，115°22′E），溫室長(zhǎng)20 m，跨度8 m，脊高3.5 m，后墻高2.5 m，后墻為500 mm厚（120 mm磚+140 mm空氣間層+240 mm磚）磚墻，東西山墻為240 mm厚磚墻，室內(nèi)下挖500 mm；溫室前屋面為全鋼桁架結(jié)構(gòu)，后屋面由聚苯板和防水材料組成，前屋面采用雙層PC板為透明覆蓋材料，卷簾機(jī)—保溫被機(jī)構(gòu)進(jìn)行外保溫。為便于試驗(yàn)，將溫室沿長(zhǎng)度方向從中間位置隔開(kāi)，分成2個(gè)溫室區(qū)域，其中西側(cè)溫室區(qū)域后墻不變（對(duì)照溫室），東側(cè)溫室區(qū)域內(nèi)依據(jù)ANSYS有限元分析軟件模擬，以復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿厚度為50 mm對(duì)后墻內(nèi)側(cè)進(jìn)行涂抹處理（試驗(yàn)溫室），溫室平面圖及試驗(yàn)溫室剖面圖如圖2所示。

a. 溫室平面圖及測(cè)點(diǎn)布置

a. Plan of greenhouse and layout of measuring points

b. 試驗(yàn)溫室剖面圖及測(cè)點(diǎn)布置

1.3 試驗(yàn)儀器設(shè)備

DYB-2000型電液式壓力試驗(yàn)機(jī)，獻(xiàn)縣亞星公路建筑儀器廠；STA 449 F3同步TG-DSC熱分析儀，德國(guó)耐馳公司；PDR導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀，濟(jì)南賽文特儀器設(shè)備有限公司；NL-5小型農(nóng)業(yè)氣象站，溫度范圍：?40～120 ℃（精度±0.4 ℃，分辨率0.1 ℃），濕度范圍：0～100% RH（精度±3% RH，分辨率0.1% RH），光照強(qiáng)度范圍：0～200 000 lx（分辨率1 lx），風(fēng)速范圍：0～45 m/s（精度±（0.3+0.015）m/s），浙江托普儀器有限公司；多通道溫濕度測(cè)試儀，溫度范圍：?50～150 ℃（精度±0.5 ℃，分辨率0.1 ℃），濕度范圍：0～100% RH（精度±3% RH，分辨率0.1% RH），杭州聯(lián)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)有限公司；精密電子天平、燒杯、卷尺、游標(biāo)卡尺等。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 試驗(yàn)材料性能的測(cè)定

復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿抗壓強(qiáng)度的測(cè)試采用電液式壓力試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)《JGJ/T 70-2009 建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[26]進(jìn)行。

復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿相變溫度和相變潛熱的測(cè)試采用TG-DSC熱分析儀進(jìn)行，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制DSC曲線圖，吸熱峰值為相變溫度，曲線圍合面積積分得到相變潛熱[27]。

復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定采用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀，按照《GB/T 10294-2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定》[28]進(jìn)行。

1.4.2 溫室內(nèi)外溫度環(huán)境及黃瓜生長(zhǎng)狀況監(jiān)測(cè)

NL-5小型農(nóng)業(yè)氣象站用于監(jiān)測(cè)溫室外環(huán)境，設(shè)置測(cè)定時(shí)間間隔為10 min。

多通道溫濕度測(cè)試儀用于監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)熱環(huán)境，試驗(yàn)溫室和對(duì)照溫室室內(nèi)分別設(shè)置6個(gè)溫濕度測(cè)試點(diǎn)，其中1列3個(gè)測(cè)點(diǎn)分別距地面1.0、1.5、2.0 m，距后墻6.0、4.0、2.0 m，距溫室東（西）墻3.0 m布置，另1列3個(gè)測(cè)點(diǎn)距地面1.0、1.5、2.0 m，距后墻6.0、4.0、2.0 m，距溫室隔墻3.0 m布置，設(shè)置測(cè)定時(shí)間間隔為10 min，測(cè)點(diǎn)布置如圖2a、2b所示。

兩溫室內(nèi)定植相同齡期的“魯蔬21號(hào)”黃瓜幼苗（耐低溫，耐弱光），高畦栽培，每溫室5行，每行10株。定植后，在兩溫室中各選取栽培位置相同、長(zhǎng)勢(shì)一致的10株植株（每行取2株）作為測(cè)定對(duì)象，根據(jù)植株不同生育期進(jìn)行跟蹤形態(tài)指標(biāo)測(cè)定。用精度為1 mm的卷尺測(cè)量各溫室中10株黃瓜的株高（地面至生長(zhǎng)點(diǎn)），取平均值；用精度為0.1 mm的游標(biāo)卡尺，測(cè)量各溫室中10株黃瓜子葉基部平行于子葉方向的植株直徑為莖粗[29]，取平均值；統(tǒng)計(jì)各溫室內(nèi)10株黃瓜的總產(chǎn)量，并求平均單株產(chǎn)量。

試驗(yàn)周期內(nèi)，試驗(yàn)溫室與對(duì)照溫室的水肥、通風(fēng)、補(bǔ)光、遮蓋保溫被等栽培管理方式完全一致。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿的性能

利用TG-DSC熱分析儀測(cè)得復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿的DSC曲線如圖3所示，得到復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿的相變溫度為25.6 ℃；相變潛熱為89.8 kJ/kg，符合王宏麗等[30]提出的相變儲(chǔ)能材料在滿足相應(yīng)的蓄放熱性能外，還應(yīng)滿足植物生長(zhǎng)所需條件，經(jīng)測(cè)定復(fù)合相變儲(chǔ)能砂漿的基本性能參數(shù)如表2所示。

圖3 復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿DSC曲線

表2 復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿的性能參數(shù)

2.2 溫室內(nèi)外熱環(huán)境及黃瓜生長(zhǎng)狀況

黃瓜幼苗于2015年11月20日定植，2016年2月20日對(duì)測(cè)試株成熟黃瓜進(jìn)行采收，測(cè)定果實(shí)產(chǎn)量。對(duì)整個(gè)測(cè)試其內(nèi)試驗(yàn)溫室和對(duì)照溫室的室內(nèi)日最低溫度變化情況進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，選取2016年1月31日08:00－2月1日08:00（陰）、2016年2月2日08:00－2月3日08:00（晴）和2016年2月3日08:00－2月4日08:00（多云）所測(cè)得的對(duì)比數(shù)據(jù)進(jìn)行熱環(huán)境分析研究。

2.2.1 冬季溫室室內(nèi)日最低氣溫變化

試驗(yàn)周期（2015年12月10日－2016年02月18日）內(nèi)，試驗(yàn)溫室和對(duì)照溫室的室內(nèi)日最低溫度變化情況如圖4所示。

圖4 2015-12-10—2016-02-18室內(nèi)日最低氣溫

由圖4可知，在試驗(yàn)周期內(nèi)，對(duì)照溫室室內(nèi)日最低溫度中出現(xiàn)低于5 ℃的情況，其中最低為3.5 ℃，平均日最低溫度為7.8 ℃；試驗(yàn)溫室室內(nèi)日最低溫度均大于5 ℃，其中最低為5.2 ℃，平均日最低溫度為9.3 ℃；試驗(yàn)溫室室內(nèi)的日最低溫度比對(duì)照溫室的平均高1.5 ℃，最高可達(dá)2.4 ℃。試驗(yàn)溫室和對(duì)照溫室室內(nèi)的日最低溫度的變化趨勢(shì)基本一致，且試驗(yàn)溫室室內(nèi)的日最低溫度均高于對(duì)照溫室的日最低溫度，說(shuō)明試驗(yàn)溫室應(yīng)用的相變儲(chǔ)能保溫砂漿具有良好的相變蓄熱、放熱性能，溫室內(nèi)最低溫度的提高，將有效防止作物受到短時(shí)冷害、凍害的影響，有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.2.2 陰天溫室內(nèi)外熱環(huán)境變化

2016年1月31日陰天，保溫被全天處于遮閉狀態(tài)，溫室內(nèi)外溫度變化如圖5所示。

圖5 陰天室內(nèi)外溫度

由于陰天室外溫度較低，保溫被處于遮閉狀態(tài)，受室外環(huán)境影響，兩溫室室內(nèi)溫度均較低。對(duì)照溫室的室內(nèi)最低溫度為3.5 ℃，試驗(yàn)溫室的室內(nèi)最低溫度為5.3 ℃，比對(duì)照溫室的高1.8 ℃；對(duì)照溫室和試驗(yàn)溫室室內(nèi)最高溫分別為10.7和12.1 ℃；試驗(yàn)溫室全天的室內(nèi)溫度始終高于對(duì)照溫室，平均高1.6 ℃，說(shuō)明在沒(méi)有外來(lái)熱源的情況下，試驗(yàn)溫室的保溫效果優(yōu)于對(duì)照溫室，相變儲(chǔ)能保溫砂漿的保溫效果明顯。

2.2.3 晴天溫室內(nèi)外熱環(huán)境變化

2016年2月2日晴天，08:30開(kāi)啟保溫被，17:00遮閉保溫被，室內(nèi)外溫度變化如圖6所示。

圖6 晴天室內(nèi)外溫度

晴天，上午08:30保溫被開(kāi)啟后，受室外太陽(yáng)輻射和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，溫室內(nèi)溫度快速上升，期間，為確保植物正常生產(chǎn)，進(jìn)行了同步適當(dāng)通風(fēng)。08:00－13:00期間，試驗(yàn)溫室的室內(nèi)溫度比對(duì)照溫室高0.5～1.8 ℃；在室內(nèi)外溫度相對(duì)較高的13:00－15:00期間，試驗(yàn)溫室比對(duì)照溫室室溫低0.6～1.8 ℃，平均低1.3 ℃，且在14:00左右出現(xiàn)一天中的最高室溫時(shí)，試驗(yàn)溫室最高室溫為28.9 ℃，比對(duì)照溫室的最高室溫30.6 ℃低1.7 ℃，相變材料的蓄熱降溫效果明顯；15:00以后，隨著太陽(yáng)輻射和室外氣溫的下降，兩溫室室內(nèi)溫度均下降，試驗(yàn)溫室的降溫速率低于對(duì)照溫室，相變儲(chǔ)能砂漿的保溫效果凸顯，至17:00保溫被遮閉時(shí)，對(duì)照溫室和試驗(yàn)溫室的室內(nèi)溫度分別為20.3和24.2 ℃；17:00至次日08:00保溫被關(guān)閉期間，試驗(yàn)溫室內(nèi)最低氣溫為10.0 ℃，對(duì)照溫室內(nèi)最低氣溫為7.7 ℃，試驗(yàn)溫室的室內(nèi)溫度始終高于對(duì)照溫室，平均高2.7 ℃，相變材料的放熱保溫效果明顯；全天，試驗(yàn)溫室室內(nèi)最大溫差為21.3 ℃，對(duì)照溫室室內(nèi)最大溫差為24.4 ℃，相變儲(chǔ)能保溫砂漿明顯縮小了室內(nèi)峰谷溫差。

2.2.4 多云溫室內(nèi)外熱環(huán)境變化

2016年2月3日多云，早08:30開(kāi)啟保溫被，17:00遮閉保溫被，溫室內(nèi)外溫度變化如圖7所示。

由于多云，全天沒(méi)有進(jìn)行溫室通風(fēng)。08:00－12:00期間，試驗(yàn)溫室室內(nèi)溫度比對(duì)照溫室高1.0～2.5 ℃，平均高2.1 ℃；12:00－15:00期間，試驗(yàn)溫室室內(nèi)最高溫度為30.2 ℃，對(duì)照溫室室內(nèi)最高溫度為31.6 ℃，試驗(yàn)溫室室內(nèi)溫度比對(duì)照溫室低0.4～1.8 ℃，平均低1.2 ℃，說(shuō)明當(dāng)溫室內(nèi)溫度高于復(fù)合相變砂漿的相變溫度時(shí)，復(fù)合相變儲(chǔ)能砂漿處于吸熱蓄熱狀態(tài)，促使試驗(yàn)內(nèi)溫室升溫變緩，相當(dāng)于一定的通風(fēng)降溫效果；15:00－17:00期間，試驗(yàn)溫室室內(nèi)溫度比對(duì)照溫室高1.4～2.5 ℃，平均高1.9 ℃；17:00至次日08:00保溫被關(guān)閉期間，試驗(yàn)溫室的最低室溫為11.5 ℃，對(duì)照溫室的最低室溫為9.1 ℃，試驗(yàn)溫室的室內(nèi)溫度比對(duì)照溫室平均高2.3 ℃，相變儲(chǔ)能砂漿的放熱效果明顯；試驗(yàn)溫室室內(nèi)最大溫差為20.4 ℃，對(duì)照溫室室內(nèi)最大溫差為23.9 ℃，復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿的應(yīng)用明顯縮小了室內(nèi)峰谷溫差。

圖7 多云室內(nèi)外溫度

2.2.5 試驗(yàn)溫室與對(duì)照溫室黃瓜生長(zhǎng)狀況對(duì)比

不同生育期的黃瓜植株株高、莖粗等生長(zhǎng)指標(biāo)見(jiàn)表3，果實(shí)產(chǎn)量見(jiàn)表4。

表3 不同生長(zhǎng)期黃瓜植株株高及莖粗

注：用檢驗(yàn)法進(jìn)行差異顯著性分析，**表示差異極顯著（<0.01），*表示差異顯著（<0.05），下同。

Note: The significant difference was analyzed by-test, ** indicated extremely significant differences (<0.01), and * indicated significant difference (<0.05), the same as below.

由表3可以看出，在不同的生長(zhǎng)期內(nèi)，試驗(yàn)溫室內(nèi)的黃瓜植株的株高、莖粗等主要生長(zhǎng)形態(tài)指標(biāo)均高于對(duì)照溫室內(nèi)的黃瓜植株。其中，生長(zhǎng)旺盛的開(kāi)花期（2015年12月31日），試驗(yàn)溫室的黃瓜植株高度比對(duì)照溫室的平均高17.1 cm，莖粗比對(duì)照溫室的平均粗1.3 mm；坐果期（2016年1月15日），兩溫室的植株高度相差24.6 cm，莖粗相差0.9 mm；2016年1月30日，試驗(yàn)溫室的黃瓜植株高度比對(duì)照溫室的高27.8 cm，莖粗比對(duì)照溫室的粗0.8 mm。在相同的栽培管理?xiàng)l件下，由于試驗(yàn)溫室較好的調(diào)溫效果，使得植株生長(zhǎng)較對(duì)照溫室明顯加快，試驗(yàn)溫室內(nèi)的黃瓜生長(zhǎng)狀況明顯優(yōu)于對(duì)照溫室的黃瓜生長(zhǎng)。

表4 兩溫室內(nèi)黃瓜情況（2016-02-20）

由表4可知，試驗(yàn)溫室和對(duì)照溫室內(nèi)黃瓜的單果平均質(zhì)量分別為217和159 g，試驗(yàn)溫室內(nèi)黃瓜的單果平均質(zhì)量為對(duì)照溫室的1.4倍，試驗(yàn)溫室和對(duì)照溫室內(nèi)黃瓜的結(jié)果數(shù)分別為5.6個(gè)和4.3個(gè)，試驗(yàn)溫室內(nèi)黃瓜的單株結(jié)果數(shù)為對(duì)照溫室的1.3倍，試驗(yàn)溫室和對(duì)照溫室內(nèi)黃瓜的單株產(chǎn)量分別為1 215.2和683.7 g，試驗(yàn)溫室內(nèi)黃瓜的單株產(chǎn)量為對(duì)照溫室的1.8倍，說(shuō)明試驗(yàn)溫室內(nèi)的結(jié)果情況明顯優(yōu)于對(duì)照溫室，試驗(yàn)溫室內(nèi)的熱環(huán)境更適于黃瓜的生長(zhǎng)。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，分析了石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿保溫性和蓄、放熱性能。結(jié)果表明：

1）復(fù)合相變儲(chǔ)能砂漿的保溫效果明顯。在試驗(yàn)期內(nèi)（2015年12月10日—2016年2月18日），保溫砂漿溫室的日最低溫度比對(duì)照溫室平均高出1.5 ℃。在多云和晴天的夜間，試驗(yàn)溫室室內(nèi)溫度比對(duì)照溫室室內(nèi)溫度分別平均高2.3、2.7 ℃。即使在陰天，也能使砂漿溫室平均室溫高于對(duì)照溫室1.6 ℃左右；

2）復(fù)合相變儲(chǔ)能砂漿蓄、放熱效果較好，有效縮小晝夜溫差。在多云和晴天，復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿使溫室晝夜溫差分別降低了3.5和3.1 ℃。白天，多云和晴天的砂漿溫室也將溫度分別降低了1.2和1.3 ℃。因此，新型材料有效減弱了溫室內(nèi)的溫度波動(dòng)，起到了“削峰填谷”的作用；

3）在相同栽培管理?xiàng)l件下，利用保溫砂漿加厚磚墻的日光溫室內(nèi)，種植同齡期黃瓜的株高、莖粗和產(chǎn)量均優(yōu)于未改造的溫室，表明保溫砂漿在保溫性和蓄、放熱性能方面優(yōu)勢(shì)明顯，更有利于作物生長(zhǎng)。

復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿將在不同墻體日光溫室中進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)研究，以期與其他砌塊墻體日光溫室進(jìn)行組合取得良好的保溫、蓄放熱效果；試驗(yàn)溫室面積較小，復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿將在大跨度日光溫室中使用，并監(jiān)測(cè)其應(yīng)用效果；對(duì)于霧霾、雨雪等惡劣天氣情況下，復(fù)合相變儲(chǔ)能保溫砂漿的蓄熱保溫效果將做進(jìn)一步研究。

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Application effect of composite phase change energy storage thermal insulation mortar in solar greenhouse

Zhou Ying1,2, Wang Shuangxi1※

(1.030801,; 2.274000,)

In order to improve the thermal environment of crop growth in solar greenhouse, a kind of gypsum-based paraffin/expanded perlite composite phase change energy storage thermal insulation mortar was studied in this paper. The composite phase change energy storage thermal insulation mortar was composed of complex shaped phase change particles, desulfurization gypsum, admixture and other components, and the reasonable formula and the production process of it were determined by experiments. The composite phase change energy storage thermal insulation mortar with reasonable formula had a suitable phase transition temperature of 25.6 ℃ and a higher phase change latent heat of 89.8 kJ/kg. The 50 mm composite phase change thermal insulation mortar was used in the back wall of the brick wall solar greenhouse as the experimental greenhouse. The original brick wall solar greenhouse without phase change material was used as the comparative greenhouse. The comparison test of these 2 greenhouses showed that: From December 10, 2015 to February 18, 2016, the minimum daily temperature of the experimental greenhouse was 1.5 ℃ higher than that of the comparative greenhouse on the average, and the difference reached 2.4 ℃ at the most. On overcast day, the heat preservation quilt was closed, and the indoor temperature of the experimental greenhouse was 1.6 ℃ higher than that of the comparative greenhouse. On sunny day, the indoor maximum temperature of the experimental greenhouse and the comparative greenhouse was 28.9 and 30.6 ℃, respectively, and there was 1.7 ℃ difference between the two greehouses. The indoor maximum temperature difference of the experimental greenhouse and the comparative greenhouse was 21.3 and 24.4 ℃, respectively, and the former was 3.1 ℃ lower than the latter. During the night (from 17:00 to 08:00 in the next day), the average indoor temperature of the experimental greenhouse was 2.7 ℃ higher than that of the comparative greenhouse. On cloudy day, the indoor maximum temperature of the experimental greenhouse was 1.4 ℃ lower than that of the comparative greenhouse; the indoor maximum temperature difference of the experimental greenhouse and the comparative greenhouse was 20.4 and 23.9 ℃, respectively, and the former was 3.5 ℃ lower than the latter. During the night (from 17:00 to 8:00 in the next day), the average indoor temperature of the experimental greenhouse was 2.3 ℃ higher than that of the comparative greenhouse. Under the same cultivation and management conditions, in the vigorous growth period and fruit-bearing stage, the height of cucumber plants in the experimental greenhouse was 17.1 and 24.6 cm higher than that of the comparative greenhouse. The single-fruit quality of the cucumber in the experimental greenhouse was 1.4 times that of the comparative greenhouse, the number of fruits per plant in the experimental greenhouse was 1.3 times that of the comparative greenhouse, and the output of per plant in the experimental greenhouse was 1.8 times that of the comparative greenhouse. The test results show that, the composite phase change energy storage thermal insulation mortar has a good heat preservation and storage and release effect, and has an obvious improvement effect on the thermal environment in solar greenhouse. The thermal environment in the experimental greenhouse is more suitable for the growth of cucumber.

phase change material; temperature; heat preservation; thermal insulation mortar; solar greenhouse; thermal environment

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.024

S625

A

1002-6819(2017)-20-0190-07

2017-06-27

2017-09-22

山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（FT2014-02）；山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20130311010-4）；菏澤學(xué)院基金項(xiàng)目（XY14KJ09）

周 瑩，女，山東濟(jì)寧人，助教，博士生，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)工程與技術(shù)的研究。Email：zhouying.yy@163.com

※通信作者：王雙喜，男，山西翼城人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程的研究，Email：sxauwsx@126.com

中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)會(huì)員：周瑩（E041500034M）

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