裝配式主動蓄熱墻體日光溫室熱性能分析

鮑恩財，申婷婷，張 勇，曹 凱，曹晏飛，陳丹艷，何 斌，鄒志榮※

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，楊凌 712100）

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(xiàn)[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(fù)合墻體，且異質(zhì)復(fù)合墻體還具有厚度薄、節(jié)省材料的特點(diǎn)[5-8]；在結(jié)構(gòu)方面，諸多學(xué)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(dá)到 36 cm 可保證室內(nèi)氣溫穩(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0.8～1.0 m、2.2～2.6 m和0.4～0.6 m；彭東玲等[12-13]試驗(yàn)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(yàn)期間有效蓄熱層厚度為0.26～0.45 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(yàn)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(rèn)為應(yīng)當(dāng)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(jìn)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(jìn)行有效存儲的主動蓄熱墻體日光溫室；鮑恩財?shù)萚21]進(jìn)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)計了固化沙主動蓄熱墻體溫室，并進(jìn)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(fēng)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(diǎn)，如閆俊月等[23]報道了一種了以預(yù)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(shí)現(xiàn)蓄放熱功能，由預(yù)制裝配式復(fù)合墻體來實(shí)現(xiàn)保溫隔熱功能；李明等[26]從理論上分析認(rèn)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(fù)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(diǎn)，采用不同施工工藝對墻體進(jìn)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(jìn)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(jìn)一步發(fā)展提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)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（34°16′N，108°06′E），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(fēng)口，12:00打開，14:00關(guān)閉。

試驗(yàn)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(dāng)?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(xiàn)[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 mm×1 200 mm× 1 200 mm，由當(dāng)?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(jī)（陜西楊凌旭榮農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)）壓實(shí)而成，制作方法見文獻(xiàn)[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(fēng)道、風(fēng)機(jī)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(yùn)動的自然現(xiàn)象，改進(jìn)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(yùn)動方式相同、結(jié)構(gòu)相似、軸流風(fēng)機(jī)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。將進(jìn)、出風(fēng)口的位置設(shè)在后墻頂部，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在后墻東西兩端，出風(fēng)口設(shè)置在后墻中部。后墻中建造有橫向、豎向風(fēng)道，供氣流運(yùn)動。軸流風(fēng)機(jī)采用負(fù)壓通風(fēng)的形式，安裝在出風(fēng)口外表面，風(fēng)機(jī)啟動時，墻內(nèi)形成負(fù)壓，溫室內(nèi)部的空氣攜帶熱量從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入后墻通風(fēng)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(fēng)道采用市場現(xiàn)有的預(yù)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 mm×120 mm，其中通風(fēng)孔有5個，直徑80 mm，豎向風(fēng)道為粘土磚砌筑，進(jìn)口截面尺寸為960 mm×200 mm、出口截面尺寸為960 mm×400 mm；軸流風(fēng)機(jī)（上海展鳴風(fēng)機(jī)電器有限公司生產(chǎn)）為負(fù)壓通風(fēng)，共 2臺，位于溫室后墻中部的出風(fēng)口上方，每臺額定功率為0.12 kW、風(fēng)量為2 100 m3/h、轉(zhuǎn)速2 800 r/min。G2的橫向風(fēng)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(fēng)道為直徑200 mm的PVC圓管（進(jìn)、出風(fēng)口尺寸一致），安裝時與橫向風(fēng)道對接。其他參數(shù)與G1一致。G3的橫向風(fēng)道在土塊壓實(shí)過程中一次成型，共2層，每層2個方孔風(fēng)道，尺寸長×高為200 mm×100 mm，其中方孔的另一個作用為叉車運(yùn)輸預(yù)留溝槽，豎向風(fēng)道土塊壓制過程中預(yù)留，進(jìn)口截面尺寸為600 mm×300 mm、出口截面尺寸為600 mm×600 mm。其他參數(shù)與G1一致。

風(fēng)機(jī)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(jìn)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(jìn)行放熱，室溫低于8 ℃時停止并發(fā)出警報，提醒進(jìn)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(qiáng)度測量采用HOBO UA002-64型光照強(qiáng)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(hù)磚墻和拉結(jié)磚墻、人工回填并夯實(shí)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(hù)鋼筋網(wǎng)、人工回填并夯實(shí)相變固化土、機(jī)械噴漿[31-33]；G3墻體由機(jī)械壓制素土模塊后全部采用叉車搬運(yùn)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(fēng)道、橫向風(fēng)道采用混凝土預(yù)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(fēng)道和橫向半管風(fēng)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(fēng)道壓制成型，墻體堆砌過程中自然對接而成。

1.3 測點(diǎn)布置

3座供試溫室內(nèi)部各布置2個溫濕度測點(diǎn)，2個光照測點(diǎn)。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(diǎn)和光照測點(diǎn)位于地面以上1.5 m高度處。3座供試溫室墻體溫度測點(diǎn)均為2組，2組測點(diǎn)均位于距離室內(nèi)地面以上1.5 m高度處（避開風(fēng)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(diǎn)位于地下15 cm處。

室外環(huán)境數(shù)據(jù)測點(diǎn)布置在距G1正西方10 m處的空曠場地，溫濕度測點(diǎn)和光照測點(diǎn)的水平高度均與溫室內(nèi)測點(diǎn)一致。試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及二維圖表的制作，采用SigmaPlot12.5進(jìn)行三維圖的制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室內(nèi)外光照強(qiáng)度對比分析

日光溫室室內(nèi)光照強(qiáng)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(qiáng)度的日變化。由圖3可知，3座供試溫室室內(nèi)的光照強(qiáng)度曲線變化趨勢與室外基本一致G1、G2、G3白天平均光照強(qiáng)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(qiáng)度差距較小，室內(nèi)溫度環(huán)境的差異不是由光照強(qiáng)度的差異造成的。

圖3 不同溫室室內(nèi)外光照強(qiáng)度的變化Fig.3 Variations of indoor and outdoor light intensity in different solar greenhouses

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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)；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(biāo)準(zhǔn)。本文取文獻(xiàn)[36-37]中統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。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Ⅲ級重大氣象災(zāi)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(jìn)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(jìn)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（2017-12-22－2018-01-21）Table 1 Indoor air temperatures analysis of three solar greenhouses (2017-12-22－2018-01-21)

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(dǎo)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 ℃），且G2、G3最低氣溫≤8 ℃的天數(shù)分別為2、1 d，無最低氣溫≤5 ℃的情況，可見G2、G3的抵抗連續(xù)低溫的能力較強(qiáng)，基本可滿足溫室內(nèi)番茄等喜溫果菜類蔬菜在不需要額外加溫（氣溫≤5 ℃時，需要額外加溫）情況下的越冬生產(chǎn)需求。3座溫室的氣溫總體表現(xiàn)為G3略優(yōu)于G2，二者均優(yōu)于G1。

2.3 溫室后墻溫度對比分析

對3座溫室后墻不同墻體深度的溫度變化進(jìn)行分析，典型晴、陰天的后墻不同墻體深度溫度的變化情況分別如圖5、圖6所示。

由圖5可知典型晴天（2017-12-31 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墻體的最高溫度都是從墻體內(nèi)表面到墻體內(nèi)部逐漸降低的變化趨勢，最大變化幅度分別為 22.6、17.5、17.1 ℃；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，峰值分別出現(xiàn)在200、200、150 mm處，該處溫度的最大變化幅度分別為3.5、4.6、3.4 ℃；墻體內(nèi)部最低溫度出現(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。由李明等[14]提出的溫波法（室內(nèi)墻體1 d內(nèi)溫度波幅>1 ℃的區(qū)域?yàn)槠湫顭狍w）分析得到 G1、G2、G3墻體的蓄熱體厚度分別為 700～800、800～900、700～800 mm，故在典型晴天條件下，G2、G3的蓄熱體厚度不亞于G1。

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 09:00－next 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 09:00－next 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?yàn)殛幪靿w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、500～600 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(qiáng)，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(jìn)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?yàn)槠湫顭狍w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(jì)性分析

表2為3座溫室的建筑成本比較，價格差異主要體現(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(shí)堆砌，故造價依次降低。主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)功率相同，但風(fēng)道材料和安裝方式不同，G1風(fēng)道為混凝土預(yù)制板、人工安裝；G2風(fēng)道為PVC管、人工安裝；G3風(fēng)道為土塊壓實(shí)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(dǎo)致其他費(fèi)用的差異，包括材料運(yùn)費(fèi)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 yuan·m-2

3座溫室的主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的通風(fēng)蓄熱方式相同（風(fēng)機(jī)功率及管道布置方式一致，管道材質(zhì)不一致），運(yùn)行成本在理論上只有風(fēng)機(jī)的耗電產(chǎn)生的費(fèi)用。風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的運(yùn)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(fēng)機(jī)啟動最早、運(yùn)行時長最長，G2其次，G1最短。所以，G1、G2、G3的運(yùn)行成本為G1

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(jìn)一步通過理論和實(shí)測來進(jìn)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(rèn)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(jìn)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(yàn)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(jìn)一步試驗(yàn)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(fēng)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(jìn)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?yàn)橥笟庑惋L(fēng)道的傳熱效果明顯高于密閉型風(fēng)道[43]，G2傳熱風(fēng)道的透氣率為24.15%，G3傳熱風(fēng)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(shí)，抗壓強(qiáng)度較低，但添加了相變固化劑可提高墻體的抗壓強(qiáng)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(yàn)條件下壓制后的素土模塊密度為1.94 g/cm3[34]，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(fù)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(jìn)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、800～900、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、500～600、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。

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