日光溫室聚苯乙烯型磚復(fù)合墻保溫蓄熱性能

李　明，周長(zhǎng)吉，丁小明，魏曉明，黃尚勇，何衍萍（1.農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所，北京100125；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100125；.河北省永清縣金天馬塑料材料包裝廠，廊坊065669；.中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司，北京10008）

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日光溫室聚苯乙烯型磚復(fù)合墻保溫蓄熱性能

李明1，2，周長(zhǎng)吉1，2，丁小明1，2，魏曉明1，2，黃尚勇3，何衍萍4
（1.農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所，北京100125；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100125；3.河北省永清縣金天馬塑料材料包裝廠，廊坊065669；4.中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司，北京100038）

摘要：為研究聚苯乙烯型磚復(fù)合墻的保溫蓄熱特性，對(duì)聚苯乙烯型磚復(fù)合墻日光溫室的室內(nèi)外氣溫，后墻表面太陽(yáng)輻射照度及其內(nèi)部溫度進(jìn)行了測(cè)試分析。聚苯乙烯型磚復(fù)合墻由24 cm填充混凝土聚苯乙烯型磚、45 cm填土和5 cm混凝土板復(fù)合而成。測(cè)試結(jié)果表明，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度在陰天和晴天保溫被閉合期間分別較室內(nèi)氣溫高（2．5±0．2）℃和（5．4±1．4）℃。該墻體在陰天和晴天的放熱區(qū)域分別為17 cm和30 cm，低于填土與混凝土板的厚度。填充混凝土聚苯乙烯型磚的熱阻達(dá)到了2.93 m2K/W，是當(dāng)?shù)厝展鉁厥液髩Φ拖逕嶙璧?倍。該結(jié)果表明聚苯乙烯型磚復(fù)合墻填土厚度及聚苯乙烯型磚熱阻可滿足墻體放熱及保溫的需求。另外，模擬結(jié)果表明，在同等室內(nèi)外氣溫和墻體內(nèi)表面太陽(yáng)輻射的條件下，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻在晴天和陰天保溫被閉合期間的內(nèi)表面溫度與黏土磚夾心墻（24 cm黏土磚+10 cm聚苯板+24 cm黏土磚）相近。因此，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻體保溫蓄熱性能良好，可用于取代黏土磚夾心墻。

關(guān)鍵詞：溫室；溫度；蓄熱；日光溫室；聚苯乙烯型磚；復(fù)合墻；保溫蓄熱

李明，周長(zhǎng)吉，丁小明，魏曉明，黃尚勇，何衍萍.日光溫室聚苯乙烯型磚復(fù)合墻保溫蓄熱性能[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（01）：200-205.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.028 http://www.tcsae.org

Li Ming, Zhou Changji, Ding Xiaoming, Wei Xiaoming, Huang Shangyong, He Yanping.Heat insulation and storage performances of polystyrene-brick composite wall in Chinese solar greenhouse[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE）, 2016, 32（01）: 200－205.（in Chinese with English abstract）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.028 http://www.tcsae.org

0　引言

日光溫室墻體兼具保溫和蓄熱功能，可在夜間向室內(nèi)供熱，使日光溫室室內(nèi)氣溫保持較高水平[1-4]。根據(jù)計(jì)算，日光溫室墻體在夜間向室內(nèi)釋放的熱量可使室內(nèi)氣溫提高4～8℃[5]。因此，具有良好保溫蓄熱性能的墻體有助于維持較高的日光溫室室內(nèi)氣溫，確保室內(nèi)蔬菜安全越冬。

土墻是應(yīng)用最為廣泛的日光溫室墻體類型之一，具有施工速度快，可就地取材，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)[6-9]。但受夯土材料熱工特性的影響，只有達(dá)到一定厚度的土墻才具有保溫蓄熱性能[10-11]。中國(guó)應(yīng)用較為廣泛的“壽光5代”日光溫室的土墻底部寬度就達(dá)到了3.5～4.5 m[12]。但另一方面，土墻厚度過大，不僅導(dǎo)致造墻所需土方較大，而且占地面積大，造成耕地層破壞嚴(yán)重，日光溫室土地利用效率低下等問題。以黏土磚和聚苯乙烯泡沫塑料板為主要材料的復(fù)合墻可替代厚土墻作為日光溫室墻體。該墻體具有厚度小，外形美觀等優(yōu)點(diǎn)[11，13]。根據(jù)佟國(guó)紅等研究，黏土磚復(fù)合墻的保溫性和蓄熱性均好于同熱惰性指標(biāo)或同熱阻的土墻[14]。但是黏土磚的生產(chǎn)對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，已被國(guó)家嚴(yán)格限制使用。

為解決土墻和黏土磚墻所存在的問題，在生產(chǎn)中出現(xiàn)了使用聚苯乙烯型磚建造的聚苯乙烯型磚復(fù)合墻[15]?？紤]到理想的日光溫室墻體應(yīng)由保溫隔熱層和蓄熱層復(fù)合而成[10]，該墻體使用填充有混凝土的聚苯乙烯型磚作保溫隔熱層，使用填土作為蓄熱層。聚苯乙烯型磚由發(fā)泡聚苯乙烯制成，其上下、左右端面留有凹凸契口，施工時(shí)只需根據(jù)契口拼接即可，無需粘結(jié)砌筑。然后，在聚苯乙烯型磚的空腔內(nèi)還可插入鋼筋并填充混凝土，形成鋼筋混凝土立柱，使后墻具有承重能力，日光溫室前屋面骨架可直接安放在后墻之上。因此，使用聚苯乙烯型磚砌筑墻體不但施工效率高，而且墻體保溫性能和承重性能較好。但目前還沒有針對(duì)該類墻體保溫蓄熱性能的研究報(bào)告。

本試驗(yàn)的目的是對(duì)聚苯乙烯型磚復(fù)合墻的溫度進(jìn)行測(cè)試，分析評(píng)價(jià)該墻體的保溫蓄熱性能，為優(yōu)化該墻體結(jié)構(gòu)提供參考。

1　試驗(yàn)方法

1.1測(cè)試溫室

測(cè)試溫室位于河北省廊坊市永清縣（116°35′E，39°18′N）。試驗(yàn)溫室結(jié)構(gòu)如圖1所示。該溫室座北朝南，長(zhǎng)度和跨度分別為80 m和10 m，脊高4.5 m。保溫被由針刺氈與防水塑料薄膜復(fù)合而成。后屋面為10 cm厚聚苯板，其傾角為40°，水平地面投影為2.0 m。試驗(yàn)溫室北墻結(jié)構(gòu)為1 cm抹灰+24 cm填充混凝土聚苯乙烯型磚+45 cm填土+5 cm混凝土板（從外向內(nèi)）。東西山墻為24 cm填充混凝土聚苯乙烯型磚。聚笨乙烯型磚內(nèi)部為空心，兩側(cè)聚苯乙烯壁厚6 cm，中部空心寬度為12 cm。

圖1　測(cè)試溫室結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Schematic diagram of tested solar greenhouse

聚苯乙烯型磚復(fù)合墻日光溫室的測(cè)試時(shí)間為2013年12月20日—2014年1月30日。測(cè)試溫室在試驗(yàn)期間用于栽培西葫蘆，采用滴灌進(jìn)行灌溉。保溫被揭開和閉合時(shí)間分別為8:00和16:30。當(dāng)白天室內(nèi)溫度較高時(shí)，通過拉開前屋面后部的風(fēng)口進(jìn)行自然通風(fēng)降溫。選擇典型陰天（2013年12月25日8:00—26日8:00）與典型晴天（2013 年12月28日8:00—29日8:00）所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。1.2測(cè)點(diǎn)布置

該溫室采用中置式卷被機(jī)卷放保溫被，為方便卷被機(jī)操作，日光溫室中部常年覆蓋有一條寬1.0 m的保溫被。為避免該保溫被陰影對(duì)測(cè)試的影響，選擇溫室中部偏東5 m處的截面布置測(cè)試儀器。所有儀器的水平高度距室外地面1.4 m。

測(cè)試復(fù)合墻填土及混凝土板的溫度采用T型熱電偶測(cè)量（測(cè)量范圍：-180～350℃；精度：±0.1℃）。熱電偶距復(fù)合墻內(nèi)表面的距離分別為0、5、17、33和50 cm。使用數(shù)據(jù)采集儀（GL820，圖技株式會(huì)社，日本）記錄熱電偶所采集的數(shù)據(jù)。墻體內(nèi)表面在日間所接受的太陽(yáng)輻射照度采用垂直布置的太陽(yáng)輻射記錄儀測(cè)量（QTS-4全天候光輻數(shù)據(jù)自記儀，河北邯鄲叢臺(tái)益盟電子有限公司；測(cè)量范圍：0～2000 W/m2；精度：±5%）。室內(nèi)外氣溫采用溫濕度記錄儀測(cè)量（HOBO溫度/濕度數(shù)據(jù)記錄儀UX100-00，Onset Co.美國(guó)；精度：±0.2℃）。以上數(shù)據(jù)的記錄間隔時(shí)間均為10 min。1.3墻體內(nèi)表面溫度模擬方法

為比較分析復(fù)合墻和常規(guī)黏土磚墻的保溫蓄熱性能，采用一維差分法對(duì)“24 cm黏土磚+10 cm聚苯板+24 cm黏土磚”復(fù)合墻（以下簡(jiǎn)稱“黏土磚夾心墻”）的內(nèi)表面溫度進(jìn)行模擬。馬承偉等采用該方法對(duì)黏土磚空心墻內(nèi)表面溫度進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值有較好的一致性[16]。該墻體控制節(jié)點(diǎn)的劃分如圖2所示。

式（1）為黏土磚內(nèi)部控制節(jié)點(diǎn)1、2、6和7的非穩(wěn)態(tài)傳熱差分方程。

圖2　黏土磚夾心墻節(jié)點(diǎn)劃分圖Fig.2 Nodes in clay-brick sandwich wall

式中ρb為黏土磚密度，kg/m3；cb為黏土磚比熱容，J/ （kg·℃）；λb為黏土磚導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·℃）；Ti,n為控制節(jié)點(diǎn)i（1、2、6和7）在第nΔτ時(shí)刻的溫度（n=0，1，2，3……），℃；Δτ為計(jì)算步長(zhǎng)，取600 s；δxi為控制節(jié)點(diǎn)i與i+1之間的距離，取0.08 m；Δxi=[（δx）i-1/2+（δx）i/2]分別為控制節(jié)點(diǎn)i的控制區(qū)寬度，同樣取0.08 m。

式（2）為聚苯板內(nèi)部控制節(jié)點(diǎn)4的非穩(wěn)態(tài)傳熱差分方程。

式中ρp為聚苯板密度，kg/m3；cp為聚苯板比熱容，J/ （kg·℃）；λp為聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·℃）；T4，n為控制節(jié)點(diǎn)4在第n·Δτ時(shí)刻的溫度，℃；δx3和δx4分別為控制節(jié)點(diǎn)3與4，以及控制節(jié)點(diǎn)4與5之間的距離，均取0.05m；Δx4=[（δx）3/ 2+（δx）4/2]，是控制節(jié)點(diǎn)4的控制區(qū)寬度，m。

式（3）和（4）為聚苯板和黏土磚交界處控制節(jié)點(diǎn)3和5的非穩(wěn)態(tài)傳熱差分方程。

式（5）和式（6）分別為復(fù)合墻體外表面節(jié)點(diǎn)0和內(nèi)表面節(jié)點(diǎn)8的非穩(wěn)態(tài)傳熱差分方程。

式中Δx0=δx0/2；Δx8=（δx）7/2；hin和hout分別為墻體內(nèi)表面和外表面的傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；Tin和Tout為室內(nèi)外氣溫，℃；Sn為墻體內(nèi)表面所截獲的太陽(yáng)輻射照度，W/m2；α為墻體內(nèi)側(cè)表面的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)。

上述模型中所涉及的材料熱工參數(shù)如表1所示。由于黏土磚表面為紅褐色，根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50716-1993），黏土磚夾心墻內(nèi)表面的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)（α）取0.75[17]。

表1　黏土磚夾心墻材料熱工參數(shù)[17]Table 1 Thermal parameters of material used in clay-brick sandwich wall

2　結(jié)果與討論

2.1室外氣溫與墻體內(nèi)表面太陽(yáng)輻射照度

聚苯乙烯型磚復(fù)合墻日光溫室的室外氣溫和墻體內(nèi)表面所接受的太陽(yáng)輻射照度如圖3所示。在12月25日08:00（陰天），即保溫被揭開時(shí)刻，室外氣溫為-10.5℃。此后，室外氣溫逐漸先升高后降低，中間出現(xiàn)2次較大的波動(dòng)。該期間室外氣溫最高值為1.4℃，出現(xiàn)在14:00。在夜間（保溫被閉合期間16:30-8:00），室外氣溫為（-5.3± 2.9）℃，其最小值為-11.4℃，出現(xiàn)在26日05:40。聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面在日間（保溫被揭開期間8:00-16:30）所接受的太陽(yáng)輻射照度受室外云層的影響有較大波動(dòng)，最大值為123.3 W/m2。該期間內(nèi)墻體內(nèi)表面所接受的太陽(yáng)輻射量為1.8 MJ/m2。

在12月28日（晴天），保溫被揭開時(shí)段的室外氣溫為-6.7℃。隨后室外氣溫逐漸升高。在14:40達(dá)到最大值，1.2℃。此后，室外氣溫呈下降趨勢(shì)。在保溫被閉合期間，室外氣溫為（-9.5±3.0）℃，其最低值為-13.7℃，出現(xiàn)在29日05:40。在日間（保溫被揭開期間），聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面所接受的太陽(yáng)輻射照度最大值為330.2 W/m2，該期間內(nèi)所接受的太陽(yáng)輻射總量為3.4M J/m2，是陰天的1.9倍。

圖3　室外空氣溫度與聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面太陽(yáng)輻射照度變化Fig.3 Variations of outdoor air temperature and solar irradiance on inner surface of polystyrene-brick composite wall

2.2墻體內(nèi)表面溫度與室內(nèi)氣溫

測(cè)試期間室內(nèi)氣溫與聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度變化如圖4所示。在陰天，由于進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射照度較低，保溫被揭開后，室內(nèi)氣溫和聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度分別出現(xiàn)2.3℃和1.1℃的小幅下降，然后逐漸升高。在保溫被揭開期間，室內(nèi)氣溫的最高值為17.3℃，出現(xiàn)在13:10。隨后，室內(nèi)氣溫逐漸降低。在保溫被閉合期間，室內(nèi)氣溫先升高了約0.5℃。然后緩慢下降。該期間內(nèi)，室內(nèi)氣溫平均值為（9.8±1.1）℃，最低氣溫為8.0℃，室內(nèi)外溫差為（15.1±2.0）℃。

晴天保溫被揭開之后，室內(nèi)氣溫和聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度迅速升高。在11：00-14：00期間，受日光溫室通風(fēng)的影響，室內(nèi)氣溫在23.0～29.7℃之間波動(dòng)。在14：00之后，室內(nèi)氣溫隨時(shí)間逐漸下降。在保溫被閉合之后，室內(nèi)氣溫先升高了0.5℃，然后逐漸下降。在該期間，室內(nèi)氣溫平均值為（13.0±2.1）℃，最低氣溫為10.0℃，室內(nèi)外溫差為（22.6±1.1）℃。

聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度在陰天的變化趨勢(shì)與室內(nèi)氣溫相似，全天變化幅度為6.4℃。另外，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度僅在25日11：00-14：20較室內(nèi)氣溫低0～1.6℃，其它時(shí)間均高于室內(nèi)氣溫。在保溫被閉合期間，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度可較室內(nèi)氣溫高（2.5±0.2）℃，表明聚苯乙烯型磚復(fù)合墻可在陰天向室內(nèi)釋放熱量，但熱流密度僅為（22.2±1.9）W/m2，（假設(shè)墻體內(nèi)表面換熱系數(shù)為8.7 W/（m2·K））。

晴天聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度僅在9：00-11：00較室內(nèi)氣溫低0.6～2.7℃。在11：00-16：30，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度較室內(nèi)氣溫高（6.9±2.4）℃，表明墻體在保溫被未閉合之前就向室內(nèi)釋放熱量。在保溫被閉合之后，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度較室內(nèi)氣溫高（5.4± 1.4）℃，則墻體向室內(nèi)釋放熱量的熱流密度達(dá)到了（46.8± 12.2）W/m2（假設(shè)墻體內(nèi)表面換熱系數(shù)為8.7 W/（m2·K）），是陰天的2.1倍。

為比較聚苯乙烯型磚復(fù)合墻和黏土磚夾心墻的儲(chǔ)放熱性能，利用2013年12月25日08：00-26日08：00與12月28日08：00-29日08：00期間所測(cè)量的室內(nèi)外氣溫和墻面太陽(yáng)輻射照度計(jì)算了黏土磚夾心墻內(nèi)表面溫度，結(jié)果如圖4所示。根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176-93），黏土磚和混凝土板的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)分別為0.75和0.70。因此，無論在陰天和晴天，保溫被揭開期間的黏土磚夾心墻內(nèi)表面溫度均高于聚苯乙烯型磚復(fù)合墻。但是在夜間，上述2種墻體的內(nèi)表面溫度之差最大不超過0.3℃。根據(jù)上述結(jié)果，可認(rèn)為聚苯乙烯型磚復(fù)合墻在夜間的放熱性能與黏土磚夾心墻相近。在實(shí)際中，砂漿很難充滿黏土磚夾心墻砌塊之間的空隙，造成墻體封閉性能下降。而且墻體中間的聚苯板與兩側(cè)黏土磚接觸不緊密，會(huì)進(jìn)一步影響墻體的保溫性能[18-19]。因此，實(shí)際中黏土磚夾心墻的放熱性能可能會(huì)低于模擬結(jié)果。綜合考慮上述因素，可認(rèn)為聚苯乙烯型磚復(fù)合墻具有較強(qiáng)的放熱性能，可用于替代黏土磚夾心墻。

試驗(yàn)期間未遇到連續(xù)陰天，無法準(zhǔn)確判斷聚苯乙烯型磚復(fù)合墻日光溫室能否安全渡過冬季的連續(xù)陰天?？紤]到日光溫室墻體在夜間損失的熱量主要通過在晴天白天吸收的熱量來補(bǔ)償?？赏茢嘣谶B續(xù)陰天中，日光溫室墻體會(huì)因?yàn)槿鄙俟庹斩蛊湎蚴覂?nèi)釋放的熱量無法得到補(bǔ)充，進(jìn)而使得向室內(nèi)釋放熱量的逐漸減少，甚至不再向室內(nèi)釋放熱量。針對(duì)聚笨乙烯型磚復(fù)合墻，僅填充混凝土聚苯乙烯型磚的熱阻即相當(dāng)于3.34m厚土墻，具有較好的保溫隔熱效果，可有效防止日光溫室室內(nèi)熱量在連陰天向室外喪失。

圖4　室內(nèi)氣溫，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻與黏土磚夾心墻內(nèi)表面溫度變化Fig.4 Variationsofindoorairtemperature,innersurfacetemperatures of polystyrene-brick composite wall and clay-brick sandwich wall

2.3聚苯乙烯型磚復(fù)合墻放熱范圍分析

聚苯乙烯型磚復(fù)合墻混凝土板及填土的溫度變化如圖5所示。在陰天08：00—11：00，墻體33 cm處溫度最高。此后，隨著0 cm處（墻體內(nèi)表面）溫度的升高，0 cm處溫度高于其它測(cè)點(diǎn)。根據(jù)傳熱學(xué)定律，當(dāng)墻體內(nèi)表面溫度高于室內(nèi)氣溫時(shí)，墻體即向室內(nèi)釋放熱熱量。本試驗(yàn)中，墻體自11：20起就開始向室內(nèi)放熱。從16：00開始，墻體最高溫度開始向墻體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。自0：20起，33 cm處墻體溫度高于其它測(cè)點(diǎn)。在晴天，由于進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射照度較高。自09：00起，墻體最高溫度即由17 cm處轉(zhuǎn)移到0 cm處。但由于墻體自11：00就開始向室內(nèi)放熱。在16：30以后，墻體最高溫度開始向內(nèi)部轉(zhuǎn)移。在20：30－次日08：00，墻體最高溫度位于17 cm處。

根據(jù)上述分析，可發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯型磚復(fù)合墻在陰天和晴天的放熱區(qū)域分別為33 cm和17 cm。在陰天，由于室內(nèi)太陽(yáng)輻射照度較小，墻體儲(chǔ)熱量小，而放熱時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致墻體內(nèi)部的熱量在夜間向室內(nèi)釋放。而在晴天，由于室內(nèi)太陽(yáng)輻射照度大，0～17 cm墻體儲(chǔ)熱量基本可滿足墻體夜間放熱需求，成為該期間的主要放熱區(qū)域。因此，該墻體在陰天的放熱區(qū)域較晴天大。綜合上述分析，考慮到墻體填土和混凝土板均可儲(chǔ)存和釋放熱量，且二者厚度大于33 cm，可認(rèn)為測(cè)試條件下聚苯乙烯型磚復(fù)合墻的填土厚度足夠，可滿足墻體放熱要求。

圖5　聚苯乙烯型磚復(fù)合墻距內(nèi)表面0、5、17、33和50 cm處溫度變化Fig.5 Temperatures variations in polystyrene-brick composite wall at distances of 0, 5, 17, 33 and 50 cm to inner surface

2.4聚苯乙烯型磚復(fù)合墻保溫性能

理想的日光溫室墻體應(yīng)由蓄熱層和保溫層復(fù)合而成，其中保溫層由導(dǎo)熱系數(shù)小的材料建成，具有一定的熱阻，主要用于減少墻體流向室外的熱量。管勇等運(yùn)用EnergyPlus軟件分析得出北京和沈陽(yáng)地區(qū)聚苯乙烯發(fā)泡塑料保溫層的合理厚度分別為5 cm和7 cm[20]。本試驗(yàn)溫室聚苯乙烯型磚復(fù)合墻中填充混凝土聚笨乙烯型磚的熱阻約為2.93 m2K/W，相當(dāng)于12.3 cm的聚苯乙烯泡沫塑料板，超過了沈陽(yáng)和北京的聚苯乙烯發(fā)泡塑料保溫層厚度。另外，本試驗(yàn)日光溫室所在地廊坊市的冬季室外計(jì)算溫度可取-12℃，按周長(zhǎng)吉所提出的日光溫室后墻的低限熱阻[21]，該地區(qū)日光溫室墻體的熱阻應(yīng)不低于1.4 m2K/W。本試驗(yàn)日光溫室聚苯乙烯型磚復(fù)合墻僅填充混凝土聚苯乙烯型磚的熱阻即為該地區(qū)日光溫室墻體低限熱阻的2倍。因此該墻體保溫層熱阻及厚度滿足相關(guān)要求，可以有效減少熱量從墻體內(nèi)部向室外流失。

3　結(jié)論

本文對(duì)聚苯乙烯型磚復(fù)合墻的保溫蓄熱性能進(jìn)行了測(cè)試分析，可得出以下結(jié)論：

1）在冬季陰天和晴天保溫被閉合期間，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻內(nèi)表面溫度較室內(nèi)氣溫分別高（2．5±0．2）℃和（5．4± 1．4）℃，可向室內(nèi)釋放熱量，有利于保持較高的室內(nèi)氣溫。

2）在相同的室內(nèi)外氣溫和墻體內(nèi)表面太陽(yáng)輻射照度的條件下，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻體與黏土磚夾心墻內(nèi)表面溫度之差最大不超過0.3℃，兩墻體保溫蓄熱性能相近，聚苯乙烯型磚復(fù)合墻可用于替代黏土磚夾心墻。

3）聚苯乙烯型磚復(fù)合墻在陰天和晴天的放熱區(qū)域分別為17 cm和33 cm，其儲(chǔ)熱范圍低于聚苯乙烯型磚復(fù)合墻的填土及混凝土板厚度。因此，試驗(yàn)聚苯乙烯型磚復(fù)合墻的結(jié)構(gòu)可滿足墻體儲(chǔ)放熱的需求；

4）聚苯乙烯型磚復(fù)合墻中填充混凝土聚苯乙烯型磚的熱阻達(dá)到了2.93 m2K/W，是日光溫室所在地墻體低限熱阻的2倍。因此，該墻體具有較好的保溫性能，可滿足日光溫室墻體的保溫要求。

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Heat insulation and storage performances of polystyrene-brick composite wall in Chinese solar greenhouse

Li Ming1,2, Zhou Changji1,2, Ding Xiaoming1,2, Wei Xiaoming1,2, Huang Shangyong3, He Yanping4
（1.Institute of Facility Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Engineering, Beijing 100125, China; 2.Key Laboratory of Farm Building in Structure and Construction, Ministry of Agriculture, Beijing 100125, China; 3.Jintianma Plastic Package Material Co., Langfang 065669, China; 4.China Civil Engineering Construction Corporation, Beijing 100038, China）

Abstract:In this study, a polystyrene-brick composite wall, which is composited with the polystyrene-brick filled with concrete, soil and concrete board, was developed to be the north wall of the Chinese solar greenhouse（hereafter referred to as “solar greenhouse”）.The purpose of this study is to investigate the heat insulation and storage performances of the polystyrene-brick composite wall and to analyze the feasibility of substituting for the clay-brick sandwich wall.The tested solar greenhouse was located in Yongqing county, Langfang city, Hebei province（116°35′E, 39°18′N）.It was 80 m long and 10 m wide.The north wall was the polystyrene-brick composite wall composited with 24cm polystyrene-brick filled with concrete, 45 cm soil and 5 cm concrete board in the direction from exterior to interior.The polystyrene-brick, which was made with polystyrene, was 24 cm wide with a 12 cm-wide cavity.The test period was from Dec.20, 2013 to Jan.30, 2014.During the period, the tested solar greenhouse was used to growing zucchini and employed drop irrigation.The heat insulation sheet was rolled up and down at 8:00 and 16:30, respectively.The wind vent would be open if the indoor air temperature was high during daytime.The indoor and outdoor air temperatures, solar irradiating on the inner surface of the wall, the inner surface temperature and soil temperature in the wall were measured.The data collected in a typical cloudy day（from Dec.25, 2013, 8:00 to Dec.26, 2013, 8:00）and a typical sunny day（from Dec.28, 2013 8:00 to Dec.29, 2013, 8:00）were used to analyze the heat performances of the polystyrene-brick wall.Then, the inner surface temperature of a clay-brick sandwich wall, which was composited with 24 cm clay-brick, 10 cm polystyrene board and 24 cm clay-brick, was simulated with one-dimension differential model to analyze the feasibility of substituting for the clay-brick sandwich wall.During the period when the solar greenhouse was covered with heat insulation sheet, the inner surface temperature of the polystyrene-brick composite wall was （2.5±0.2）℃and（5.4±1.4）℃higher than the indoor air temperature in the cloudy day and the sunny day, respectively.It is indicated that the heat released by the wall into the solar greenhouse during the nighttime of the sunny day was 2.1 times than that during the nighttime of the cloudy day.As a result, the indoor air temperatures in the nights of cloudy day and sunny day could be maintained at（9.8±1.1）℃and（13.0±2.1）℃, which were（15.1±2.0）℃and（22.6±1.1）℃than the outdoor air temperature , respectively.The results meant that the solar greenhouse can meet the requirement of most crops.According to the simulated and measured results, the differences in the inner surface temperature between the clay-brick sandwich wall and the polystyrene-brick composite wall were less than 0.3℃.On the other hand, the heat release region of the polystyrenebrick composite wall in the cloudy day and sunny day was 17 cm and 33 cm, respectively, and both were smaller than the thickness of soil and concrete board.It is indicated that the thickness of soil and concrete was large enough for storing heat in the daytime.Besides, the heat resistance of the polystyrene-brick filled with concrete was estimated as 2.93 m2K/W.It was two times of the lowest heat resistance of the wall in local solar greenhouse.Thus the heat resistance of the polystyrene-brick composite wall was large enough to prevent heat in the soil from flowing to the outside.Finally, it is concluded that the polystyrene-brick composite wall is feasible to be the north wall of the solar greenhouse and feasible to substitute the polystyrene-brick composite wall for the clay-brick composite wall.

Keywords:greenhouses; temperature; heat storage; solar greenhouse; polystyrene-brick; composite wall; heat insulation and storage

作者簡(jiǎn)介：李明，男，山西長(zhǎng)治人，工程師，博士，從事設(shè)施園藝工程研究。北京農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所，100125。Email：lognum@126.com

基金項(xiàng)目：863計(jì)劃資助課題（2013AA102407-3）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201203002）

收稿日期：2015-09-07

修訂日期：2015-11-26

中圖分類號(hào)：S625.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-6819（2016）-01-0200-06

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.028