馬月虹,李保明,張家發(fā),張耀文
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北疆麥殼砂漿砌塊填充蓄熱材料復(fù)合墻體日光溫室熱性能
馬月虹1,2,李保明1※,張家發(fā)1,張耀文2
(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實驗室,北京 100083;2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所,烏魯木齊 830091)
針對新疆戈壁沙漠區(qū)日光溫室在冬季嚴(yán)寒條件下,傳統(tǒng)墻體在夜間難以滿足作物生長對熱環(huán)境需求的問題,該文研究新型的保溫蓄熱墻體材料和結(jié)構(gòu)。將墻體主體結(jié)構(gòu)采用麥殼砂漿砌塊,砌塊中間空格填充蓄熱材料,對麥殼砂漿砌塊進(jìn)行配比試驗和性能測試,篩選出抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能較優(yōu)的砌塊建造溫室墻體,把麥殼砂漿砌塊+紅磚復(fù)合墻體日光溫室和37 cm磚混墻體日光溫室進(jìn)行熱性能對比試驗,并種植番茄驗證。試驗結(jié)果表明:在相同外界環(huán)境下,室外最低溫-20.8 ℃時,麥殼砂漿砌塊復(fù)合墻體日光溫室內(nèi)溫度為7.5 ℃,而磚混墻體日光溫室內(nèi)溫度為3.2 ℃,砌塊復(fù)合墻體日光溫室內(nèi)夜間出現(xiàn)最低室溫時間較磚混墻體日光溫室延遲42 min;相同條件下砌塊復(fù)合墻體日光溫室栽培的番茄收獲期早16 d,單棚產(chǎn)量高18.4%,驗證了砌塊復(fù)合墻體日光溫室的保溫蓄熱性能優(yōu)于磚混墻體日光溫室,且滿足果蔬生長對熱環(huán)境需求。該文提出的適應(yīng)戈壁沙漠區(qū)日光溫室麥殼砂漿砌塊復(fù)合墻體及構(gòu)造條件,為新型復(fù)合墻體在日光溫室中的應(yīng)用研究、設(shè)計提供理論參考。
溫室;墻體;溫度;熱性能;麥殼砂漿砌塊;抗壓強(qiáng)度;導(dǎo)熱系數(shù)
近些年在新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的大背景下,新疆的戈壁沙漠區(qū)溫室產(chǎn)業(yè)也得到了大力發(fā)展[1]。新疆位于高緯度地區(qū),冬季日照時間短,下午16:00時以后,熱量主要從溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)散,使得溫室內(nèi)溫度急劇下降[2]。透過日光溫室前屋面塑料薄膜投射到溫室北墻太陽輻射深入墻體的厚度只有20~30 cm,溫室墻體對太陽熱能的蓄積量有限,依靠原有墻體被動式顯熱蓄熱方式,很難滿足戈壁沙漠區(qū)溫室在嚴(yán)寒的夜晚作物生長對熱環(huán)境的需求[3]。亢樹華等[4]研究表明,約有50%的太陽直射輻射熱能將投射到日光溫室的后(北)墻體,墻體對溫室的熱貢獻(xiàn)不容忽視。提高墻體的保溫和蓄熱性能是改善日光溫室熱環(huán)境的關(guān)鍵因素之一[5]。
國內(nèi)外研究日光溫室墻體材料、結(jié)構(gòu)和熱性能的較多。張林華等[6]研究認(rèn)為砂石土材料是保溫蓄熱性好、經(jīng)濟(jì)、易得的墻體材料。但砂石土墻體易坍塌、保溫性不可靠、占地面積大。國內(nèi)外學(xué)者對于提高墻體蓄熱性的研究多集中在加氣混凝土砌塊、粉煤灰磚、相變材料磚等新材料的研究[7]。張海云等[8]對泡沫混凝土在日光溫室墻體中的適用性研究試驗結(jié)果表明發(fā)泡混凝土澆筑溫室墻體后,溫室的保溫性能明顯高于其他同類溫室。張立蕓等[9]研究表明采用加氣混凝土與聚苯板構(gòu)筑的異質(zhì)復(fù)合墻體具有比黏土紅磚砌體更優(yōu)越的熱特性。但發(fā)泡和加氣混凝土強(qiáng)度較低,干燥收縮值較大,墻體易吸水、開裂等。孫心心[10]對日光溫室新型保溫材料的制備及應(yīng)用效果的研究證實了相變材料砌塊的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和蓄熱性。但相變砌塊出現(xiàn)相變材料滲漏問題,性能不可靠,且造價高。關(guān)于秸稈捆用作民用建筑保溫墻體材料也有不少試驗研究[11-16]。將秸稈壓縮制作成型,用于墻體材料,不僅具有一定的力學(xué)強(qiáng)度,還具有良好的熱工性能,不同密度秸稈塊的導(dǎo)熱系數(shù)為0.03~0.13w/(m·k)。秸稈塊保溫性能理論上遠(yuǎn)超過土壤和紅磚等傳統(tǒng)建材[17-18]。黃紅英等[19]通過秸稈塊墻體日光溫室在蘇北地區(qū)應(yīng)用效果試驗,與磚墻和土墻相比,秸稈塊墻熱傳導(dǎo)率、體積熱容和熱擴(kuò)散系數(shù)顯著低于前兩者,這種熱工特性利于隔熱保溫但不利于蓄積熱量。新疆的作物秸稈匱乏,秸稈塊墻體實用性受限。蔣程瑤[20]對西北典型非耕地日光溫室復(fù)合墻體砌筑方案的研究得出戈壁石復(fù)合墻體的蓄熱、放熱性能優(yōu)于磚混墻體,爐渣空心砌塊+砂石堆砌建造的溫室熱環(huán)境最優(yōu)。由于戈壁石復(fù)合墻體夜間降溫快,爐渣材料有限、造價高,堆砌砂石坍塌等,這類墻體材料也受限。
日光溫室墻體研究的趨勢是需要進(jìn)一步研究有關(guān)墻體傳熱性能和墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)問題[21]。該文對麥殼砂漿砌塊+紅磚,外加10 cm厚聚苯板復(fù)合墻體日光溫室的蓄熱保溫性能進(jìn)行研究,提出麥殼砂漿砌塊+紅磚復(fù)合結(jié)構(gòu)墻體的構(gòu)造條件,對砌塊復(fù)合墻體溫室的蓄熱保溫效果與磚混墻體溫室進(jìn)行對比試驗和驗證。
試驗時間為2016年9月-2018年2月,麥殼砂漿砌塊試樣制備在新疆農(nóng)科院3號樓內(nèi)完成,抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)測試在新疆水科院水工試驗大廳進(jìn)行。2種不同墻體日光溫室熱性能對比試驗和番茄栽培試驗在新疆北疆伊犁地區(qū)察布查爾縣良繁場新建設(shè)施農(nóng)業(yè)基地進(jìn)行。
試驗所用麥殼產(chǎn)自新疆奇臺縣小麥產(chǎn)區(qū);水泥為C32.5普通硅酸鹽水泥;細(xì)沙產(chǎn)自和田地區(qū);粘合劑選用型號為CYD-128,外觀透明,呈淡黃;環(huán)氧值0.5~0.54 eq/100 g;黏度11~14 Pa×s(25 ℃條件下)。試驗用水來自試驗大廳自來水。
試驗采用天平(ACS-30,浙江君凱順工貿(mào)公司)精確稱量制作麥殼砂漿砌塊的水泥、麥殼和粘合劑等各成分質(zhì)量;麥殼砂漿砌塊在自制振動臺上充分振動后成型;用0~5 kN的萬能試驗機(jī)對麥殼砂漿砌塊進(jìn)行動力試驗,測量抗壓強(qiáng)度;“導(dǎo)熱系數(shù)”用電導(dǎo)率儀(PHS-3E,上海雷磁)測量。
結(jié)合文獻(xiàn)資料和前期試驗基礎(chǔ),為了分析各因素對砌塊性能的影響,采用正交試驗來確定各種物料的合理配比。經(jīng)過分析和前期試驗確定了影響砌塊抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能的3個主要因素是:水泥用量、粘合劑摻量和碎麥殼摻量。正交試驗設(shè)計為三要素三水平L9(33),試驗因素及編碼水平如表1所示。
表1 因素編碼水平表
注:表中的摻量為質(zhì)量比。
Note: The content in the table are percentages by mass.
首先清理模具,模具的外尺寸長×寬×高為370 mm×240 mm×120 mm,內(nèi)設(shè)2個尺寸為110 mm×120 mm×100 mm的空格,為利于脫模,在模具內(nèi)表面涂適量的機(jī)油。然后將各種物料按配比稱質(zhì)量,混合攪拌均勻后置于振動臺上振動,使各物料充分混合,將振動混合充分的砂漿裝入模具并壓實,接著將裝好砂漿的模具再次置于振動臺振動,使物料更加均勻充分分布,振動后模具內(nèi)砂漿體積變小,需要再以砂漿填滿,振動均勻后抹平。放置5~10 min,標(biāo)注試驗砌塊的編號和日期。靜置12 h后拆模,拆模后對試驗砌塊連續(xù)養(yǎng)護(hù)28 d,正交試驗設(shè)計的9種配比砌塊,每種制作30塊。麥殼砂漿砌塊見圖1。
圖1 麥殼砂漿砌塊
密度測試:在正交試驗的9種砌塊試件中隨機(jī)各抽取10個,分別稱取質(zhì)量,根據(jù)體積計算出每種砌塊各自密度,每種砌塊密度取10個砌塊的平均值。
抗壓強(qiáng)度測試:把已經(jīng)測量過質(zhì)量,密度已知的10個砌塊試件用微機(jī)控制自動壓力試驗機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)試驗,每種砌塊抗壓強(qiáng)度均取10個砌塊的平均值。
導(dǎo)熱系數(shù)測試:采用導(dǎo)熱測定儀,對砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測定,取10個砌塊的平均值。
選取新疆北疆察布查爾縣良繁場設(shè)施農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)2座日光溫室測試。A試驗日光溫室設(shè)計為墻體為37 cm麥殼砂漿砌塊+紅磚,外加10 cm厚聚苯板,0.5~1.5 m高度處是麥殼砂漿砌塊,其他高度位置是紅磚,見圖2a。
圖2 麥殼砂漿砌塊+紅磚復(fù)合墻體(A溫室)
由圖2b可知,麥殼砂漿砌塊為砂漿砌塊內(nèi)填充生石灰包(墻體內(nèi)側(cè))和爐渣包(墻體外側(cè))而構(gòu)成。對照溫室B溫室,選取了北疆地區(qū)普遍使用的日光溫室,其墻體為37 cm磚墻,外加10 cm厚聚苯板。
A試驗溫室和B對照溫室均使用相同保溫被覆蓋保溫,2個型號相同熱風(fēng)爐供暖。
A溫室墻體結(jié)構(gòu)為37 cm厚砂漿砌塊+紅磚的復(fù)合墻體,外加10 cm聚苯板,B溫室墻體結(jié)構(gòu)為37 cm紅磚+10 cm聚苯板的磚混墻體,2座日光溫室的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。
表2 日光溫室的結(jié)構(gòu)參數(shù)
試驗以日光溫室內(nèi)的氣溫、地溫作為測試對象。日光溫室內(nèi)測點(diǎn)平面布置按下圖3布設(shè),1、2、3測點(diǎn)距離前屋面1.5 m,4、5、6測點(diǎn)距離北墻1.5 m,1、6測點(diǎn)距離西墻4 m,3、4測點(diǎn)距離東墻4 m。在每個平面點(diǎn)垂直方向上設(shè)2個點(diǎn),分別位于地表上方0.20 和0.60 m(植株莖葉密集區(qū)域),一共布設(shè)12個測點(diǎn)。室外設(shè)1個溫度測點(diǎn),布設(shè)在光照測點(diǎn)附近,距地面高度1.50 m處。地溫測點(diǎn)也按圖3布設(shè),測點(diǎn)深度為地表以下0.10 m(植物根系發(fā)達(dá)區(qū)域),一共布設(shè)6個測點(diǎn)。溫室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)采用6個測點(diǎn)的地溫和12個測點(diǎn)的氣溫的平均值。
圖3 測點(diǎn)布置示意圖
A溫室和B溫室栽培的番茄苗木品種都是金鵬3號、穴盤育苗33 d苗齡、5片真葉、桿粗葉綠的苗木。定植前土地整理好,施用腐熟有機(jī)肥、硫酸鉀、磷酸二銨和油渣。起壟栽培,70 cm +50 cm寬窄行,株距40 cm,定植株數(shù)2 274株、定植時間2017-09-10,各種植內(nèi)容均相同。生長期采用相同的滴灌系統(tǒng)和水肥施用量,相同植株調(diào)整和花果調(diào)整管理,進(jìn)行番茄栽培試驗,從2017年9月定植到2018年2月成熟收獲,記錄定植時間、開花時間和采摘時間及總產(chǎn)量。
表3為砌塊內(nèi)不同水泥摻量、碎麥殼摻量和粘合劑摻量砌塊抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的結(jié)果,根據(jù)表3因素水平,三要素三水平L9(33)正交試驗結(jié)果可知,各因素對抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)均有作用和影響。
表3 試驗設(shè)計方案及結(jié)果
抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)是砌塊性能的主要考核指標(biāo),在滿足墻體抗壓強(qiáng)度的承重前提下,導(dǎo)熱系數(shù)越小,其保溫性能越好,散熱速率越穩(wěn)定。同行學(xué)者研究表明:墻體厚度為37 cm時,參考文獻(xiàn)[22]、[23]中砌塊的抗壓強(qiáng)度3.5 MPa和4.6 MPa,溫室墻體強(qiáng)度均滿足承重要求,導(dǎo)熱系數(shù)0.811 W/(m×k)和0.792 W/(m×k),墻體導(dǎo)熱性都滿足溫室栽培要求[22-23,9]。
從表3可以看出,試驗編號4、6、7、8、9砌塊的抗壓強(qiáng)度都≥4.8 MP,試驗編號2、3、5、7砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)均≤0.774 w/(m×k),只有試驗編號7砌塊的抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)2個條件均滿足,即抗壓強(qiáng)度好,保溫性能也好。根據(jù)正交試驗結(jié)果和以上分析,綜合考慮麥殼砌塊的抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù),最終確定選用試驗編號7的砌塊建設(shè)墻體,該砌塊的抗壓強(qiáng)度優(yōu)于同行研究的砌塊,導(dǎo)熱系數(shù)好于同行研究的砌塊,用于日光溫室墻體可行。砌塊合理配比為水泥35%,粘合劑4%,麥殼2.5%,細(xì)砂、水適量。性能試驗采用該麥殼砂漿砌塊填充爐渣、生石灰+紅磚用作A日光溫室墻體建造材料。
選取試驗數(shù)據(jù)2016年冬季到2017年春季最冷的8 d(2017-01-14~2017-01-21)作為比較分析對象,日光溫室熱性能測試結(jié)果如表4。表4中時間均為新疆時間。
表4 日光溫室熱性能測試結(jié)果
由表4可知,相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的日光溫室,使用同樣保溫被和熱風(fēng)爐,夜間新疆時間03:15室外溫度–12.8 ℃時,A溫室室溫為9.5 ℃,而B溫室室溫為4.4 ℃, A溫室比B溫室室溫高5.1 ℃。在出現(xiàn)冬季夜間極限最低溫–20.8 ℃時,A溫室能保證室溫達(dá)到7.5 ℃,而B溫室室溫為3.2 ℃,A溫室比B溫室室溫高4.3 ℃。并且A溫室出現(xiàn)最低室溫時間較B溫室延遲42 min,這進(jìn)一步說明A溫室熱性能明顯優(yōu)于B溫室,其蓄熱、保溫性能更佳。麥殼砂漿砌塊替代土壤、紅磚等常規(guī)建材構(gòu)建日光溫室保溫墻體具有可行性。
番茄生育適宜溫度范圍為10~33 ℃。開花結(jié)果的適宜溫度白天為20~30 ℃,夜間為15~20 ℃。在15 ℃以下不能開花,10 ℃時生長停止,–1 ℃時植株受凍而死亡。番茄是喜光作物,光飽和點(diǎn)為7×104lx,光補(bǔ)償點(diǎn)2000 lx。溫度高低能影響番茄果實顏色的深淺,尤其是番茄紅素含量的高低,低溫不利于番茄紅素的合成,番茄紅素以20 ~24 ℃之間宜生成;光可誘導(dǎo)番茄幼苗累積類胡蘿卜素,紅光能極大的促進(jìn)番茄紅素的合成[24]。A、B溫室番茄的栽培品種和種植管理一樣,A溫室和B溫室內(nèi)栽培的番茄開花時間分別為2017-10-08和2017-10-15,A溫室內(nèi)番茄開花時間早7 d。A、B溫室內(nèi)番茄成熟收獲時間分別為2017-12-07和2018-01-02,A溫室內(nèi)番茄收獲早16 d。取首月溫室番茄產(chǎn)量,A、B溫室單棚產(chǎn)量分別為1 768和1 493 kg,A溫室較B溫室單棚產(chǎn)量高18.4%。說明A溫室能夠蓄積更多的熱能,適合果蔬生長的干物質(zhì)積累,使作物收獲期提早、產(chǎn)量增加。A溫室散熱速率穩(wěn)定,從而番茄果實形狀較均勻。溫室內(nèi)溫度和光照對番茄的產(chǎn)量和果實外形有著至關(guān)重要的影響。
該墻體溫室在北疆察縣已建成生產(chǎn)2 a,經(jīng)歷了風(fēng)雪和生產(chǎn)考驗,墻體未出現(xiàn)坍塌和垮裂等問題,也驗證了該砌塊滿足用做日光溫室墻體材料的抗壓和承重要求。
該文采用麥殼砂漿砌塊代替普通紅磚建設(shè)砂漿砌塊+紅磚復(fù)合墻體試驗溫室(A溫室),與磚混墻體溫室(B溫室)對比,結(jié)合溫室內(nèi)溫度和番茄栽培產(chǎn)量測試結(jié)果,研究了麥殼砂漿砌塊復(fù)合墻體日光溫室的熱性能和生產(chǎn)性能,得出結(jié)論如下:
1)麥殼砂漿砌塊采取合理配比:水泥35%,粘合劑4%,麥殼2.5%,砌塊抗壓強(qiáng)度為5.3 MPa,導(dǎo)熱系數(shù)為0.774 W/(m×k),滿足用作日光溫室墻體的承重和熱性能要求,能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紅磚建設(shè)日光溫室墻體。有利于節(jié)約土地資源、實現(xiàn)沙土和麥殼秸稈的綜合利用,是戈壁沙漠區(qū)日光溫室墻體材料的新探索。
2)冬季極限最低溫–20.8 ℃時,A溫室較B溫室夜間室溫提高4.3 ℃,出現(xiàn)最低室溫時間延遲42 min,A溫室熱性能優(yōu)于B溫室,能夠蓄積更多的熱能且散熱速率穩(wěn)定。
3)A溫室較B溫室栽培的番茄收獲期早16 d,單棚產(chǎn)量高18.4%。該砌塊復(fù)合墻體可以有效改善日光溫室內(nèi)作物生長環(huán)境,能滿足喜溫、喜光果菜生長,且適合果蔬生長的干物質(zhì)積累,從而使果蔬收獲提前、產(chǎn)量增加、果實外形均勻。且該砌塊墻體溫室經(jīng)歷住了風(fēng)雪載荷和生產(chǎn)考驗。
該試驗沒有進(jìn)一步分析該砂漿砌塊復(fù)合墻體蓄積的熱量,今后在研究中將著重研究復(fù)合結(jié)構(gòu)墻體蓄熱,從而進(jìn)一步揭示墻體蓄熱與作物產(chǎn)量間的關(guān)系。
[1] 王浩,宋羽,王強(qiáng). 新疆戈壁設(shè)施少土栽培技術(shù)初探[J].中國園藝文摘,2011,27(11):133-134.
[2] 王偉,張京社,王引斌. 我國日光溫室墻體結(jié)構(gòu)及性能研究進(jìn)展[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(4):496-498. Wang Wei, Zhang Jingshe, Wag Yinbin. The research progress on structure properties of solar greenhouse walls in China[J]. Journal of Shanxi Agricultural University, 2015, 43(4): 496-498. (in Chinese with English abstract)
[3] 李嘉怡,秦紅,馬彩雯. 新疆戈壁環(huán)境下日光溫室保溫被保溫性能研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,52(5):931-939. Li Jia yi, Qin Hong, Ma Caiwen. et al. Requirements of greenhouse heat preservation quiit in gobi desert in Xinjiang[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2015, 52(5): 931-939. (in Chinese with English abstract)
[4] 亢樹華,房思強(qiáng),戴雅東. 節(jié)能型日光溫室墻體材料及結(jié)構(gòu)的研究[J].中國蔬菜,1992(6):1-5.
[5] Chen Wei, Liu Wei. Numerical and experimental analysis of convection heat transfer in passive solar heating room with greenhouseand heat storage[J]. Solar Energy, 2004, 76(2004): 623-633.
[6] 張林華,董瑞,曲云霞,等. 沙漠邊緣地區(qū)日光溫室墻體蓄熱性能研究[J]. 山東暖通空調(diào),2007,(2):557-560. Zhang Linhua, Dong Rui, Qu Yunxia, et al. Study on heat storage performance of heliogreenhouse wall in the edge of desert[J], Shandong HVAC, 2007(2): 557-560. (in Chinese with English abstract)
[7] 楊建軍.西北地區(qū)日光溫室土質(zhì)墻體厚度優(yōu)化及其保溫性研究[D]楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2009.
Yang Jianjun. Study on The Thickness Optimization and Thermal Insulation of The Soil Wall in The Greenhouse in Northwest China[D]. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2009.
[8] 張海云,肖棠,吳海峰. 泡沫混凝土在日光溫室墻體中的適用性研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(19):6446-6447. Zhang Haiyun, Xiao Tang, Wu Haifeng. Study on the applicability of foam concrete in the wall of heliogreenhouse[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2014, 42(19): 6446-6447. (in Chinese with English abstract)
[9] 張立蕓,徐剛毅,馬承偉,等.日光溫室新型墻體結(jié)構(gòu)性能分析[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,37(3):459-462. Zhang Liyun, Xu Gangyi, Ma Chengwei, et al. Analysis on performance of new wall structure in heliogreenhouse[J]. Journal of Shenyang Aricultural University, 2006, 37(3): 459-462. (in Chinese with English abstract)
[10] 孫心心. 日光溫室新型保溫材料的制備及應(yīng)用效果的研究[D]. 楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2010.Sun Xinxin. Study on The Preparation and Effect on Application of New Thermal Insulation Materials in Greenhouse[D]. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2010. (in Chinese with English abstract)
[11] 傅志前. 不同密度的麥秸稈塊墻導(dǎo)熱系數(shù)試驗研究[J]. 建筑材料學(xué)報,2012,15(2):289-292. Fu Zhiqian. Experimental study on thermal conductivity of barley walls with different density[J]. Journal of Architectural Materials, 2012, 15(2): 289-292. (in Chinese with English abstract)
[12] 劉婷婷,余自若,楊雷. 秸稈建筑[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.
[13] 吳朗,況青梅. 稻草砌塊磚建造草磚房的結(jié)構(gòu)工藝探討[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(16):5009-5012. Wu Lang, Kuang Qing mei, et al. Discussion on construction technology of straw brick building with straw brick blocks[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2007, 35(16): 5009-5012. (in Chinese with English abstract)
[14] Taha A, Adel B, Wei Wu. Compressive strength of fiber reinforced earth plasters for straw bale buildings[J]. Australian Journal of Agriculture Engineering, 2010, 3(1): 86-91.
[15] Pragyan B, Dharma R D, Keshab Ne, et al. Straw bale in construction of building and its future in India[J]. International Journal of Modern Engineering Research, 2012, 2(2): 422-426.
[16] Jim C, Pieter D W, John L W, et al. Development of a cost effective probe for the long term monitoring of straw bale buildings[J]. Building and Environment, 2011, 46(1): 156-164.
[17] 譚季秋,劉軍安,朱培立,等. 稻草秸稈壓縮研究及制粒機(jī)械設(shè)計[J]. 湖南工程學(xué)院學(xué)報,2012, 22(1): 30-33. Tan Jiqiu, Liu Junan, Zhu Peili, et al. Study on the compression of straw straw and the design of granulating machine[J]. Journal of Hunan Institute of Engineering, 2012, 22(1): 30-33. (in Chinese with English abstract)
[18] 陳端生. 中國節(jié)能型日光溫室建筑與環(huán)境研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1994,10(1):123-129. Chen Duansheng. Research progress on building and environment of energy saving heliogreenhouse in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 1994,10(1): 123-129. (in Chinese with English abstract)
[19] 黃紅英,武國峰,孫恩慧,等. 秸稈塊墻體日光溫室在蘇北地區(qū)應(yīng)用效果試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2014,30(14):170-178. Huang Hongying, Wu Guofeng, Sun Enhui, et al. Effect of straw block wall application on heliogreenhouse in North Jiangsu[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(14): 170-178. (in Chinese with English abstract)
[20] 蔣程瑤. 西北典型非耕地日光溫室復(fù)合墻體砌筑方案的研究[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2013. Jiang Chengyao. Research on Composite Wall Masonry Scheme of Typical Uncultivated Area Heliogreenhouse in Northwest China[D]. Beijing: China Agricultural University, 2013. (in Chinese with English abstract)
[21] 張勇.西北日光溫室傳熱學(xué)簡化模型構(gòu)建及溫光高效新結(jié)構(gòu)初探[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2012.
Zhang Yong. Construction of a Simplified Heat Transfer Model and First Exploration on Highly Efficient Coupling Temperature and Light in The Northwest Greenhouse[D]. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2012. (in Chinese with English abstract)
[22] 張立蕓.新材料墻體日光溫室的試驗研究[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2006. Zhang Liyun,Experimental Study on New Material Wall Solar Greenhouse [D]. Beijing: China Agricultural University, 2006. (in Chinese with English abstract)
[23] 王宏麗,李曉野,鄒志榮.相變蓄熱砌塊墻體在日光溫室中的應(yīng)用效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,27(5):253-258. Wang Hongli, Li xiaoye, Zou zhirong. Application of brick wall with phase change rice husk in solar greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(5): 253-258. (in Chinese with English abstract)
[24] 孟凡娟,王富.番茄果實內(nèi)番茄紅素的合成及影響因素[J]. 北方園藝,2001,5:15-17.
Thermal performance of solar greenhouse with composite wall using wheat shell-mortar block filling with heat storage material in north Xinjiang
Ma Yuehong1,2, Li Baoming1※, Zhang Jiafa1, Zhang Yaowen2
(1.100083; 2.830091)
The greenhouse in the Gobi Desert region of Xinjiang is under severe conditions in winter. The problem is that the traditional wall can not meet the demand of thermal environment for crop growth at night. The main structure of the wall is made of wheat shell and mortar block. The main factors affecting the compressive strength and thermal conductivity of the block are cement content, binder content and wheat shell content. Three-element and three-level orthogonal test is designed to determine the ratio of wheat shell to mortar block. Finally, it is determined that the reasonable level is 35% cement, 4% adhesive, 2.5% wheat shell, fine sand and moderate amount of water. The wheat shell-mortar block sample was prepared and the tests of compressive strength and thermal conductivity were carried out. Solar greenhouse was built with composite wall of wheat shell-mortar block and filling material. A solar greenhouse was 37 cm ordinary brick wall together with 10 cm benzene panel. Each greenhouse has 24 measuring points, and the mean temperature and ground temperature were measured. The thermal insulation and heat storage performance of 2 kinds of solar greenhouses with different walls at winter night were compared, and the middle space of the block was filled with slag and quicklime which both have small thermal conductivity and are stable. The data in the coldest 8 days from January 14 to January 21, 2017 were selected as the comparative study object. The results show that: In the same external environment, when the minimum temperature at winter night is-12.8 ℃, the indoor temperature of wheat shell-mortar block composite wall is 9.5 ℃, while the temperature of brick wall in solar greenhouse is 4.4 ℃. The temperature of the greenhouse of compound wall is 5.1 ℃ higher than that of brick wall. When the temperature at winter night is –20.8 ℃, the indoor temperature of wheat shell-mortar block composite wall is 7.5 ℃, while the temperature of brick wall in solar greenhouse is 3.2 ℃. The temperature of the greenhouse of compound wall is 4.3 ℃ higher than that of brick wall. The minimum room temperature at night in the solar greenhouse of masonry compound wall occurs 42 min later than normal brick masonry wall. For the tomato planted under the same conditions in 2 kinds of wall greenhouses, the flowering time of tomato in compound wall greenhouse is 7 d earlier, and the harvest time of tomato was 16 d earlier. The tomato yield during the first month in composite wall solar greenhouse is 1 768 kg, and the yield in brick wall solar greenhouse is 1 493 kg. The yield of single shed in composite wall solar greenhouse is increased by 18.4%. It is verified that the thermal insulation and heat storage performance of the composite wall solar greenhouse with wheat shell-mortar block and filling material are obviously superior to brick wall solar greenhouse. It can accumulate more heat energy and the rate of heat dissipation is stable. The compound wall solar greenhouse can effectively improve the growing environment of crops in the greenhouse, which meets the growth requirement of the fruits and vegetables for good temperature and good light. And it is suitable for the accumulation of dry matter in fruits and vegetables, so crops can be harvested in advance and production increases. The research provides a theoretical reference for the design and application of mortar block composite wall in solar greenhouse
greenhouse; walls; temperature; thermal performance; wheat shell-mortar block;compressive strength; thermal conductivity
馬月虹,李保明,張家發(fā),張耀文. 北疆麥殼砂漿砌塊填充蓄熱材料復(fù)合墻體日光溫室熱性能[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2018,34(13):233-238. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.028 http://www.tcsae.org
Ma Yuehong, Li Baoming, Zhang Jiafa, Zhang Yaowen. Thermal performance of solar greenhouse with composite wall using wheat shell-mortar block filling with heat storage material in north Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 233-238. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.028 http://www.tcsae.org
2017-11-20
2018-04-20
國家自然科學(xué)基金資助項目(51768072)
馬月虹,研究員,博士生,碩士生導(dǎo)師,主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)工程研究。Email:923999218@qq.com。
李保明,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)工程工藝與環(huán)境研究。Email:libm @cau.edu.cn。
10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.028
S625
A
1002-6819(2018)-13-0233-06