加温日光温室保温层苯板厚度优化

许红军，秦勇，吴慧，韩春莲

（新疆农业大学林学与园艺学院设施农业研究所，乌鲁木齐，830052）

加温日光温室保温层苯板厚度优化

许红军，秦勇，吴慧，韩春莲

（新疆农业大学林学与园艺学院设施农业研究所，乌鲁木齐，830052）

为降低加温日光温室生产成本，提高经济效益，对日光温室保温层苯板进行节能优化。研究在确定能够满足使用要求的保温层苯板厚度基础上，引入了核心经济参数，客观反映节能效果与建造成本投入的的关系，提供了以乌鲁木齐为例的详细计算方法。结果表明，核心经济参数存在最大值，并且可以通过材料的性能与市场的关系确定，通过计算可知，乌鲁木齐地区加温日光温室保温层厚度最佳值为0.082 m。

加温温室；节能优化；保温层；墙体厚度

近年来，我国设施农业发展突飞猛进，据统计，到2011年设施温室的面积达到350万hm2，居世界首位，其中日光温室面积约占总设施面积的21%。当室外温度低于-20℃且出现连续阴天时，温室内温度已不能满足植物生长的需要，只有增加采暖设施才能生产。据调查，我国传统加温温室每年消耗标准煤达300～900 t/hm2，占到冬季生产成本费用的30%～70%[1]。所以，加温日光温室墙体节能优化对于降低生产成本、提高经济效益尤为重要。

现阶段，多层异质复合墙体日光温室在我国应用广泛，主要为0.5～0.7 m厚的砖墙，内填各种保温材料，如聚苯板、炉渣、珍珠岩、岩棉等[2]，其中，聚苯板在生产中应用较为普遍。在主体确定的情况下，温室的保温效果取决于保温层苯板的厚度。因此，保温层苯板厚度的设计在温室保温节能技术中极其重要，它既要满足温室的使用要求，又要尽可能满足经济性要求。

李小芳等[3]通过研究不同墙体材料组合对日光温室墙体保温性能的影响指出，保温材料厚度以0.1 m为宜；王晓冬等[4]针对新疆塔城地区认为复合墙体聚苯板厚度应不小于0.1 m；陈秋全等[5]认为夹心墙中间0.06～0.1 m聚苯板是北方高寒地区日光温室的最佳墙体结构。本文拟从节能的角度建立日光温室技术指标和经济指标之间的关系，并结合乌鲁木齐地区日光温室以370砖墙作外保温设计的复合墙体计算出保温层苯板的最佳厚度，为复合墙体日光温室推广应用提供依据。

图1 墙体结构

1 复合墙体保温层苯板厚度设计

温室墙体保温效果主要取决于保温层苯板的厚度，因此，保温层苯板厚度的设计既要满足使用要求，又要满足经济性要求，所以应从两方面考虑其厚度的取值。

1.1 满足使用要求的苯板厚度的设计

根据GB 19165-2003日光温室和塑料大棚结构与性能要求、JB/T 10297-2001温室加热系统设计规范，加温日光温室墙体按照低限热阻计算，乌鲁木齐地区室外设计温度为to=-26℃，室内应满足喜温果菜类生产ti=12℃。

计算得δ苯=0.055 m，即乌鲁木齐地区日光温室保温层的厚度＞0.055 m就可以满足使用的要求。乌鲁木齐地区冬季昼短夜长，温室内生产困难，需要采暖设施辅助生产。温室加温成本高，能耗大，需要从节能角度进行保温层厚度优化。

1.2 满足经济性要求的保温层厚度优化

从节约能源降低成本方面考虑，保温层的厚度越厚节能越多，但能耗不是随保温层厚度的增加等比例减少。从经济性角度考虑济，保温层存在最佳厚度。日光温室加温能耗是通过温室散热量Qout体现的，要降低加温能耗需要减少温室的散热量，即增加温室墙体优化前后的节能量。假定优化前的日光温室散热量指标为Qout0，优化后的日光温室散热量指标是Qout，可得到温室节能量的公式，

增加保温层厚度势必要增加温室墙体的建造成本，在这需要引入成本参数P，单位面积P包括两个部分。由于保温层厚度增大，势必增大了整个墙体的厚度，为保证墙体的质量需要增加人工费及界面砂浆、锚固钉、墙体拉结筋的数量增加而增加的成本，记为P0，为第一部分；另一部分为在单位体积价格S确定的情况下由增加苯板厚度而增加的成本为P′，P′=Sδ，总成本P=P0+P′。设定为核心经济技术参数，

其中，△Qout表征日光温室节能效果，成本P反映了得到此节能效果△Qout的花费，这样将技术参数和经济参数结合起来作为评价指标来确定保温层的最优厚度。

表1 日光温室围护结构低限热阻（Rx）

2 结果与分析

2.1 节能量△Qout的确定

通常温室热量的散失主要取决于贯流放热量Qt、换气放热量Qv和地中传热量Qs，即Qout=Qt+Qv+ Qs。在其他条件相同的情况下，温室内部节能量△Qout可由墙体热量散失来计算得出，即△Qout=q0-q，其中，q0、q分别为优化前后通过温室墙体的散热量，单位为W/m2。q0=（ti-to）K0A，q=（ti-to）KA，其中，to为乌鲁木齐地区的室外设计温度，取-26℃；ti为满足喜温果菜生产的室内温度，取12℃；K0、K为优化前后通过温室墙体的导热系数；A为日光温室墙体的面积。

2.2 优化前后墙体传热系数的确定

日光温室墙体热阻和导热系数互为倒数，节能优化前后的日光温室传热阻R0与R分别为R0=R砖+ R苯和R=R砖+R苯+δ/λ苯，式中，R砖、R苯为异质墙体砖墙与聚苯板的热阻；λ苯为聚苯板的导热系数；δ为优化后聚苯板增加的厚度。对于优化后的日光温室墙体热阻为原墙体热阻与增加厚度的传热阻之和，所以有

以乌鲁木齐以370砖墙做外保温设计的砖墙温室为例。其中，λ为聚苯板的导热系数，取值0.034 W/（m·k）；优化前墙体热阻R0按低限热阻计算，取值2.1 m2·k/W；由于保温层厚度增大，增加了夹心墙腔体的厚度，而增加的人工费及界面砂浆、锚固钉、墙体拉结筋的数量增加而增加的成本P0约为5元/m2。EPS聚苯板以目前价格在23元/kg（密度为18 kg/m3），由此，可计算出δ=0.027 m。

通过计算可知，乌鲁木齐地区加温日光温室保温层厚度在满足低限热阻要求的0.055 m基础上，通过节能优化设计增加0.027 m为保温层设计最佳值，即0.082 m。

3 结论

本文从节能优化降低成本的角度，对加温日光温室墙体保温层苯板厚度进行优化分析，引入核心经济参数，客观反映节能效果与建造成本投入的关系。提供了以乌鲁木齐为例详细的计算方法，为我国加温日光温室建造提供理论依据。

本研究计算所采用材料属性参数参考新疆民用建筑设计规范，采用的经济分析数据参照乌鲁木齐市场价格，对于其他地方计算结果难免会有影响。本文只是提供针对加温日光温室墙体保温层设计优化的一种方法，其他地区设计需参照当地设计规范与市场价格。

[1]马承伟.农业设施设计与建造[M].北京：中国农业出版社，2008.

[2]徐刚毅，周长吉.不同保温墙体日光温室的性能测试与分析[J].华中农业大学学报，2004，35（12）：62-66.

[3]李小芳，陈青云.墙体材料及其组合对日光温室墙体保温性能的影响[J].中国生态农业学报，2006（4）：185-189.

[4]王晓冬，马彩雯，吴乐天，等.日光温室墙体特性及性能优化研究[J].新疆农业科学，2009（5）：1 016-1 021.

[5]陈秋全，杨光勇，刘及东.北方高寒地区高效节能型日光温室优化设计[J].内蒙古民族大学学报：自然科学版，2003（3）：257-259.

Optimization on Thickness of Insulation Layer of Heated Solar Greenhouse

In order to reduce the heating cost of solar greenhouse and improve economic efficiency,we optimized the insulation layer's thickness of heated solar greenhouse.We introduced the core economic parametersto reflect the relationship between energy saving efficiency and construction investment,and we provided a detailed calculation method by taking Urumqi as an example.The results showed that,the core economic parametershad maximum value,and the optimum thickness of the insulation layer of solar greenhouse was 0.082 m in the region of Urumqi.

Heated solar greenhouse;Energy-saving optimization;Insulation layer;Thickness

S625.5+1

A

1001-3547（2014）06-0047-03

10.3865/j.issn.1001-3547.2014.06.016

自治区“十二五”重大专项新疆设施农业产业高效持续发展关键技术研究与示范（201130104-2-1）

许红军（1987-），男，助教，研究方向为温室内热环境调控，E-mail：xuhongjun01@163.com

秦勇（1962-），通信作者，男，教授，主要从事温室蔬菜生产方面的研究，E-mail：xjndqinyong@sina.com

2013-11-19