高效节能日光温室墙体结构及保温性能的研究现状

罗旋　蔡忠杰　孙英玲　那桂秋

摘要：高效节能日光温室是北方寒地冬春季进行蔬菜栽培的理想场所。概述当前高效节能日光温室的墙体结构及其保温性能的发展情况，简要探讨不同墙体结构对温室保温性能的影响，为高效节能日光温室的优化设计提供参考。

关键词：日光温室；墙体结构；保温性能；温度；现状

中图分类号：S214.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）03-0025-02

高效节能日光温室以充分利用太阳辐射热为基础，综合各种配套设施，能够有效提高温室的透光性能和保温性能，克服温室冬季生产的不利因索，是一种可以实现高产、高效、优质栽培的农业生产模式。高效节能日光温室能够有效提高土地及其他相关资源的利用率，是北方寒地冬春季进行蔬菜栽培的理想场所。

1 日光温室围护墙体结构研究

在传统的温室设计理论中，墙体和后屋面的主要作用是承重和隔热。而高效节能日光温室的墙体和后屋面则要求既能承重、隔热，又能载热，即白天蓄热，夜间放热。与普通日光温室相比，高效节能日光温室在提高温室前屋面采光性能的同时，加强了墙体和后屋面的保温蓄热性能，白天得到的热量只有一小部分透过墙体和后屋面散失到室外，大部分热量蓄积在土壤、墙体和后屋面，夜间再传递到室内。所以，高效节能日光温室的墙体和后屋面与地面一样，白天是蓄热体，夜间是放热体，即热源。

日光温室墙体应牢固、支持力强、不易损坏。早期的墙体结构多是厚度较大的夯实土墙或草泥墙，造价低，占地面积大，防水能力差，经常出现坍塌现象。后来，墙体结构发展为红砖墙，造价高，且单薄的砖墙保温能力有限。此后，人们试着在砖墙中间夹隔热材料，关于日光温室组合墙体的研究就此展开。

董仁杰等在建立求解验证日光温室热环境理论模型时提出，温室后墙对保证温室热环境具有重要作用，而且其夜间的作用大于白天。翟国勋的研究表明，温室后墙内侧200 mm以内的温度波动较大，证明日光温室后墙能贮积太阳能。赵东等认为晴天时墙体白天积蓄的一部分太阳辐射能，在夜间释放到空气中；阴天时的主要热源是墙体散热。围护结构是一个大的蓄热体，其白天吸收大量太阳能，夜间释放出热量，在温室中起着积极作用。

为增加墙体的保温蓄热能力，一是设计异质复合墙体，内层选择蓄热系数大的建筑材料，外层选择导热率小的建筑材料；二是加大厚度。

目前，常用的墙体有单一材料墙体（如垛土墙、砖墙等）和复合墙体（如红砖+苯板+红砖、红砖+珍珠岩+红砖、粉煤灰砖+苯板+红砖等）。郭慧卿、李振海等的研究表明，从稳态传热的角度看，热阻作为墙体热工性能评价指标具有局限性，还应综合考虑墙体材料的其它热物理特性，如材料蓄热系数。蓄热系数较大的墙体，无论其厚度如何，地温及气温均难以优于由膨胀珍珠岩一类高效保温材料参与复合的墙体。建筑物的保温性能用围护结构的总热阻R来评价，RR越大，其传热量越小；D值是围护结构的热惰性指标，表征结构的热稳定性，结构的D值大，室内温度波动小。对于日光温室的保温性能，目前还没有统一的评价指标，白义奎，王铁良参照国家行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》，以D（或R+D）值作为评价指标，要求外墙D≥3.0（K≤15 W/（m2·K）），日光温室应尽量采用较大的R及D。

虽然红砖是我国绝大多数地区的主要墙体建筑材料，但烧制实心黏土砖除开采大量的土地资源外，还会产生大量的有毒气体。红砖的替代产品——加气混凝土砌块被越来越广泛的应用。与红砖比较，加气混凝土砌块具有容重轻、保温隔热性能好、防火性能强、几何尺寸大、施工效率高等优点。张立芸等通过对加气混凝土墙体的结构性能进行分析，认为加气混凝土是一种适宜的替代红砖的新型建筑材料，其与聚苯板构筑的异质复合墙体具有相对优越的热特性，能增强温室北墙的蓄热体作用。

2 日光温室围护墙体保温性研究

日光温室特殊的围护结构及保温措施，在不加温或少加温的条件下即可越冬生产。墙体作为温室的围护结构之一，对温室内的热环境有直接的影响。陈端生对几种温室墙体的温度分布进行测试，但对温室墙体的传热特性缺乏理论研究。国外学者对温室墙体的传热及能耗进行理论分析及实验测试，但由于其所研究的温室结构与我国的日光温室结构不同，故无法直接照搬国外的研究模式。理想的日光温室墙体不但向外放热量小，而且热稳定性好，能有效提高日光温室的节能效果，因此有必要对墙体的传热特性进行分析研究，以期对温室的建造起指导作用。

佟国红等对结构相同、墙体材料不同的温室进行温度测试，结果表明：在同一温室内，复合异质墙体夜间内表面温度比纯砖墙内表面温度高3.7 ℃；室外温度相同时，复合异质墙体温室的夜间空气温度比夯实土墙温室高3.0 ℃。理论分析结果显示：复合异质墙体对室外温度扰量的衰减倍数是聚苯乙烯泡沫塑料板墙体的123倍、是纯砖墙的9.5倍；单位面积复合异质墙体全天向室外传送的热量是纯砖墙的1/17。

光照是节能日光温室获取能量的最主要来源，而保温设计是保证日光温室冬季正常生产的关键环节。提高温室的保温性能、降低能耗，是提高温室生产效益的最直接手段。节能日光温室主要由围护墙体、后屋面和前屋面三部分组成，前屋面是温室的全部采光面。一般情况下，应尽量加大前屋面采光面的面积，并采取合理的采光角度，以获得最大的太阳辐射；夜间一般用保温被覆盖或在内部设置二道幕。受日光温室采光面的限制，前屋面改变的空间很小，因而在加强温室前屋面保温设计的基础上，加强和改进围护墙体的保温性能至关重要。白义奎对几种常用单一材料墙体及复合墙体的保温性能进行分析，结果表明，多层异质复合墙体具有热阻大、蓄热、隔热、保温性能好的优点，但存在自重大、造价高、受周围环境尤其是湿度影响大等缺点。白义奎等在分析铝箔绝热热工性能的基础上，提出一种缀铝箔聚苯板空心墙体设计，理论分析结果表明，这种墙体具有较好的保温隔热性能。

对于如何提高围护结构的保温性能，国内外很多专家进行了理论和试验研究，为日光温室的设计提供了理论依据。这些研究大多采用传热学理论，通过温度分析的方法，计算分析各种围护结构的保温性能及热环境。但由于日光温室内是一个高温、高湿环境，其传湿过程对墙体传热特性、热损失的影响很大，因此理论计算的传热系数值偏小。

白义奎等对聚苯板夹芯墙体及缀铝箔聚苯板空心墙体的保温性能进行测定，测试墙体的传热系数并分析影响保温性能的因素。赵东等得出温室墙体表面温度与室内外温度的关系和热流量及墙体表面蓄放热的变化规律：墙体的温度分布规律与室内温度变化一致，随着墙体高度的增加，温度降低；放热量为蓄热量的10.5%左右，大部分以热传导的形式散失。

温室散热包括围护结构传热、换气传热、地中传热3种，其中围护结构传热占总散热的70%～80%。因此，除选用较好的夜间保温覆盖材料外，增加墙体的蓄热、隔热性能也是非常有效的节能措施。

3 结语

高效节能日光温室充分利用太阳能，并最大限度地保存室内热量，其保温性能是影响设施内温度的重要因素之一。日光温室受自然气候影响较大，因此北方寒地发展节能日光温室时，应把温室保温性放在首位，尽量提高温室的保温性能、降低能耗。通过不断优化日光温室围护墙体结构，可以逐步提高其保温性能，进而使室内温度维持在理想水平。

参考文献

[1] 李天群.加气混凝土砌块墙体裂缝原因及控制措施[J].重庆电力高等科学校学报，2006，11（2）：35-37.

[2] 张立芸，徐刚毅.日光温室新型墙体结构性能分析[J].沈阳农业大学学报，2006，37（3）：459-462.

[3] 白义奎，刘文合，王铁良，等.缀铝箔聚苯板空心墙体保温性能的测试与分析[J].新型建筑材料，2006（1）：43-45.

Abstract：High efficiency and energy saving sunlight greenhouse is an ideal place for vegetable cultivation in cold region in winter and spring. The article expounds the development status of wall structure and insulation performance of high efficiency and energy saving sunlight greenhouse， and simply discusses the influence of different wall structure on the insulation performance， and provides a reference for optimizing the design of high efficiency and energy saving sunlight greenhouse.

Key words： sunlight greenhouse； wall structure； insulation performance； temperature； status