高寒地区日光温室后墙节能技术的应用

马 毅，周建容

（阿坝职业学院，四川 阿坝 623200）

高寒地区温度较低，土壤不肥沃是阻碍当地农产业发展的主要原因，通过建设日光温室，能有效改善农作物生长环境，对调节农业产业结构具有关键作用。但是传统日光温室使用后墙保温性能、承载能力等相对较差，且占地面积较大，易造成资源浪费[1]。临床发现应用日光温室后墙节能技术能提升后墙性能，且操作相对简单，费用较低，有助于高寒地区农作物的栽培和种植。

1 日光温室后墙类型

日光温室指带有后墙的大棚，是保暖效果最好的塑料大棚。在日光温室中，后墙发挥着重要作用，白天太阳光照射到后墙时，后墙会吸收能量，开始蓄热；夜间气温骤降，棚内温度降有所下降，此时后墙开始向棚内散热，维持大棚温度。由此可见，后墙在日光温室中有蓄热和保温功效[2-3]。

1.1 全堆土式后墙

全堆土式后墙是现阶段保温性能最好的后墙，土堆沿着后墙从地面堆起3m ～5m，且土堆越厚，在夜间温度骤降时，其保温效果更好。但是在建设过程中使用土质量较多，在平衡墙体和大棚之间的压力难度较大，易出现墙体倒塌现象[4]。一旦发生墙体倒塌情况，应及时对后墙进行修复和加固，延长大棚使用寿命和保温效果。

1.2 半堆土式后墙

半堆土式后墙是指土堆沿着后墙从地面堆起2m ～3m，且保温性能比全堆土式后墙较低。但是由于使用土质量较少，对墙体产生压力较小。此外，还可使用材质较轻、原材料消耗较少的空心砖[5-6]。

1.3 砖墙

砖墙具有较好承重、保温及隔热等性能，因此可通过修建墙体方式进行保温。在修建过程中多见24 或37 墙体，使用材料多为空心砖或红砖[7]。由于墙体蓄热能力低下，在早晚温差变化较大时不能向大棚内持续散热，故可在墙体内使用夹泡沫保温板进行保温。但是墙砖占比面积较大，内墙墙体较薄，蓄热能力低下，寒透能力较强，故不适用于高寒地区[8]。

2 日光温室后墙改进

2.1 材料选择

日光温室后墙主要作用为平衡大棚内温度，但是不同材料发挥的性能不同，故应根据大棚内栽培农作物、气候等进行综合考虑，选择最佳内墙材料。目前，在日光温室后墙中以复合材料和组织材料较为多见。从日光温室后墙热工方面研究发现，在日光温室中最理想的墙体是墙体内侧为具有较强吸热和蓄热的材料组成的蓄热层，外侧为具有放热和导热能力较差的保温层[9-10]。在墙体中间做好隔热层，能最大限度提升保温效果。在传统日光温室中多用单一的土、砖等进行堆砌，材料单一，且在保温蓄热上效果较差。因此，现阶段在日光温室后墙中所选材料为复合墙体，在提升蓄热能力同时，还能提升大棚内室温。特别是将苯板作为外侧的墙体，保温效果更好。此外，高寒地区的早晚温差较大，还应使用EPS 泡沫板进行保温隔热，减少热量散失，最大限度维持墙体温度。同时，该材料成本低廉，是一种性价比较高的保温隔热材料[11]。

2.2 日光温室后墙热工性能

日光温室后墙所使用材料、种类及堆砌高度等直接关系后墙保温性能。通常情况下，主要通过计算墙体热工性能判断后墙保温性能，其中以冬季保温性能和夏季隔热性能为计算标准。日光温室主要是通过保温来维持农作物生长，尤其是在高寒地区，主要用途为提升大棚内温度，以满足农作物生长需求，因此只用分析冬季保温性能，判断后墙保温效果。保温材料保温性能的传导系数是判别后墙保温性能的关键，导热系数值越大，导热系数越好，说明保温性能越低。因此，在后墙表征材料选择上，最好选择导热系数值较小材料，提升后墙保温效果。不同组合材料的热功能性如图1 所示，具体内容如下：方案①为10cm苯板和40cm 土体；方案②为10cm 苯板和砖墙；方案③为10cm 苯板和40cm 空心混凝土砌块；方案④为10cm 苯板和40cm 混凝土砌块；方案⑤为10cm 苯板和40cm 有孔土块。

图1 不同组合材料热工性能

方案⑤导热系数值最小，保温效果最强，但是在材料中所有有孔土块对技术要求较高，在制作上相对较为困难。因此，选用方案③10cm 苯板和40cm 空心混凝土砌块，作为当前高寒地区日光温室后墙所用材料。

2.3 日光温室后墙温度

10cm 苯板和40cm 空心混凝土砌块是当前日光温室后墙最佳材料，但是目前对该材料所产生保温效果并不明确，需对该材料产生的保温性能做进一步研究。在研究过程中，将冬季内日光温室内温度变化与普通温棚内温度变化进行对比，可判断组合材料保温效果。研究结果显示，不用组合材料温度均高于普通温棚内温度，说明10cm 苯板和40cm 空心混凝土砌块在保温上产生效果更好。计算整个冬季内2 个大棚内温度的均值可知，组合材料大棚内温度均值在9℃左右，在普通温棚内温度均值在-4℃。在冬季气温最低时，组合材料大棚温度与普通温棚温度差，最大为9℃，再次说明组合材料保温效果更高，尤其是在温度下降的情况下，其保温效果更好。组合材料大棚与普通温棚温度比较如图2 所示。

从研究结果中可以看出，组合材料与普通材料在大棚温度上相差较大。在使用组合材料后墙后，大棚内温度明显增加，说明使用组合材料后，能有效提升大棚保温效果。

3 日光温室后墙结构

日光温室后墙结构不仅影响保温性能，还影响墙体结构稳定性，对延长日光温室使用寿命具有积极意义。尤其是在高寒地区，当地资源有限，故应充分利用现有资源，减少资源浪费，提高资源利用率。

3.1 土墙结构

日光温室后墙具有结构承重、保温蓄热等功效，故使用墙体材料及墙体构建结构直接关系日光温室性能。在修建墙体时，不仅要考虑墙体蓄热能力、保温效果，还要考虑对环境影响、所需成本及砌筑速度等。土墙比热值较大，保温效果较高，且使用成本较低，砌筑速度较快，是现阶段最理想的墙体[12]。且在当前农村中，仍以土墙结构为主要墙体。在以土为材料建造的墙体中有堆土碾压和干打垒两种方法。干打垒是最为简易的筑墙方法，主要是在2 块固定木板中间填充黏土，这种方法操作简单，修建较快，牢固性较高。但是在雨季较多地方，易出现坍塌，故应在降雨量较少地域修建；且在修建过程中，掺杂稻草或麦草等还能使墙体强度进一步增加。堆土碾压是对干打垒做进一步完善，主要是在履带机作用下，对墙体进行碾压，达到提升墙体牢固度效果。这种方法不仅能减少人工，还能一定程度上保障墙体保温效果和承载能力，且修建速度加快，使用成本较低，故得到农民欢迎和喜爱。但是墙体结构也存在诸多缺陷，比如，不同地域土质存在较大差异，墙体性能也有所不同；结构耐久性较差；吸水能力较强，抗雨水冲刷能力低下；占地面积较大；易破坏当地土壤结构。

3.2 砖墙结构

砖墙结构相较于土墙结构具有承载能力强、占地面积小、结构稳定性高等特点，但是由于修建后墙所需砖墙数量较多，成本相对较高，且不同材料或厚度修建的砖墙在保温效果上也存在较大差异，黏土砖与土壤的导热性无差异，实心砖墙越厚保温效果更强，但是保温效果明显低于土墙，很难满足日光温室农作物生长需求。因此，在使用砖墙结构时，通常使用填充材料进行保温隔热，提升墙体保温性能。

3.3 新型墙体结构

创新墙体结构和使用材料，不仅能减少对资源浪费，还能最大限度提升墙体蓄热保温效果。现阶段，墙体存在多种结构，如草砖墙、聚苯乙烯泡沫板墙、发泡水泥墙、聚苯乙烯泡沫空心砖墙及空心板墙等。草砖墙主要是将稻草或麦草制作成方块的草捆，像修建墙面一样，制作成墙体。同时，在墙体内外层涂抹防水层，并在外侧修建泡沫水泥空心墙，以提升保温效果。这样不仅可以合理利用农作物，减少资源浪费，还可保护生态环境。聚苯乙烯泡沫板墙根据墙体结构制作成空心砖，在现场采用插接连接方式进行安装，操作简单，所用时间较少，且所使用材料还具有反光能力，能使光照均匀分布[13]。发泡水泥墙先使用建筑模板搭建成外墙，再注入发泡水泥，使其膨胀后，形成墙体。这种墙体牢固性较高，密封性和防水性较高。另外，该材料保温隔热性能较高，但是在发泡水泥浇筑过程中的难度较大，很难达到理想效果。

4 日光温室后墙结构改善

通常情况下，在普通温棚中所使用后墙主要发挥着承载作用，且受当地经济、条件等影响，所使用材料存在较大差异。其中，土壤、砖块使用较为普遍，这样极易出现资源浪费情况发生。因此，通过改善日光温室后墙结构，可最大限度提升资源利用率和后墙性能，提高日光温室保温效果。在该实验中，所选择材料为空心混凝土砌块，根据原料比例制作成块。

图2 组合材料大棚与普通温棚温度比较

空心混凝土砌块制作材料及配方如表1 所示，制作成空心混凝土砌块后，分别进行抗压、透水系数及冻融试验，检测制作空心混凝土砌块性能是否能达到实际投入使用标准。抗压试验使用长、宽、高分别为100mm 的试件，透水系数测定使用直径和高度分别为100mm、200mm 的试件，冻融试验使用长宽高分别为100mm、100mm、400mm 的试件。最终实验结果如表2 所示。

表1 空心混凝土砌块制作材料及配方

表2 空心混凝土砌块性能结果

通过试验后可以看出，制作的空心混凝土砌块能满足使用要求，制作完成后可直接投入日光温室后墙建设中。

5 日光温室后墙节能技术应用

将制作完成的空心混凝土砌块投入日光温室后墙建设中，保障蓄热保温性能实现预期目标，将该日光温室制作成与普通温棚大小、结构等完全一致形态后发现，其与预期目标完全一致。但是为避免在投入使用后出现后墙坍塌情况，需在墙体内填充石子、浇筑混凝土，提升其稳定性[14]。

6 结束语

高寒地区的气候、地域等存在较大劣势，在建设日光温室中应充分利用资源，减少资源浪费，提升后墙节能性。文章所采用材料为性价比最高的苯板和空心混凝土砌块组合材料，蓄热保温效果较好，适用于高寒地区。