相变材料墙体在郑州地区下沉式日光温室中的保温作用

中国农业气象（ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｍａｌｏｆＡｇｍｍｅｔｅｏｍｌｏｇｙ）

２０１４年

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—６３６２．２０１４．０２．００９刘晓宇，何翠，孙治强．相变材料墙体在郑州地区下沉式日光温室中的保温作用［Ｊ］．中国农业气象，２０１４，３５（２）：１７４—１７９

相变材料墙体在郑州地区下沉式日光温室中的保温作用＋刘晓宇，何翠，杜亮，侯伟娜，刘旭，孙治强（河南农业大学园艺学院，郑州４５０００２）

摘要：将以ＣａＣｌ：为主的水合无机盐复合相变材料平铺一层于郑州地区下沉式日光温室后墙夹层内，以普通温室为对照，观测并探讨典型天气条件下相变温室和普通温室室内温度、后墙内表面温度以及室内外温差变化规律。结果表明，晴天相变温室在揭苫后平均升温速率为３．２６℃／ｈ，低于普通温室的３．６５℃／ｈ，午后最高温低于普通温室但差异不显著，全天后墙内表面平均温度高于普通温室３．９℃，夜间室内温度高于普通温室１．８℃，室内外温差大于普通温室。阴、雨天相变温室与普通温室的室内温度、后墙内表面温度以及室内外温差均表现出一致的变化趋势；雪天温室内温度以及后墙内表面温度全天呈下降趋势，相变温室温度下降速率高于普通温室Ｏ．０８℃／ｈ，而相变温室室内外温差变化较小，普通温室室内外温差逐渐变大。相变材料能有效吸收储存热量，提高室内温度。试验结果可为水合无机盐复合相变材料的保温降能耗特性提供理论支持，也可为其在日光温室中的推广应用提供依据。关键词：下沉式日光温室；水合无机盐复合材料；相变材料墙体；温室保温；蓄能袋

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・收稿日期：２０１３一０８—２４基金项目：国家现代农业产业技术体系基金任务项目（ｃＡＲＳ一２５一ｃ一０６）作者简介：刘晓宇（１９８９一），女，河南新乡人，硕士生，研究方向为设施栽培。

万方数据第２期刘晓宇等：相变材料墙体在郑州地区下沉式日光温室中的保温作用。１７５・日光温室的发展解决了北方地区冬季蔬菜供应的难题，极大地方便了人们的生活¨１，虽然其因建造方便、造价低、生产效益高而被普遍使用，但也存在夏季通风降温困难，冬季耗能大等问题，其中冬季能源消耗过大已成为限制其进一步发展的瓶颈旧引。随着全球工业化进程的推进，极端天气频繁，冬季低温也不断出现。为了满足冬季设施内作物生长所需的温度条件，同时达到节能、环保、低碳的要求，对日光温室保温储热特性的研究越来越受到重视。相变材料因其拥有相变过程中吸收或释放大量潜热而自身温度变化幅度较小的特点，近年来被广泛研究并应用于设施农业ＭＪ。加拿大首先将无机盐为主的相变材料装于气溶胶罐中应用于日光温室，结果表明其储热效果较好，优于岩土＂Ｊ。美国、日本等国也有相变材料在日光温室中应用的相关研究，将Ｎａ２ｓＯ。・１０Ｈ：０、ＮａＬ２Ｃ０３・１０Ｈ２０与ＮａＣｌ、Ｎａ２Ｓ０４・１０Ｈ２０和Ｃ０（ＮＨ２）２按一定比例制得复合相变材料用来加热温室，可节约６６％的燃料Ｍ‘７Ｊ。国内对相变材料的研究主要集中在石蜡、硬脂酸正丁酯、正硅酸乙酯、笨、聚苯乙烯、石墨等有机材料以及Ｎａ２ｓ０４・ｌＯＨ２Ｏ、Ｎａ２Ｃ０３・ｌＯＨ２０、ｃａＣｌ２・６Ｈ：Ｏ、Ｎａ：ＨＰＯ。・１２Ｈ２０等无机材料上，虽取得一定进展，但有关应用到日光温室上的报道尚不多见旧。４｜。本实验以ｃａｃｌ：为主的水合无机盐复合相变材料镶嵌于日光温室后墙表面形成相变墙板，观测温天气条件下相变温室与普通温室的温度变化规律，以期为复合相变材料的保温降能耗特性提供理论支持，并为其在日光温室中的推广应用提供依据。ｌ材料与方法１．１试验地概况试验温室位于河南省新郑市（３４。１６’Ｎ，１１３０５４’Ｅ）新里营村，属北温带大陆性季风气候，年降水量６４５．５ｍｍ，日照充足，年均气温１４．３℃。四季分明，最热月（７月）平均气温２７．３℃，最冷月（１月）平均气温一０．２℃。１．２试验材料、温室结构与仪器１．２．１水合无机盐复合相变材料水合无机盐复合相变材料由上海复旦大学研制，上海皇明太阳能公司生产，主要成分为ＣａＣｌ：，其相变温度为２６℃，当材料吸热达到相变温度时，即由固态变为液态，呈白色絮状液体，低于相变温度时则进行放热，由液态变为固态，呈白色固体。包装规格为边长１６０ｍｍ×１６０ｍｍ的正方形蓄能袋，液态下重量为０．７５ｋｇ，密度为１．５ｋｇ／Ｌ，单位相变蓄热量３２０ｌ∥Ｌ。１．２．２日光温室结构日光温室为东西走向，前屋面为钢架，拱圆形，覆盖Ｏ．０８ｍｍ厚的ＥＶＡ高保温高透明多功能膜，夜间覆盖３ｃｍ厚的草苫保温，采用电动卷帘机。温室内不种植作物，８：３０左右揭草苫，１７：００左右盖草苫。阴雨天室内、外部温度变化以及后墙温度变化，并讨论典型揭草苫推迟，盖草苫提前。温室结构参数见表１。表１日光温室结构参数ＴａＭｅｌＳｔｒｕｃｔＩｌｒａＩｐ舭锄ｅｔｅ玮ｏｆｓｏＩａｒｇｒｅｅⅡｈｏＩｌ辩

１．２．３试验仪器试验所用的测温仪器为锦州阳光ＴＲＭ一１２０温度测试仪（共９０个通道），温度传感器测量范围为一５０～１５０ｑＣ，测试精度为±０．５℃，分辨率为０．１℃。１．３测定方法选取３座结构相同的日光温室进行试验，其中两座温室作为相变温室，作以下处理：先将温室后墙内表面做成空心夹层，两层砖的间距为ｌＯｃｍ，而后将规格为１６０ｍｍ×１６０ｍｍ的相变材料（ＣａＣｌ，为主的水合无机盐复合相变材料）正方形蓄能袋平铺于温室后墙夹层内，铺设一层，铺设范围在日光温室后墙表面中央，选长为５０ｍ、宽为２ｍ的区域进行铺设，其余区域不铺设；另外一座温室不作处理，作为对照。温度测点（图１）分别布置在温室内部中央、温室后墙砖表面中央以及温室外部，３个测点在距离温室地表面１．２ｍ的同一水平高度。将温度测试仪放在日光温室内，每处测点放置一个温度传感器，与多通道温度热流测试系统相连，设置３０ｍｉｎ存储间隔，２０１２—１２—２０开始测定，２０１３—０３—３０结束。经试验记录及天气预报，选取４ｄ作为典型天气进行数据分析，２０１２年１２月１３日代表雪天，１２月１５日代表阴天，２０１３年１月２日代表晴天，１月３１日代表雨天。试验数据采用ＤＰＳ数据统计分析软件和Ｅｘｃｅｌ软件进行处理。

万方数据