新型裝配式節(jié)能日光溫室冬季溫控的有關(guān)思考.pdf

52 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù) Standard Technology 作為北方冬季的關(guān)鍵農(nóng)業(yè)設(shè)施 日光溫室有著廣 泛的應(yīng)用 但是傳統(tǒng)日光溫室普遍存在成本高 工序 多 工程量大以及土壤性能受損等一系列問題 所以 打造新型裝配式節(jié)能日光溫室非常有必要 新型裝配 式節(jié)能日光溫室具有良好的冬季控溫效果 大大降低 了冬季農(nóng)作物凍害問題的發(fā)生 具有較高的推廣價(jià)值 1 當(dāng)前日光溫室的冬季控溫發(fā)展現(xiàn)狀 當(dāng)前所采用的日光溫室主要依靠太陽能來提供能 量 并在土壤 山墻以及后墻內(nèi)對熱量進(jìn)行存儲 墻 體表面在日間太陽輻射下 能夠保存熱量 可以使溫 室中的溫度大于35 但是夜間會出現(xiàn)溫度降低的 狀況 此時土壤 墻體能夠釋放所存儲的熱量 提升 溫室的溫度 在這個過程中墻體表面 溫室空氣能夠 進(jìn)行對流 交換熱量 且墻體也可以發(fā)揮導(dǎo)熱作用 將熱量釋放到溫室 使溫室中的溫度升高 然而在日 光溫室墻體材質(zhì)特性的制約下 其蓄熱性能較差 因 此在下半夜溫室的溫度較低 增大了低溫冷害問題的 發(fā)生幾率 不利于提高作物產(chǎn)量 日光溫室的墻體是關(guān)鍵的蓄熱保溫部分 在升級 改進(jìn)日光溫室時 主要會針對墻體進(jìn)行改造 結(jié)合日 光溫室發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析 后墻結(jié)構(gòu)發(fā)生了很多的改 變 逐漸從土筑墻 磚砌墻轉(zhuǎn)變?yōu)楫愘|(zhì)復(fù)合墻或機(jī)打 土墻等 眾多學(xué)者也針對日光溫室的墻體進(jìn)行研究 分析冬季控溫效果 其中 李小芳 陳青云在研究中 詳細(xì)探究了日光溫室的氣溫受磚墻厚度 復(fù)合墻內(nèi)苯 板厚度 組合墻體內(nèi)磚墻厚度 聚苯板厚度等因素的 影響 明確了最佳控溫效果對應(yīng)的磚墻聚苯板隔熱材 料厚度是0 1 m 且保持厚度不變的情況下 磚墻厚 度越薄控溫效果越優(yōu) 同時控溫效果也會受薄磚墻材 質(zhì)排列的影響 張義 楊其長等學(xué)者在論著中 基于 日光溫室墻體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)出日光溫室水幕簾蓄放熱系 統(tǒng) 發(fā)揮水循環(huán)的作用 在水池中存儲由水幕簾所吸 收的日光能量 并于晚上對熱量進(jìn)行釋放 以此來達(dá) 到良好的冬季控溫目的 王宏麗 任雷等學(xué)者在開展 的研究中 探究北面符合保溫墻體的傳熱效果 通過 相變材料的蓄熱性 避免日光溫室夜晚氣溫過低的問 題 使北墻對日光的利用率顯著提升 此外 李炳海 劉圣勇等學(xué)者還借助太陽能土壤加溫系統(tǒng) 分析日光 溫室的地溫改善狀況 方慧學(xué)者則分析了溫室蓄放熱 增溫系統(tǒng)的控溫效果 借助透光水幕簾來高效化運(yùn)用 太陽能 改善夜間溫室的低溫問題 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)近年來提出一種全新的裝配式節(jié)能 日光溫室 通過水載體來儲存太陽所釋放的熱量 并 利用溫室淺層土壤進(jìn)行蓄熱 依托水循環(huán)作用實(shí)現(xiàn)淺 層土壤 水池對熱量的收集和存儲 并在夜晚釋放土 壤熱量 使氣溫得到提升 保障作物的成長 對于新 型裝配式技能日光溫室的研究 設(shè)計(jì)工作 眾多學(xué)者 在不斷探索和分析 為冬季日光溫室控溫工作的開展 提供了參考和指導(dǎo) 2 水循環(huán)系統(tǒng) 空氣 地中熱交換蓄放熱系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 新型裝配式節(jié)能日光溫室主要采用的是水循環(huán)系 摘要 受季節(jié)因素的影響 在北方地區(qū)冬季種植農(nóng)作物時 日光溫室夜間的溫度相對較低 無法滿足作物生 長條件 新型裝配式節(jié)能日光溫室的設(shè)計(jì)和引進(jìn) 則很好地解決這一問題 能夠通過地面空氣 地中熱交 換蓄放熱系統(tǒng) 水循環(huán)蓄放熱系統(tǒng)來有效提高夜間溫室的溫度 為作物生產(chǎn)提供了良好的環(huán)境 文章主要論 述當(dāng)前日光溫室的冬季控溫發(fā)展現(xiàn)狀 以北方日光溫室為例 設(shè)計(jì)水循環(huán)系統(tǒng) 空氣 地中熱交換蓄放熱 系統(tǒng) 對新型裝配式節(jié)能日光溫室進(jìn)行建立 并開展實(shí)驗(yàn)研究 最后結(jié)合氣溫 土溫變化情況來分析新型裝 配式節(jié)能日光溫室冬季溫控效果 以期驗(yàn)證新型裝配式節(jié)能日光溫室的控溫性能 從而實(shí)現(xiàn)新型裝配式節(jié)能 日光溫室的推廣應(yīng)用 關(guān)鍵詞 新型裝配式節(jié)能日光溫室 冬季溫控 氣溫 土溫 吳菲菲 新型裝配式節(jié)能日光溫室冬季溫控的有關(guān)思考 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古自治區(qū) 包頭 014109 53 Standard Technology 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù) 統(tǒng) 空氣 地中熱交換蓄放熱系統(tǒng) 其中回水管道 水池 輸水管道 水泵以及采光板等共同構(gòu)成了水循 環(huán)系統(tǒng) 采光板 360 m 2 位于日光溫室內(nèi)部的后墻 體上 后墻內(nèi)地下設(shè)置了水池 32 m 2 水泵的流量 和功率分別設(shè)定為 15 m 2 h 平方米每小時和 750 W 在白天會讓水循環(huán)系統(tǒng)處于啟動狀態(tài) 向采光板頂部 對水進(jìn)行傳送 充分對太陽能進(jìn)行吸收后沿采光板間 隙流出 再次回流入水池內(nèi) 從而在水池中存儲太陽 能 而在夜晚溫室氣溫降低的情況下 則需要對水循 環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行開啟 釋放由采光板存儲的熱量 調(diào)節(jié)溫 室的氣溫 避免低溫狀況 新型裝配式節(jié)能日光溫室 的水循環(huán)系統(tǒng)如圖 1 所示 圖 1 日光溫室的水循環(huán)系統(tǒng) 而溫室所運(yùn)用的空氣 地中熱蓄放熱交換系統(tǒng) 工作原理則是借助風(fēng)機(jī) 對日光溫室頂層4 5 m位置 的熱空氣向地下0 5 m處的熱交換管進(jìn)行導(dǎo)入處理 使日間太陽能的存儲熱量增大 以此來有效調(diào)節(jié)夜晚 溫室的氣溫 空氣 地中熱蓄放熱交換系統(tǒng)的開啟時間為上 午 10 00到下午 3 00 需要設(shè)置南北走向的地下熱 交換管道 且將10臺風(fēng)機(jī)每間隔6 m進(jìn)行安放 各 臺風(fēng)機(jī)對應(yīng)的進(jìn)風(fēng)口 出風(fēng)口應(yīng)分別位于日光溫室北 面 南面 且運(yùn)行總功率是 1 2 kW 該系統(tǒng)要在日光 溫室的頂層布置上端進(jìn)風(fēng)口管道 保持同地面4 5 m 的距離 3 新型裝配式節(jié)能日光溫室的建立及實(shí)驗(yàn)研究 1 構(gòu)建試驗(yàn)溫室 在北方某地區(qū)對新型裝配 式節(jié)能日光溫室進(jìn)行構(gòu)建 且將溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為半圓 弧性骨架 選取具有移動功能的保溫山墻 借助巖棉 彩鋼板對溫室進(jìn)行覆蓋 保障日光溫室的冬季控溫性 能 該試驗(yàn)日光溫室的占地面積是800 m 2 后坡水 平投影是 1 7 m 采光角度是 41 整個溫室對應(yīng)的 長 高和寬分別是65 5 5以及12 m 此外 試驗(yàn) 溫室的作物種植空間為 3 m 左右 雪荷載 風(fēng)荷載是 45 和 55 kg m 2 將新型裝配式節(jié)能日光溫室標(biāo)記為A 并將設(shè)置 的對照溫室標(biāo)記為B 在晴朗天氣下 從氣溫 土溫 兩個角度對照分析兩個日光溫室的冬季溫控效果 2 溫室的氣溫和土溫對照研究 將試驗(yàn)條件 設(shè)定為 早上8 00將保溫板揭開 打開循環(huán)水泵進(jìn) 行蓄熱 并于下午 16 00 將循環(huán)水泵關(guān)閉 17 00 將 保溫板蓋上 監(jiān)測點(diǎn)要每隔半小時對土溫 氣溫進(jìn)行 檢測 記錄好溫度變化狀況 測量溫室氣溫的步驟為 對于溫室 A 應(yīng)于距地面 一米的東西方向上 挑選中間點(diǎn) 各距東側(cè)及西側(cè)山 墻三米位置的兩點(diǎn)作為三個監(jiān)測點(diǎn) 并在南北方向挑 選中間點(diǎn) 各距前骨架及后墻兩米位置的兩點(diǎn)作為三 個監(jiān)測點(diǎn) 同理對于溫室 B 的東西方向上監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行 設(shè)定 而在南北方向上則要選取中間點(diǎn) 各距前墻及 后墻兩米位置的兩點(diǎn)作為三個監(jiān)測點(diǎn) 借助精創(chuàng)U盤 式溫度記錄儀數(shù)據(jù)記錄儀RC 5對兩個溫室的氣溫進(jìn) 行檢測 測量范圍為 20 40 精準(zhǔn)度為 0 5 且溫度分辨率是 0 1 測量土溫的步驟為 溫室 A B 均將土層溫度監(jiān)測 點(diǎn)設(shè)置在中間位置 土層深度依次為 10 30 和 60 m 檢測各深度下南北方向土層的溫度 由于溫室東西方 向設(shè)置了相對均勻的換熱管 土層溫度不會出現(xiàn)較 大的改變 所以檢測南北方向的溫度情況更科學(xué) 通 過不銹鋼直角地溫計(jì)來測試溫室土層溫度 測量范圍 為 30 50 精準(zhǔn)度為 1 且分度值為1 4 新型裝配式節(jié)能日光溫室冬季溫控效果分析 1 溫室中氣溫變化狀況 首先 不同監(jiān)測點(diǎn) 在東西方向上的溫度變化狀況 在溫室 A 中 三個監(jiān) 測點(diǎn)的溫度不斷升高 直至下午 13 00 達(dá)到最高 溫 度依次為 32 37 2 及 35 6 并在此之后不斷 降低 其中 距東側(cè)山墻三米位置的監(jiān)測點(diǎn)僅在東側(cè) 山墻受陽光照射較強(qiáng)的時間段內(nèi) 散熱較大 使其同 其他兩個監(jiān)測點(diǎn)存在約 3 溫度差 其余時間段分別 比其他兩個監(jiān)測點(diǎn)低0 2 0 3 這就表示該溫 室在東西走方向上氣溫變化不大 在溫室B中 三個監(jiān)測點(diǎn)至下午13 00之前 溫度不斷升高 之后呈現(xiàn)溫度降低的趨勢 最低點(diǎn)位 于次日早晨6 30左右 依次為5 9 7 6 及5 2 其中 距東側(cè)山墻三米位置的監(jiān)測點(diǎn)因?yàn)闁|側(cè)山墻存 在陰影 所以會低于其他兩個監(jiān)測點(diǎn)的溫度 且氣溫 差約為 2 但是同樣西側(cè)山墻也存在陰影 所以下 午會出現(xiàn)距西側(cè)山墻三米位置的檢測點(diǎn)溫度較低的狀 況 由此導(dǎo)致三個監(jiān)測點(diǎn)的氣溫出現(xiàn)一定浮動 氣溫 差最大值達(dá)到 4 由此表示該溫室在東西方向上的 氣溫分布相對不均勻 對比兩個溫室的東西向氣溫變化情況得知 下午 13 00 前 在東西方向上溫室 A 的平均氣溫明顯比 B 要高 溫差的最高值為 5 2 而在 17 00 將保溫板 蓋上后 A所蓄積熱量能夠長時期保持較高的問題 而 B 則出現(xiàn)溫度快速降低的狀況 導(dǎo)致二者出現(xiàn)較大 的氣溫差 溫差最大值達(dá)到 6 4 分布在次日 1 30 54 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù) Standard Technology 到4 00之間 這時溫室外的氣溫是 20 表示 溫室 A 能夠在白天蓄積熱量并于晚上釋放熱量 所以可 以保持一定的室內(nèi)氣溫 這就避免了作物的凍害問題 其次 不同監(jiān)測點(diǎn)在南北方向上的溫度變化狀況 在采光板采熱 太陽能輻射的作用下 溫室A在日間 10 00到14 00時間段內(nèi) 中間位置監(jiān)測點(diǎn)的氣溫要 比各距前骨架 后墻兩米位置的兩個監(jiān)測點(diǎn)的溫度 低 最高的溫差值為 2 其他時間的溫差基本約 為0 2 表示該溫室在南北方向上氣溫呈均勻分布 太陽能是溫室 B 的主要能量來源 因此在 10 30 到15 30的時間段內(nèi) 距后墻兩米的監(jiān)測點(diǎn)溫度最高 其次為距后墻兩米的監(jiān)測點(diǎn) 中間位置的監(jiān)測點(diǎn) 溫 差的最大數(shù)值為 5 而在之后三個監(jiān)測點(diǎn)的溫度會 不斷下降 但在后墻散熱作用下 三個監(jiān)測點(diǎn)的溫度 差值會逐漸增大 在次日1 30到4 30達(dá)到5 的 最大差值 表示該溫室在南北方向上夜間氣溫呈不均 勻分布的狀態(tài) 對比兩個溫室的南北向氣溫變化情況得知 溫室 A B 在 10 00 到 13 00 存在顯著的氣溫差 差值約 為5 6 在分別將保溫板 保溫被蓋上之后 二者 也存在較大的氣溫差 差值約為6 1 尤其在夜間 氣溫變化方面 溫室A可以始終保持在11 5 左右 的氣溫 但是溫室 B則僅達(dá)到 6 6 的氣溫 表示前 者的蓄熱保溫性能明顯較優(yōu) 2 溫室中土溫變化狀況 首先 在相同位置 各土層深度下的土溫變化方面 針對兩個溫室 可以 分別觀察各自在各土層深度下的土溫變化狀況 其中 對于溫室 A 而言 土層溫度具有晝高夜低的特點(diǎn) 在 土層加深的過程中 土溫會不斷下降 各土層下的 溫度改變趨勢存在明顯的不同 受太陽照射影響的 10 cm 深度的土層 在日間 14 00 時溫度最高 之 后會持續(xù)下降 出現(xiàn)很大的變動 30 cm 深度的土層 受熱量傳遞時間延后的影響 溫度則具有夜晚不斷升 高而晝間持續(xù)下降的特點(diǎn) 能夠在夜晚達(dá)到約12 左右的土層 滿足了作物生長要求 60 cm 深度的土 層在水循環(huán)系統(tǒng)和空氣 地中熱蓄放熱交換系統(tǒng)的 作用下 能夠借助風(fēng)機(jī)向地下0 5 m的熱交換管傳輸 熱空氣 實(shí)現(xiàn)日間熱能儲蓄 使土溫高于日間 而對 于溫室 B 而言 10 cm 深度的土溫晝高夜低 30 cm 及 60 cm 深度的土層因?yàn)闊崃總鬟f很慢 因此夜晚土 溫較高 最大值為 9 2 8 1 而日間土溫較低 最低值為 6 1 5 9 在相同土層深度下 兩個溫室的土溫變化狀況為 對于 10 cm 深度的土層溫度 二者日間相差不大 且 日間較高而夜晚較低 然而在進(jìn)行保溫之后 溫室B 的土溫下降速度要比A快 對于30 cm深度的土層 溫度 溫室B要低于A 對于60 cm深度的土層溫度 溫室 A 依靠后墻集熱管獲得能量 將搜集的熱能向土 層進(jìn)行傳遞 但是溫室 B 單純通過土層溫度由高到低 進(jìn)行傳遞 必然達(dá)不到溫室 A 的土溫 其次 在差異位置相同土層深度下的土溫變化方 面 因?yàn)樽魑锷L適宜的土層深度是30 cm 在這一 土層深度之下 溫室A在日間14 00時的土溫達(dá)到最 低 三個監(jiān)測點(diǎn)按照南 中 北的順序 土溫依次 是 13 6 12 和 11 3 且夜間最高的土溫值依 次是 14 12 8 和 11 6 土溫差值最大達(dá)到 6 4 土溫差變化無較大波動 因此溫室A在南北方向 的土溫差呈均勻分布 溫室B在日間14 00時 南 中 北三個監(jiān)測點(diǎn)的土溫最小值依次是10 8 10 和 7 在夜晚土溫相對較低 依次是9 9 9 1 和 7 6 土溫差最大值達(dá)到了 7 變化曲線 波動較大 這也就表示溫室B在南北方向上的土溫分 布并不均勻 5 結(jié)語 上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 新型裝配式節(jié)能日光溫室具有良 好的冬季溫控效果 能夠在夜間保持一定的氣溫和土 溫 為作物的生長提供了良好的環(huán)境 新型裝配式節(jié) 能日光溫室選用巖棉彩鋼板為主材料 制作成半圓弧 形坡面 并對溫室東側(cè) 西側(cè)山墻設(shè)計(jì)了圍護(hù)結(jié)構(gòu) 輔以頂部保溫覆蓋板 起到很好的保溫 密封效果 有效避免了雨雪 大風(fēng)天氣帶來的危害 保溫覆蓋板 可以結(jié)合天氣在不同時間段打開或關(guān)上 使溫室東側(cè) 和西側(cè)山墻遮光較弱的弊端得到了彌補(bǔ) 極大地改善 了土地利用效率 但是在實(shí)踐應(yīng)用新型裝配式節(jié)能日 光溫室的過程中 還需要在實(shí)踐中不斷完善 對裝配 工藝和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn) 從而達(dá)到推廣運(yùn)用新 型裝配式節(jié)能日光溫室的目的 作者簡介 吳菲菲 1986 男 籍貫 內(nèi)蒙古自 治區(qū)呼和浩特 學(xué)歷 碩士 職稱 講師 研究方向 機(jī)械設(shè)計(jì) 設(shè)施農(nóng)業(yè) 電氣等 基金項(xiàng)目 內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目北方 寒冷地區(qū)水箱內(nèi)保溫裝配式日光溫室保溫機(jī)理的研究 NJZY21534 參考文獻(xiàn) 1 張?zhí)焱?廖俊發(fā) 孟慶軍 等 黑龍江省友誼農(nóng) 場日光溫室節(jié)能設(shè)計(jì) J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究 2018 01 12 14 2 白義奎 劉文合 柴宇 等 防寒溝對日光溫室橫 向地溫的影響 J 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2014 Z1 595 597 3 王正洪 于錫宏 蔣欣梅 等 日光溫室基礎(chǔ) 保溫圍護(hù)對室內(nèi)地溫及番茄產(chǎn)量的影響 J 中國蔬 菜 2017 05 58 63