水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室模型建立及載熱量計算_武靖韜.pdf

水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室模型建立 及 載熱量計算 武 靖韜 黑龍江八一農(nóng)墾大學 黑 龍江 大慶 摘 要 每年在我國都存在大量水稻秸稈焚燒導致環(huán)境污染的問題 為解決這一難題 旨在充分利用秸稈灰以 實現(xiàn)資源節(jié)約和環(huán)境保護的目標 考慮經(jīng)濟環(huán)保性能的綜合判定 以溫室墻體保溫材料作為主要研究對象 文章 對水稻秸稈灰作為水泥摻料應用在日光溫室外墻進行實例計算 建立日光溫室熱量計算模型 數(shù)學模型溫度場實 例計算結(jié)果表明 在東北地區(qū)添加水稻秸稈灰的日光溫室載熱量優(yōu)于普通日光溫室 關(guān) 鍵詞 水稻秸稈灰 日光溫室 保溫特性 中 圖分類號 文 獻標識碼 文 章編號 引 言 日 光溫室的熱量來源主要包括五個方面 太陽所提供的輻射熱量 室內(nèi)外溫差造成的熱傳遞 來自設(shè)備 人群以及照明設(shè)備所產(chǎn)生散發(fā)的熱量 由日光溫室內(nèi)作物光合作用熱能散發(fā)的熱量 溫室墻體保溫材料的保 溫蓄熱性能 在上述原因中 考慮經(jīng)濟環(huán)保性能的綜合判定 以溫室墻體保溫材料為主要研究對象 每種植 物都有其自身的最低 最適宜及最高生長溫度 當室內(nèi)環(huán)境溫度低于最低溫度或者超過最高生長溫度時 植 物的生長將會停止 反 過來 當室內(nèi)環(huán)境溫度處于植物最適宜生長的溫度時 植物的發(fā)育速度將會達到最 快 由于想要保持植物在最佳的生長環(huán)境中 需要對日光溫室進行升溫 溫室升溫的目標在于 通過合適的 設(shè)備使日光溫室內(nèi)部的溫度滿足植物生長的需求 在此過程中 日光溫室的熱負荷是一項必須關(guān)注的基本 參數(shù) 文章主要涵蓋了日光溫室載熱量計算 并對比摻水稻秸稈灰墻體日光溫室與普通日光溫室載熱量 驗 證試驗與模擬仿真結(jié)果 從而為其后的設(shè)計選型奠定基礎(chǔ) 日光溫室的載熱量 日光溫室的 載熱量可以分為以下幾個方面 溫室外墻結(jié)構(gòu)的失熱量與蓄熱量 冷風滲透的耗熱量 溫室 的通風耗熱量 溫室內(nèi)部水分蒸發(fā)的耗熱量 加熱由溫室外部運輸工具和物料的耗熱量 以及通過其他途徑 的耗熱量 溫室的 負荷計算與常規(guī)建筑有很多共同之處 比如溫室外墻體的傳熱計算和地面的綜合傳熱 系數(shù)的計算方法 但在采暖負荷計算方面也有一些不同 在日間溫室內(nèi)的作物主要利用太陽能進行光合作用 植物本身不具備蓄熱能力 冬天由于室外溫 度較低 溫室作為一個密閉空間基本上不進行通風換氣 由于日光溫室通風系統(tǒng)開啟次數(shù)較少 冷風 滲透風量可以忽略不計 普通溫室的外墻體結(jié)構(gòu)相對單一 本身缺乏蓄熱能力 改進日光溫室墻體材 料是增加日光溫室保溫能力的主要手段 因此對水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室和普通水泥膠結(jié) 料墻體日光溫室載熱量分別計算 用以驗證試驗與模擬仿真結(jié)果 日光溫室的設(shè)計載熱量 應 按下式 計算 式 中 日光溫室載熱量 日 光溫室外墻體熱負荷 門窗冷風滲透熱負 荷 日 光溫室外墻體的載熱量 在日光溫室的載熱量計算中 將溫室外墻體的載熱量分為蓄熱量與耗熱量兩部分 蓄熱量為日光溫室 收 稿日期 作 者簡介 武靖韜 男 碩 士 研究方向為日光溫室及墻體保溫材料 現(xiàn) 代化農(nóng)業(yè) 年 第 期 總第 期 墻體 結(jié)構(gòu)通過吸收太陽輻射能量與外界熱傳導導熱能方式儲蓄的能量 耗熱量考慮到不同的傳熱條件日光 溫室墻體 屋頂和地面會導致熱量的散失 對載熱量進行修正 這些傳熱條件包括溫室的朝向 風力 高度差 以及門的情況等會影響溫室中熱量的散失情況 溫室外墻體傳熱系數(shù) 可 按下式計算 式 中 日 光溫室內(nèi)墻面換熱系數(shù) 日 光溫室外墻面換熱系數(shù) 各 層熱阻之和 各 層建筑材料熱阻 材 料層的厚度 材 料的導熱系數(shù) 室內(nèi)地面的 傳熱系數(shù)會隨著距離外墻的遠近而變化 但當?shù)孛婢嚯x外圍護結(jié)構(gòu)大約 時 傳 遞的熱 量基本保持不變 溫 度一般取 根 據(jù)試驗地點與時間選擇 綜合數(shù)據(jù)得出室外計算溫度選擇為 日 光溫室冷風耗熱量 通過關(guān)閉門窗 并利用風壓和熱壓的作用 室內(nèi)外空氣交換的過程中 室外空氣進入室內(nèi)后被加 熱 然后通過門窗縫隙排出 在這個過程中 冷風會帶走室內(nèi)部分熱量 影響這一過程的因素主要包 括建筑物的內(nèi)外隔斷 門窗的構(gòu)造和朝向 以及室內(nèi)外的溫度和室外風速 門窗冷風滲透耗熱量 可 按下式計算 式 中 冷 風滲入量 空 氣定壓比熱容 日光溫室室內(nèi)計算溫度 日 光溫室室外計算溫度 時 飽 和空氣密度為 在 計算日光溫室的冷風滲透耗熱量時 考慮到日光溫室具有很好的密閉性 幾乎沒有空氣滲透進入室 內(nèi) 假設(shè)冷風滲透量與溫室的體積成正比 可以使用換氣次數(shù)法進行計算來確定門窗進入室內(nèi)的冷空氣量 門 窗進入房間的冷空氣量 按 下式計算 式 中 為溫室換氣次數(shù) 次 為 溫室體積 實 例計算 日 光溫室物理模型的建立 試驗地點在黑龍江省大慶市 地理位置北緯 東 經(jīng) 溫 室選擇 節(jié)能型 日光溫室 溫室結(jié)構(gòu) 溫室后墻 東西側(cè)墻 溫室采光面 拱架 上弦下弦腹桿水平拉結(jié)鋼筋 前屋面覆蓋 聚乙 烯薄膜 日光溫室的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下 溫室跨度為 溫 室長度為 棚 間距為 頂 高為 后 墻高度 為 日光溫室外 墻體結(jié)構(gòu)物理參數(shù)如表 所示 表 兩種日光溫室熱工參數(shù) 名 稱 材料及結(jié)構(gòu) 厚度 導 熱系數(shù) 蓄 熱系數(shù) 普通水泥膠結(jié)料 普通水泥膠結(jié) 料 燒結(jié)磚 日 光溫室墻體 擠塑聚苯板 普 通膠結(jié)料 摻水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料 水稻秸稈灰水泥膠結(jié) 料 燒結(jié)磚 日 光溫室墻體 擠塑聚苯板 摻 灰膠結(jié)料 外 覆蓋薄膜 聚乙烯薄膜 地 面 土壤 現(xiàn) 代化農(nóng)業(yè) 年 第 期 總第 期 兩 種日光溫室載熱量計算 由于兩種日光溫室整體尺寸相同 因此只需計算一種日光溫室墻體面積即可 通過計算得出日光溫室墻 體面積為 由 上述日光溫室不同熱工參數(shù)及計算公式得出 普通日光溫室外墻的載熱量 為 摻水稻 秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室外墻的載熱量 為 日 光溫室有三面外墻 分四個 區(qū)域 根據(jù)設(shè)計模型計算 每個區(qū)域?qū)?計 算可以得出地面載熱量 為 日光溫室換氣次數(shù)取 每 天通風 次 次 風 量為 根 據(jù)上述冷風耗熱量計算公式得出 日光溫室冷風耗熱 量 為 普 通水泥膠結(jié)料墻體日光溫室整體載熱量 水稻 秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室整體載熱量 兩 種日光溫室所采用的外覆蓋膜為同種材質(zhì) 故不重復計算考慮 一般的日光溫室都設(shè)有不直接 通向外界的外門 存在緩沖區(qū)間 所以外門附加載熱量消耗量可以忽略不計 通過前文所確立的熱力 學公式 利用測得數(shù)據(jù)與實例計算得出 普通日光溫室載熱量為 摻 水稻秸稈灰墻體日光溫 室外墻的載熱量為 水稻秸稈灰水泥膠結(jié) 料墻體日光溫室載熱量高于普通水泥膠結(jié)料墻體 日光溫室 綜 上所述摻水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室保溫性能優(yōu)于普通水泥膠結(jié)料墻體日 光溫室 結(jié) 論與討論 該研究的目 標在于構(gòu)建一種日光溫室的物理模型 并對其載熱量進行分析 為了實現(xiàn)這一目標參考了 傳統(tǒng)采暖熱負荷計算方法 并結(jié)合實際案例進行優(yōu)化 通過對日光溫室墻體的各項載熱量進行分析 建立一 種熱損耗計算模型 同時利用這一模型對位于黑龍江省大慶市地區(qū)的日光溫室的耗熱情況進行計算 值得 注意的是 將普通水泥膠結(jié)料墻體和水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體作為比較對象進行研究 通過計算實例發(fā) 現(xiàn)水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體的日光溫室載熱量比普通水泥膠結(jié)料墻體高出 這 一結(jié)果表明 水稻秸 稈灰水泥作為日光溫室外墻體的飾面抹灰材料 在保溫蓄熱性能方面優(yōu)于普通水泥外墻體材料 綜上所述 本研究通過建立物理模型和優(yōu)化計算方法 深入分析了日光溫室墻體的載熱量 并明確了水稻秸稈灰水泥膠 結(jié)料在提高日光溫室保溫蓄熱性能方面的優(yōu)勢 該研究為日光溫室建設(shè)提供了實用的參考和指導 也為水 稻秸稈灰水泥在建筑材料領(lǐng)域的應用提供了依據(jù) 水稻秸稈灰作為水泥的摻合材料 具有經(jīng)濟效益和環(huán)境改善的潛力 然而 目前其在建筑領(lǐng)域的應用范 圍較小 該研究僅針對北方特有的氣候氣溫進行數(shù)值計算 但未來可以使用文章所建立的模型來計算不同 地區(qū)的實際案例 從而豐富水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料在建筑領(lǐng)域的應用數(shù)據(jù) 文章的實例計算中所使用的水 稻秸稈灰是在實驗室中制備的 然而 目前熱值生物質(zhì)發(fā)電廠廢料中含有大量的水稻秸稈灰 小麥秸稈灰和 玉米秸稈灰等廢料 因此 未來可以對電廠廢料中的灰進行實驗室的日光溫室墻體水泥膠結(jié)料制備試驗 以 探索解決電廠廢料產(chǎn)生的秸稈灰可循環(huán)利用的方法 并為實際應用提供參考 水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料在建 筑領(lǐng)域的應用具有潛力 通過進一步研究不同地區(qū)的實例和探索廢料利用 可以推廣該材料的應用范圍 從 而實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境改善的目標 參 考文獻 盛 軍強 熱風采暖條件下溫室熱環(huán)境數(shù)值分析與研究 杭州 浙江工業(yè)大學 王 飛 嚴寒地區(qū)日光溫室供暖技術(shù)研究 天津 天津商業(yè)大學 趙 江龍 嚴寒地區(qū)日光溫室室內(nèi)熱環(huán)境的研究 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學 過 增元 熱流體學 北京 清華大學出版社 現(xiàn) 代化農(nóng)業(yè) 年 第 期 總第 期