黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)日光溫室節(jié)能設(shè)計(jì).pdf

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究 農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) 1 1 前言 前言 友誼農(nóng)場(chǎng)位于北緯46°2815至46°58 39。地處嚴(yán)寒地區(qū)，冬季溫度低，適宜于發(fā)展日光 溫室大棚。但是，友誼農(nóng)場(chǎng)目前的日光溫室存在冬 季采光不足、保暖性差、采暖能耗大等現(xiàn)象，冬季不 加溫時(shí)，室內(nèi)平均溫度35，僅能生產(chǎn)葉菜類植 物。為了提高日光溫室的產(chǎn)量，改善保溫性能，則需 要對(duì)日光溫室進(jìn)行改造， 以提高生產(chǎn)效益。 2 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22.11建筑方位 溫室采用坐北朝南，東西延長(zhǎng)的建筑方位，在農(nóng) 作物生長(zhǎng)期間可以接收更多的太陽(yáng)輻射。而友誼農(nóng) 場(chǎng)地處北緯40°以北20低溫地區(qū)，為了延長(zhǎng)溫 室下午的光照時(shí)間，提高夜間的溫室內(nèi)溫度，故選南 偏西5°。 22.22結(jié)構(gòu)型式 采用248弓圓型無(wú)立柱日光溫室 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，前 屋面呈半徑2m圓形，空間大，有利于人工操作或者 高桿作物的種植，并且無(wú)立柱的結(jié)構(gòu)也增大了栽培 所需面積。溫室屋面有效的利用了弓形結(jié)構(gòu)，大大 增強(qiáng)了溫室抗壓抗風(fēng)能力，可以使溫室有效的抵御 雪災(zāi)等極端天氣。 22.33結(jié)構(gòu)尺寸 （1）跨度 日光溫室結(jié)構(gòu)組成的主要參數(shù)為方 位角、跨度、脊高、屋面角、后坡仰角等，這些是決定 日光溫室保溫性能好壞的重要參數(shù) 2 。日光溫室的 跨度是自溫室南部底腳起至北墻內(nèi)側(cè)的寬度。溫室 的跨度一般選擇68m,有利于保證南屋面（前坡)有 黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)日光溫室節(jié)能設(shè)計(jì) 黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)日光溫室節(jié)能設(shè)計(jì) 張?zhí)焱?廖俊發(fā) 孟慶軍 尹嘉成 孫若男 （ 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 163319 ） 【摘 要】 針 對(duì) 目 前 友 誼 農(nóng) 場(chǎng) 日 光 溫 室 冬 季 采 光 不 足 、 保 暖 性 差 、 采 暖 能 耗 大 等 問(wèn) 題 ， 提 出 了 新 型 設(shè) 計(jì) 方 案 ， 內(nèi) 容 包 括 跨 度 、 脊 高 、 屋 面 角 、 后 坡 仰 角 、 防 寒 溝 等 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 的 設(shè) 計(jì) 及 棚 膜 、 保 溫 被、 后墻材料的選擇 ； 并對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及棚膜的熱損失進(jìn)行了計(jì)算 。 【關(guān)鍵詞】 友誼農(nóng)場(chǎng) ； 日光溫室 ； 節(jié)能設(shè)計(jì) EnergySavingDesignofSolarGreenhouseinFriendshipFarmin EnergySavingDesignofSolarGreenhouseinFriendshipFarmin HeilongjiangProvince HeilongjiangProvince ZhangTianwei LiaoJunfa MengQingjun YinJiacheng SunRuonan (HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity,Daqing 163319) AbstractTherearelightingproblemandpoorwarmthandheatingenergyconsumptioninFriendship farmsolargreenhouse,Sothenewdesignisproposed.Structuresizedesignmainlyincludespanand ridgeheightandroofangleandslopeelevationandcoldtrench.Envelopematerialsarechoosed.The heatlossoftheenvelopeiscalculated. Key words friendshipfarm;solargreenhouse;energysavingdesign * 基金項(xiàng)目 ： 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 2017 年大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 （ 項(xiàng)目編號(hào) ： XC 2017011 ） 。 通訊作者 ： 張大英 （ 1980 - ） ， 女 ， 碩士 ， 主要從事 “ 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程 ” 方面的教學(xué)與科研工作 。 12 12 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究 農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) 極大的采光角度，保證作物生長(zhǎng)有較大的空間，又便 于覆蓋保溫，還便于選擇建筑材料。 （2）脊高 溫室的脊高越低，散熱量越小，但室 內(nèi)空間越小，溫室所獲得的熱量越少；溫室的脊高越 大，則獲得熱量大，但前屋面的傾斜度容易過(guò)大，導(dǎo) 致前屋面的散熱量增加，增加能耗。因此溫室的高 度不能過(guò)高，也不能過(guò)低，一般脊高根據(jù)跨高比1： 2.2進(jìn)行選擇， 計(jì)算結(jié)果為3.54.5m。 （3）屋面角 溫室的屋面角是指塑料薄膜屋面 與地平面的夾角 3 。溫室入射的太陽(yáng)光強(qiáng)度隨著溫 室的屋面角增大而增大；同時(shí)，屋面角越大，溫室的 高度越高，能耗也隨之加大，故屋面角應(yīng)設(shè)置在合理 的范圍內(nèi)。友誼農(nóng)場(chǎng)地處北緯46.19°，北半球冬至 日太陽(yáng)直射點(diǎn)為北緯23°26， 屋面角的計(jì)算如下： （4）后坡 溫室后坡的作用是白天吸收太陽(yáng)輻 射能，晚上把熱量釋放到溫室空間。溫室的后坡仰 角指后坡內(nèi)側(cè)與后墻頂水平線的夾角。后坡仰角越 小，水平投影越大，則溫室后部采光越少；后坡仰角 越大，則溫室的水平投影越短，溫室后部采光越多。 為了讓溫室的后坡內(nèi)得到充足的日照，避免出現(xiàn)過(guò) 度遮陰現(xiàn)象，其后坡仰角一般要求在35°45°范圍 內(nèi)最佳 4 。而影響后坡仰角的主要因素是冬至日的 太陽(yáng)入射角及春分日的太陽(yáng)入射角， 具體計(jì)算如下： 后坡水平投影的長(zhǎng)短也是影響溫室的采光性和 保溫性的因素之一，后坡投影長(zhǎng)，則遮光面積；后坡 的水平投影短，則采光好，但不利于保溫。一般北緯 41°以北地區(qū)后坡水平投影為L(zhǎng)=1.31.5m，本設(shè)計(jì) 選取1.5m。 后坡采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)，由秸稈，草泥，稻殼，高粱殼 等組成。外側(cè)為100mm厚聚苯板，覆蓋層為960型 巖棉夾心板。 圖 圖 1 1 日光溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 日光溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 （5）防寒溝 防寒溝的主要作用是減少土壤熱 量的橫向熱傳導(dǎo)，提高土壤溫度。防寒溝設(shè)置在溫 室的前沿，繞日光溫室一周布置，其寬度為40cm，深 度要大于當(dāng)?shù)貎鐾翆拥暮穸?，友誼農(nóng)場(chǎng)凍土層厚度 為2m，故防寒溝深度取2.2m。防寒溝內(nèi)填充珍珠巖 作為保溫材料，外沿貼100mm厚聚苯板。 3 3 日光溫室材料選擇 日光溫室材料選擇 溫室材料的選擇應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，兼顧滿 足溫室對(duì)其功能性及經(jīng)濟(jì)性的要求。 33.11后墻 后墻采用外保溫復(fù)合墻體 56 ，其結(jié)構(gòu)從內(nèi)至外 為：400mm相變蓄熱材料 7 （石蠟、高密度聚乙烯、和 水泥砂漿混合制成）+480mm輕質(zhì)加氣混凝土砌塊 （尺寸為240mm×240mm×200mm）+120mm聚氨酯 保溫材料。 33.22保溫被 保溫杯面料選取淋膜無(wú)紡布 8 ，主要芯材為噴膠 棉和雜絨的保溫被。其結(jié)構(gòu)組成為淋膜軍用基布+ 化纖棉400g/m 2 +噴膠棉1000g/m 2 +珍珠棉（EPE）+軍 用基布和淋膜無(wú)紡布+雜羊絨890mmg/m 2 +珍珠棉 （EPE）10mm+無(wú)紡布。 33.33棚膜 日光溫室栽培技術(shù)的普遍應(yīng)用使農(nóng)膜發(fā)展迅 速，PO膜是目前農(nóng)膜種類中表現(xiàn)最佳的一款產(chǎn)品。 PO膜是由聚烯烴為主要材料，加入60的茂金屬， 其具有較強(qiáng)的保溫、透光、使用壽命及防靜電處理能 力。所以棚膜材料選取PO膜 9 。 4 4 熱損失計(jì)算 熱損失計(jì)算 44.11外墻、防寒溝及后坡熱損失計(jì)算 根據(jù)外墻、防寒溝及后坡各層導(dǎo)熱系數(shù)(見(jiàn)表 1)，采用穩(wěn)態(tài)多層平壁導(dǎo)熱算法 10 對(duì)日光溫室的外 墻、防寒溝及后坡的導(dǎo)熱量進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)溫室內(nèi)部 溫度15，查得雙鴨山地區(qū)室外計(jì)算溫度為23.2 11 。 13 13 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究 溫室的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：跨度8m；脊高4.5m；長(zhǎng)度 100m。在無(wú)內(nèi)熱源情況下對(duì)外墻和后坡進(jìn)行導(dǎo)熱 量計(jì)算。 計(jì)算可得外墻熱損失為1611.86W；后坡熱損失 為1149W；防寒溝熱阻為4.82w/m·。 44.22棚膜熱損失計(jì)算 將棚膜視為灰體進(jìn)行輻射熱損失計(jì)算。查資料 得PO膜的發(fā)射率 0.20.3取0.25。棚膜為圓拱 形，其面積近似選取為棚膜最高點(diǎn)與棚膜和大地接 觸點(diǎn)連線所在平面為棚膜表面積， 計(jì)算公式如下： 將數(shù)據(jù)代入，計(jì)算可得棚膜輻射熱損失為 7164W。 5 5 總結(jié) 總結(jié) 影響日光溫室生產(chǎn)效益的主要因素有兩個(gè)：其 一是日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失，設(shè)計(jì)中采用外保溫 復(fù)合墻體，其中蓄熱層選用相變蓄熱材料，以增加墻 體的蓄熱能力，墻體聚氨酯外掛，有效降低熱量從圍 護(hù)結(jié)構(gòu)的散失；其二是對(duì)太陽(yáng)光輻射更好的利用，合 理的屋面角、后坡、材料等可提高前屋面的透光率， 增強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)光輻射的利用率， 提高溫室的生產(chǎn)效益。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)： ： 1魏寶發(fā)，魏寶福.248弓圓型無(wú)立柱日光溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)B. 農(nóng)業(yè)裝備， 2016. 2陳超.現(xiàn)代日光溫室建筑熱工設(shè)計(jì)理論與方法M.北京：科 學(xué)出版社， 2017. 3白義奎，周東升， 曹剛等.北方寒區(qū)節(jié)能日光溫室建筑設(shè)計(jì) 理論與方法研究J.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014， 51（6）： 990998. 4中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.日光溫室技術(shù)條件JB/T102862013S. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013. 5石玉， 潘媛媛，張毅等.不同復(fù)合墻體結(jié)構(gòu)對(duì)日光溫室土壤 熱特性的影響J.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017， 37， （9）： 679684. 6李小芳，陳青云.墻體材料及其組合對(duì)日光溫室墻體保溫 性能的影響J.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016， 14（4）： 185189. 7管勇， 陳超，李琢.相變蓄熱墻體對(duì)日光溫室熱環(huán)境的改善 J.農(nóng)業(yè)工程報(bào)， 2012， 28（10）： 194200. 8肖棠， 張海云，吳海峰等.日光溫室新型保溫被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與 保溫性能研究A.2016，44（25）：233237. 9楊文雄，馬成偉.不同覆蓋材料對(duì)日光溫室室內(nèi)光環(huán)境的 影響J.農(nóng)機(jī)化研究，2016（2）： 145148. 10楊世銘， 陶文銓.傳熱學(xué)（第四版）M.北京：高等教育出版 社， 2006. 11陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第2版）M.北京：中國(guó)建 筑工業(yè)出版社，2008. 農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) 材料 導(dǎo)熱系數(shù) （w/m·） 聚氨酯 0.018 苯板 0.04 相變蓄熱墻體 0.4 加氣混凝土砌塊 0.22 土壤 0.83 爐渣 0.29 珍珠巖 0.021 960型巖棉 夾芯板 0.03 表 表 1 1 保溫材料熱工性能參數(shù) 保溫材料熱工性能參數(shù) 14 14