日光温室土墙传热特性及轻简化路径的理论分析

第 32 卷 第 3 期 农 业 工 程 学 报 Vol.32 No.3 2016 年 2 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Feb. 2016 175 日光温室土墙传热特性及轻简化路径的理论分析李 明1,2，周长吉1,2，周 涛3，尹义蕾1,2，富建鲁1,2，王志强4，齐长红5（1. 农业部规划设计研究院设施农业研究所，北京 100125； 2. 农业部农业设施结构工程重点实验室，北京 100125； 3.北京节能环保中心，北京 100029； 4.农业部工程建设服务中心，北京 100081； 5.北京市昌平区农业服务中心，北京 102200） 摘 要 为减小日光温室土墙厚度，该研究在分析土墙温度变化的基础上提出了土墙轻简化路径并进行了理论分析。根据测试分析，土墙可划分为用于储蓄热量的蓄热层和防止热量从蓄热层向室外方向流失的保温层。土墙 86.9的部分为保温层。模拟结果表明使用由 47 cm 厚夯土和 7 cm 厚聚苯板（热阻等于 3.13 m 厚夯土保温层）构成的复合墙在夜间的放热量与 3.6 m 厚土墙相近。使用保温材料替代夯土保温层来减薄土墙在理论上可行。另外，根据模拟，当土壤 20 cm 深处温度提高至 23℃后，土壤供热量可超过测试条件下土壤和土墙放热量总和。为此，土墙在理论上可通过以下 2 条途径实现轻简化1）使用保温材料建造墙体保温层；2）使用土壤蓄热替代墙体蓄热。 关键词温室；土壤；墙；蓄热；轻简化 doi10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.025 中图分类号S625.1 文献标志码A 文章编号1002-68192016 -03-0175-07 李 明，周长吉，周 涛，尹义蕾，富建鲁，王志强，齐长红. 日光温室土墙传热特性及轻简化路径的理论分析[J]. 农业工程学报，2016，323175－181. doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.025 http//www.tcsae.org Li Ming, Zhou Changji, Zhou Tao, Yin Yilei, Fu Jianlu, Wang Zhiqiang, Qi Changhong. Heat transfer process of soil wall in Chinese solar greenhouse and its theoretical simplification s[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE, 2016, 323 175－ 181. in Chinese with English abstract doi 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.025 http//www.tcsae.org 0 引 言日光温室北墙兼具保温和蓄热功能，可在晴天吸收来自太阳辐射和室内热空气的热量，在夜间向室内释放热量[1-4]。根据马承伟等研究，墙体在夜间释放的热量可使日光温室室内气温升高 4～ 8℃[5]。因此，墙体是使日光温室在冬季夜间维持较高室内气温的重要构件。 土墙是当前农村应用最为广泛的日光温室墙体类型之一。进入 21 世纪后，履带机和挖掘机等机械的使用大大加快了土墙的建造效率，进一步推动了土墙的应用范围[6-10]。但夯土导热系数较大，只有较厚土墙才具有较好的保温蓄热性能。陈端生等研究发现 0.5 m厚土墙全天从室内吸收热量，不能在夜间向室内释放热量[11]。但目前关于土墙合理厚度的研究较少，实践中农户盲目增大土墙厚度的现象非常严重，一些土墙底部厚度甚至可达 4.5～ 7 m， 不仅占用了大量的土地，导致日光温室土地利用率低下，还对耕地土壤层有一定的破坏[12-13]。 为确定土墙的合理厚度，马承伟等模拟了北京地区土墙厚度对日光温室室内夜间最低气温的影响，提出北京地区适宜的土墙厚度为 2.0 m，在此基础上进一步增加收稿日期2015-09-15 修订日期2015-12-16 基金项目“十二五”农村领域国家科技计划课题（2014BAD08B020101 ）；863 计划资助课题（2013AA102407-3 ） 作者简介李 明，男，山西长治人，工程师，博士，从事设施园艺工程研究。北京 农业部规划设计研究院设施农业研究所， 100125。 Email 土墙厚度对室内夜间最低气温的提高程度有限[5]。 王晓东等根据墙体低限热阻及墙体造价给出新疆塔城地区适宜的土墙厚度为 2.2～2.5 m[14]。亢树华等提出土墙厚度应达到当地冻土层厚度[15]。此外，彭东玲等发现 3 m 厚土墙在晴天的有效蓄热层为 0.26～0.45 m[16-17]。李明等依据墙体通过温度变化来储蓄和释放热量的原理开发了土墙蓄热层厚度的计算方法[18]。 上述研究为规范土墙建造起到了积极的推动作用，但土墙占地面积大，对耕地土层破坏严重等根本问题仍未得到解决，亟需展开日光温室土墙的轻简化研究，即减薄土墙厚度，减少土墙耗土量，提高施工效率。为此，本研究拟针对土墙的传热过程进行分析，提出日光温室土墙的轻简化方法并对其可行性进行理论分析，从而为减少土墙占地面积和耗土量提供参考。 1 测试方法与参数选择 1.1 试验温室 试验温室位于河北省廊坊市永清县恒都美业现代农业园区（11644 ′E， 3627′N）。该温室坐北朝南，东西长 50 m，南北宽 10 m，脊高 4.3 m，室内地面下沉 1.5 m。温室前屋面为钢筋焊接桁架结构，覆盖材料为厚 0.1 mm 的聚乙烯薄膜。后屋面做法为稻草外覆盖泥土，仰角为 45，水平投影宽度 0.5 ｍ。东西山墙及北墙为机打梯形土墙，顶部和底部的宽度分别为 2.0 和5.3 m。在前屋面顶部距屋脊 1.0 m 设有宽 0.5 m 的通风口，使用放风绳控制通风口的开启和关闭。试验温室结构如图 1a 所示。 农业生物环境与能源工程农业工程学报（http//www.tcsae.org ） 2016 年 176 a. 试验日光温室结构 a. Structure of test solar greenhouse b. 传感器布置方案 b. Layout of measurement sensors 注▲ 为温湿度记录仪；○ 为热电偶；■ 为太阳辐射记录仪 Note ▲ indicates temperature and humidity recorder; ○ indicate thermal couple; ■ indicate solar irradiation recorder. 图 1 试验日光温室结构及传感器布置方案 Fig.1 Structure of experiment solar greenhouse and layout of measurement sensors 测试期间为 2013 年 12 月 1 日－ 2014 年 3 月 1 日，试验温室内种植黄瓜，灌溉方式为膜下漫灌。试验温室保温被揭开和闭合的时间分别为 0830 和 1700。当白天室内温度较高时，拉开前屋面后部的风口进行自然通风。 1.2 测点布置 试验温室中部有一条保温被常年不揭开。为避免该保温被阴影的影响，选择测试温室中部偏东 5 m 处的截面布置测试仪器。试验测点的布置方式如图 1b 所示。土墙内部温度使用 T 型热电偶测量（测量范围− 180～350℃），测量精度为 0.1℃。在距室外地平面 1.4 m 的位置使用钢管从土墙内侧和外侧打孔，该处土墙厚度为3.6 m。按一定间隔在孔道内布置热电偶，中间的孔隙使用土重新回填压实，洞口处使用发泡胶填充。土墙内热电偶测点距土墙内表面的距离为 0、 10、 20、 30、 40、 50、60、 90、 250、 310、 340、 350、 360 cm。土墙内表面所截获的太阳辐射采用垂直布置的太阳辐射记录仪测量（QTS-4 全天候光辐数据自记仪，河北邯郸丛台益盟电子有限公司），测量范围为 0～2 000 W ，测量精度为5 。室内外气温采用温湿度记录仪测量（ HOBO 温度 /湿度数据记录仪 UX100-00， Onset Co. 美国），精度为 0.2℃。土壤温度采用土壤温度记录仪测量，传感器埋深为地下0、 10 和 20 cm。 试验 中所有仪器 记录的间隔 时间为 10 min。选择2013 年 12 月 29 日 0830－ 30 日 0830 为典型晴天， 选择2014 年 01 月 16 日 0830－ 17 日 0830 为典型阴天， 对典型日的数据进行分析。 1.3 墙体内表面温度模拟方法 一维差分法是模拟墙体温度的有效方法。马承伟等、管勇等分别采用该方法模拟了黏土砖 聚苯板 黏土砖复合墙和黏土砖 保温板复合墙的墙体温度，取得了较高的模拟精度[19-20]。为分析由聚苯板和夯土复合而成的墙体（以下简称“复合墙”）在夜间的供热性能，按图 2a对复合墙进行控制节点划分，并采用一维差分法对复合墙内表面温度进行模拟。 a. 复合墙 a. Composite wall b. 土壤 b. Soil 注i ，k ，j 和 n 为墙体控制节点；δxi为节点 i 与 i1 之间的距离，m ； Δxi为节点 i 控制区宽度，m ；s 0，s 1，s 2，s 3 和 s4 为土壤控制节点。 Note i， k， j and n are nodes of wall; δxiis distance between nodes i and i1, m; Δxi is width of control area i, m; s0, s1, s2, s3 and s4 are nodes of soil. 图 2 复合墙与土壤节点划分图 Fig.2 Nodes in composite wall and soil 聚苯板内部控制节点 i 和夯土内部控制节点 k 的非稳态传热差分方程如下 ,,11111 1, , 1, ,1in ini inin ininiiTTcxTTTTxxλλρτδ δ−−−−⋅⋅ ⋅Δ − −Δ，（1 ） ,,12222 1, , 1, ,1kn knk knkn knknkkTTcxTTTTxxλλρτδ δ−−−−⋅⋅ ⋅Δ − −Δ。（2 ） 式中 1 和 2 分别表示聚苯板和夯土； ρ 为密度， kg/m3； c为比热容， J/kg℃ ； λ 为导热系数，W/m ℃ ； Ti,n和Tk,n分别为控制节点 i 和 k 在第 nΔτ 时刻的温度 n0， 1，2， 3，℃； Δτ 为计算步长， s； δxi和 δxk分别为控制节点 i 与 i1，以及控制节点 k 与 k1 之间的距离， m；Δxi[δxi-1/2δxi/2]和 Δxk[δxk-1/2δxk/2]分别为控制节点 i 和 k 的控制区宽度， m。 聚苯板和夯土交界处节点 j 的非稳态传热差分方程如下 1,,111 2 2121, , 1, ,122jjjnjnj n jn j n jnjjxxTTccTT TTxxδ δρρτλλδδ−−−−−⋅ ⋅⋅⋅ Δ− −， （ 3） 第 3 期 李 明等日光温室土墙传热特性及轻简化路径的理论分析 177 复合墙体外表面节点 0 和内表面节点 m 的非稳态传热差分方程如下 0, 0, 111 1 0 1, 0, out out, 0,0 nnnn nnTTcxThTTxλρτδ−−⋅⋅ ⋅Δ − −Δ，（ 4） ,,12221, , in in, ,mn mnmmn mn n mn nmTTcxTThTT Sxρτλαδ−−−⋅⋅ ⋅ΔΔ− −⋅。 （5 ） 式中 Δx0δx0/2；Δ xnδxn-1/2；hin和 hout分别为墙体内表面和外表面的换热系数， W/m2℃ ；Tin和 Tout分别为室内和室外气温，℃；Sn为墙体内表面所截获的太阳辐射照度， W/m2； α 为墙体内侧表面的太阳辐射吸收系数。 在计算时，为消除墙体温度初始值未知造成的影响，本研究使用预演法来解决该问题，即通过循环计算来消除墙体初始状态的影响[20]。另外，由于墙体在阴天日间所储蓄的热量低于其夜间放热量，仅使用阴天的气象数据循环计算墙体内表面温度的时候会出现结果失真的现象。为此，选用在相邻晴天和阴天所收集的数据模拟墙体在阴天的内表面温度。在本研究中，分别使用在 2013 年 12 月 29 日 0830－ 30 日 0830 和 2014 年01 月 14 日 0830－ 17 日 0830 收集的室内外气温和土墙内表面太阳辐射强度模拟复合墙在晴天和阴天的内表面温度。 1.4 土壤表面温度模拟方法 土壤表面温度同样采用一维差分法进行计算。试验温室内 2 排黄瓜之间的土壤较为干燥。另外，测试期间黄瓜密度为 6.7 棵/m2，高度为 1.5～2.0 m 。在作物冠层影响下，地面上太阳光较少。为简化计算，本研究忽略太阳辐射对土壤温度的影响。另外，土壤温度波幅随着深度增加而减少。当土壤深度达到某一深度时，土壤温度可认为不随时间变化。在计算时，可取土壤具有一定温度变化的部分为计算对象，土壤深处界面为恒温面。本研究取地下 0～22.5 cm 土壤为计算对象并按图 2b 划分控制节点。 土壤内部控制节点 s1、 s2 和 s3 的非稳态传热差分方程如下 ,,1221, , 1, ,1 si n si nsis i n si n s i n si nsi siTTcxTT TTxxρτλλδδ−−−−⋅⋅ ⋅ΔΔ− −， （ 6） 式中 Tsi,n为控制节点 si（s 1、s2 和 s3）在第 nΔτ 时刻的温度 n0， 1， 2， 3，℃； δxsi为控制节点 si 与 si1之间的距离， m； Δxsi[δxsi-1/2δxsi/2]为控制节点 si的控制区宽度，m 。 土壤表面控制节点 s0 和靠近恒温界面的控制节点 s4的非稳态传热差分方程如下 0, 0, 122 021, 0, in in, 0,0sn snss nsn nsnsTTcxTT hTTxρτλδ−−⋅⋅ ⋅Δ Δ− −， （7 ） 4, 4, 122 43, 4, 4,34sn snss nsn csnssTTcxTT TTxxρτλλδδ−−⋅⋅ ⋅Δ Δ− −。 （ 8） 式中 Tc为土壤恒温界面温度，℃。 1.5 参数选择 由于试验温室土墙的表面呈浅黄色，土墙内表面的太阳辐射吸收系数 α 按民用建筑热工设计规范（GB50716 － 1993）取 0.5[19]。其他参数的取值如表 1 所示。 表 1 计算模型的参数 Table 1 Parameters of simulation model 参数 Parameters 数值Values夯土密度 Density of rammed earth /kgm-3 2 000[21]夯土比热容 Specific heat capacity of rammed earth/Jkg℃ -1 1 010[21]夯土导热系数 Thermal conductivity coefficient of rammed earth/Wm℃-1 1.50[21]聚苯板密度 Density of polystyrene board /kgm-3 8[22]聚苯板比热容 Specific heat capacity of polystyrene board /Jkg℃-1 1 340[22]聚苯板导热系数 Thermal conductivity coefficient of polystyrene board/Wm℃-10.0327[22]墙体内表面换热系数 Inner surface heat convective transfer coefficient of wall/Wm2℃ -1 8.7[21]墙体外表面换热系数 Exterior surface heat convective transfer coefficient of wall/Wm2℃ -119.0[21]2 结果与分析 2.1 土墙内表面太阳辐射与室外气温 测试期间土墙内表面太阳辐射照度和室外气温变化如图 3 所示。 a. 晴天 a. Sunny day b. 阴天 b. Cloudy day 注晴天为 2013 年 12 月 29 日 0830－30 日 0830；阴天为 2014 年 1 月 16日 0830－ 17 日 0830。下同。 Note Sunny day is from 0830 on Dec. 29, 2013 to 0830 on next day; Cloudy day is from 0830 on Jan. 16, 2014 to 0830 on next day. The same as below. 图 3 晴天和阴天室外气温与土墙内表面太阳辐射 Fig.3 Outdoor air temperature and solar irradiation on inner surface of soil wall in sunny and cloudy day 在晴天（ 2013 年 12 月 29 日－30 日）保温被揭开期间，室外气温先升高后降低，其最高值和最低值分别为11.7 和− 9.6℃，出现在 12 月 29 日 1320 和 0830。在保温被闭合期间，室外气温为 −8.32.6℃，最低值为−12.1℃，出现在 12 月 30 日 0650。晴天土墙内表面所截获的太阳辐射照度最高值出现在 12 月 29 日 1320，为554 W/m2。在阴天（ 2014 年 1 月 16 日－ 17 日）保温被揭开期间，室外气温先升高后降低，其最高值和最低值农业工程学报（http//www.tcsae.org ） 2016 年 178 分别为 10.6 和−3.5℃，出现在 1 月 16 日 1350 和 0830。在保温被闭合期间，室外气温为 −2.71.7 ℃，最低值为−6.8℃，出现在 01 月 16 日 2040。由于室外太阳辐射较弱，且日光温室保温被未完全揭开，该期间土墙内表面所截获的太阳辐射照度最高值仅 42.3 W/m2，出现在 1 月16 日 1320。 2.2 土墙供热情况 在上述气象条件影响下，测试期间室内气温与土墙内表面温度变化如图 4 所示。晴天保温被揭开后，室内气温和土墙内表面温度迅速升高，但室内气温仅在 12 月29 日 1030－ 1350 期间较土墙内表面高 0.3～ 4.3℃。在12 月 29 日 1350－ 1700 期间，室内气温和土墙内表面温度迅速下降，室内气温较土墙内表面温度低 1.3～ 8.3℃。该结果表明土墙在午后即开始向室内释放热量，导致午前储蓄的部分热量提前释放。在保温被闭合期间，土墙内表面温度较室内气温高5.80.7 ℃，表明土墙在夜间持续向室内放热。在此期间，室内最低气温为 10.8℃，室内外温差为21.80.9 ℃。 a. 晴天 a. Sunny day b. 阴天 b. Cloudy day 图 4 晴天和阴天室内气温与土墙内表面温度 Fig.4 Temperatures of indoor air and inner surface of soil wall in sunny and cloudy day 在阴天保温被揭开之后，由于进入室内的太阳辐射较少，室内气温先下降了约 2.0℃，然后逐渐升高至21.1 ℃。从 1420 开始，室内气温不断下降。在 1100～1620 之间，室内气温较土墙内表面温度高 0～6.9 ℃，而在其他时间段，室内气温始终低于土墙内表面温度。在保温被闭合期间，土墙内表面温度较室内气温高2.30.5 ℃。该结果表明土墙可在阴天夜间向室内放热。根据传热学原理，该期间的土墙内表面热流密度较晴天夜间低了 60 （假设墙体内表面换热系数为8.7 W/m2℃ 。在此期间，室内最低气温为 11.3 ℃，室内外温差为14.10.5 ℃，较晴天低了 7.7 ℃。 2.3 土墙内部传热分析 晴天和阴天典型时刻的土墙温度如图 5 所示。在晴天，土墙内表面的温度波动幅度最大，为 20.6℃。外表面温度波幅为 8.8℃。但越往土墙深处，土墙温度波幅逐渐减小。若定义土墙的可蓄热厚度为室内侧土墙温度波幅超过 0.5℃的部分，则测试条件下土墙的蓄热层厚度低于 50 cm。在保温被闭合期间，土墙温度最高点从 0 向30 cm 处移动，表明土墙在夜间向室内放热的墙体范围不超过 30 cm，而且 0～ 50 cm 墙体同时向室内和室外释放热量。该结果与彭东玲等研究结果一致[17]。 a. 晴天 a. Sunny day b. 阴天 b. Cloudy day 图 5 晴天和阴天典型时刻土墙内部温度 Fig.5 Soil wall temperature at typical times in sunny and cloudy day 在阴天，土墙内表面和外表面的温度波幅分别为 3.3和 4.4 ℃ 。在 10～ 60 cm 范围内 ，土墙温度在 15.6～ 17.0 ℃之间变化。在 60～ 340 cm 范围内，土墙温度随土墙深度逐渐下降。在保温被闭合期间，土墙温度最高点稳定在40 cm 处，但 10～ 40 cm 范围内土墙温度之差不超过0.6 ℃。因此，阴天土墙的主要放热区域为 0～10 cm 。 根据上述分析，可发现土墙靠近室内侧部分具有一定的温度波动幅度，可储存来自太阳辐射和室内热空气的热量，是土墙在夜间向室内放热的主要区域。另外，土墙中部温度波幅可忽略，且温度随墙体厚度逐渐下降，说明该部分土墙不能储蓄热量，仅能用于防止蓄热层热量向室外流失。室外侧部分土墙的温度虽然也有一定波动，但其温度较低，其主要作用仍然是防止土墙内部热量流失。 根据上述分析，可将土墙划分为蓄热层和保温层。蓄热层位于室内侧，具有一定的温度波幅，可承担储蓄热量的功能；保温层为土墙除去蓄热层的部分，主要用于防止蓄热层热量向室外方向流失。根据上述蓄热层定义及李明等[19]提出方法，测试条件下土墙在晴天的蓄热层厚度最大，为 47 cm。 2.4 土墙轻简化路径的理论分析 2.4.1 采用保温材料建造土墙保温层的理论分析 由于夯土导热系数较大，需要较厚的保温层才能使土墙具有较好的保温性能。针对试验温室，大部分土墙均为保温层。若保留土墙蓄热层，采用导热系数较小的聚苯板取代夯土建造保温层，构建夯土 -聚苯板复合墙体（以下简称复合墙），则可大大减小保温层厚度，实现土墙的轻简化。在本试验中，由于土墙阴天的蓄热层厚度较小，可使用晴天的土墙蓄热层作为复合墙蓄热层。定第 3 期 李 明等日光温室土墙传热特性及轻简化路径的理论分析 179 义土墙蓄热层为一天内温度波动幅度大于 0.5 ℃的部分，则晴天土墙蓄热层厚度为 47 cm。土墙保温层厚度为313 cm，热阻为 2.1 m2℃ /W，相当于 7 cm 厚的聚苯板。由此确定复合墙结构为 47 cm 夯土7 cm 聚苯板。 为探讨使用保温材料建造土墙保温层对墙体夜间放热量的影响，将测试期间测得的室内外气温和土墙内表面太阳辐射照度代入一维差分模型，对复合墙的内表面温度进行了模拟，并与相同时间实测的土墙内表面温度进行了对比。根据计算结果，模拟的复合墙内表面温度在晴天和阴天夜间分别比实测的土墙内表面温度高0.560.13 ℃和低 0.680.16 ℃，但二者之间的差异均不超过 5（图 6）。该结果表明土墙保温层可采用导热系数更低的聚苯板的替代。由此，土墙挖土量可减少 85，占地面积可减少 89.8。因此，该轻简化方法在理论上可行。考虑到目前还未出现类似构造的墙体，还需进一步研究来检验上述轻简化方法在实践中的可行性。 注复合墙由 47 cm 夯土与 7 cm 聚苯板复合而成。 Note Composite wall was composed with 45 cm thick soil and 7 cm thick polystyrene board. 图 6 晴天和阴天实测土墙内表面温度与模拟复合墙内表面温度 Fig.6 Measured inner surface temperature of soil wall and simulated inner surface temperature of composite wall in sunny and cloudy day 2.4.2 采用土壤蓄热替代墙体蓄热的理论分析 土壤表面在晴天夜间（2013 年 12 月 29 日 1700－ 30日 0830）和阴天夜间（ 2014 年 01 月 16 日 1700－ 17 日0830）的温度分别较室内空气高 3.20.8和 2.70.3℃。表明土壤可在夜间向室内供热。根据测试结果，土壤在晴天和阴天夜间向室内放热的热流密度分别为27.85.4和 22.72.0 W/m2（假设土壤表面对流换热系数为8.7 W/m2℃ ），分别为土墙的 57和 121。但由于土壤面积为土墙内表面面积的 2.3 倍，土壤在晴天和阴天夜间的总放热量分别为 769 和 669 MJ，是土墙的 1.3 和 2.9 倍。 在测试期间，地下 20 cm 处的土壤温度在晴天和阴天分别为 17.20.1和 16.80.1 ℃，其差别可以忽略。因此，土壤在晴天和阴天夜间的放热较为稳定。而土墙则受阴天太阳辐射强度减小的影响，阴天夜间土墙内表面的热流密度较晴天夜间下降了 60。因此，日光温室土壤放热较为稳定，受室内太阳辐射的影响较小。 为研究土壤深层温度对土壤放热的影响，使用一维差分法对晴天和阴天的土壤表面温度进行了模拟，并与实测温度进行了比较（图 7）。在晴天和阴天日间，土壤模拟温度与实测温度之间的最大相对误差均达到了 13。这可能是由于模拟中忽略了地面太阳辐射，导致模拟的日间土壤表面温度较低。在未来的研究中，应尽可能考虑作物冠层透光率对土壤温度模拟的影响，提高模拟精度。但是在晴天与阴天夜间，土壤表面的实测温度与模拟温度之差分别为 0.5 和 0.1℃，相对误差均低于 5。因此，该模型可用于模拟试验条件下土壤深层温度对土壤夜间供热的影响。 图 7 晴天和阴天日光温室地下 20 cm 处温度土温度测试值与模拟值 Fig.7 Measured and simulated soil temperature at 20 cm underground in sunny and cloudy day 测试期间，土壤和土墙在晴天和阴天夜间的放热量之和分别为 1 378 和 897 MJ。若将地下 20 cm 温度提高至 23℃而室内气温不变，土壤在晴天和阴天夜间所释放的热量分别为 1 433 和 1412 MJ，可超过测试条件下土壤和土墙在夜间所释放热量的总和。因此，使用土壤蓄热替代墙体蓄热在理论上可行。在实际中可采用地中热水管[23]或燃池－地中热交换系统[24]来提高地温。当室内地温达到设计要求时，可考虑使用保温材料建造单一保温墙体，进一步减小土墙厚度，提高日光温室土地利用效率[25]。 3 结 论 本文针对土墙的传热特性进行了研究，通过分析土墙不同部分所承担的功能及供热情况，得出以下结论 1）日光温室土墙可根据承担功能的不同划分为蓄热层和保温层，分别承担储蓄热量和防止蓄热层热量向室外流失的功能。根据测试结果，土墙在晴天和阴天的蓄热层厚度分别不超过 0.5 和 0.1 m。 2）土墙夜间供热情况受日间室内太阳辐射影响较大。土墙在阴天夜间的放热量较晴天夜间下降了 60。但是室内土壤放热较为稳定，受日间太阳辐射影响小。 3）根据模拟结果，使用聚苯板替代现有土墙保温层后，墙体在夜间供热量变化不大。另一方面，将土壤地下 20 cm 温度提高到 23 ℃后，土壤在夜间的放热量相当于原先土墙和土壤放热量总合。因此，土墙在理论上可通过以下 2 条路径实现轻简化 1）使用保温材料建造保温层； 2）使用土壤蓄热替代墙体蓄热。 农业工程学报（http//www.tcsae.org ） 2016 年 180 [参 考 文 献] [1] 马承伟，卜云龙，籍秀红，等. 日光温室墙体夜间放热量计算与保温蓄热性评价方法的研究[J]. 上海交通大学学报农业科学版，2008，265411－415. 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