拆装型黄麻纤维后墙温室墙体传热特性研究.pdf

p南 京 农 业 大 学 学 报 ２０１８，４１１１７２－１８０ ｈｔｔｐ//ｎａｕｘｂ.ｎｊａｕ.ｅｄｕ.ｃｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＤＯＩ１０.７６８５/ｊｎａｕ.２０１７０３０４１ ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 收 稿 日 期２０１７－０３－２８ 基 金 项 目 江 苏 省 农 业 三 新 工 程 项 目ＳＸＧＣ[２０１５]３２１，ＳＸＧＣ[２０１６]１７７ 作 者 简 介 何 向 丽， 硕 士 研 究 生。 ∗ 通 信 作 者 王 健， 副 教 授， 博 士， 主 要 从 事 设 施 农 业 工 程 研 究，Ｅ-ｍａｉｌｗａｎｇｊｉａｎ＠ｎｊａｕ.ｅｄｕ.ｃｎ。 何 向 丽， 王 健， 郭 世 荣， 等. 拆 装 型 黄 麻 纤 维 后 墙 温 室 墙 体 传 热 特 性 研 究[Ｊ]. 南 京 农 业 大 学 学 报，２０１８，４１１１７２－１８０. 拆 装 型 黄 麻 纤 维 后 墙 温 室 墙 体 传 热 特 性 研 究 何 向 丽 １ ， 王 健 １∗ ， 郭 世 荣 １ ， 孙 锦 １，２ ， 张 剑 １ ， 倪 梦 伟 １ ， 蓝 盾 １ １. 南 京 农 业 大 学 园 艺 学 院， 江 苏 南 京２１００９５；２. 南 京 农 业 大 学 宿 迁 设 施 园 艺 研 究 院， 江 苏 宿 迁２２３８００ 摘 要[ 目 的] 为 实 现 日 光 温 室 的 全 年 型 生 产， 设 计 了 拆 装 式 黄 麻 纤 维 后 墙 温 室， 以 探 讨 黄 麻 纤 维 材 料 作 为 温 室 拆 装 墙 体 的 可 行 性。 [ 方 法] 以 拆 装 式 黄 麻 纤 维 后 墙 温 室 为 试 验 温 室， 以 当 地 传 统 黏 土 砖 后 墙 日 光 温 室 为 对 照， 对 温 室 墙 体 的 热 工 性 能、 传 热 特 性 以 及 室 内 热 环 境 进 行 了 试 验 研 究。 [ 结 果] 冬 季 温 室 内 部 气 温 保 持 在４℃ 以 上， 黄 麻 墙 结 构 保 温 效 果 良 好； 夏 季 黄 麻 墙 拆 除 后， 室 内 最 高 气 温 在４０℃ 以 下。 温 室 墙 体 内、 外 表 面 温 度 受 太 阳 辐 射 及 室 内、 外 气 温 的 共 同 影 响， 呈 现 与 气 温 相 同 的 日 变 化 规 律。 室 内 气 温、 墙 面 温 度 影 响 墙 内 各 深 度 层 次 的 温 度 分 布， 温 度 的 总 体 变 化 趋 势 是 由 内 表 面 向 外 表 面 沿 厚 度 方 向 递 减。 与 砖 墙 相 比， 黄 麻 墙 蓄 热 性 能 较 低， 但 保 温 隔 热 效 果 较 好， 能 量 利 用 率 较 高。 [ 结 论] 黄 麻 纤 维 材 料 保 温 隔 热 性 能 较 好， 质 量 轻 便 于 安 装 与 拆 卸 且 建 造 与 维 护 成 本 较 低， 因 此 可 作 为 一 种 新 型 温 室 墙 体 材 料。 关 键 词 温 室； 墙 体； 黄 麻 纤 维； 传 热 中 图 分 类 号Ｓ６２５.１ nbsp; nbsp;文 献 标 志 码Ａ nbsp; nbsp;文 章 编 号１０００－２０３０２０１８０１－０１７２－０９ Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｗｉｔｈｒｅｍｏｖａｂｌｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒｂａｃｋｗａｌｌ ＨＥＸｉａｎｇｌｉ １ ，ＷＡＮＧＪｉａｎ １∗ ，ＧＵＯＳｈｉｒｏｎｇ １ ，ＳＵＮＪｉｎ １，２ ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎ １ ，ＮＩＭｅｎｇｗｅｉ １ ，ＬＡＮＤｕｎ １ １.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９５，Ｃｈｉｎａ； ２.ＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｕｑｉａｎＡｃａｄｅｍｙｏｆＰｒｏｔｅｃｔＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｓｕｑｉａｎ２２３８００，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ[Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ]Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｎｎｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ，ａｎｏｖｅｌｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｗｉｔｈｒｅｍｏｖａｂｌｅｊｕｔｅ ｆｉｂｅｒｂａｃｋｗａｌｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｉｍｓｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒｍａｔｅｒｉａｌ ａｓｔｈｅｒｅｍｏｖａｂｌｅｂａｃｋｗａｌｌ.[Ｍｅｔｈｏｄｓ]Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂａｃｋｗａｌｌｓａｎｄｉｎｄｏｏｒｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎ- ｍｅｎｔｏｆｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｗｉｔｈｒｅｍｏｖａｂｌｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒｂａｃｋｗａｌｌａｓｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅａｎｄ ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｌａｙｂｒｉｃｋｂａｃｋｗａｌｌｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅａｓｃｏｎｔｒｏｌ.[Ｒｅｓｕｌｔｓ]Ｉｎｗｉｎｔｅｒ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｓｉｄｅｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｗｅｒｅ ａｂｏｖｅ４℃，ｓｏｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｊｕｔｅｆｉｂｅｒｗａｌｌｗａｓｇｏｏｄ.Ｉｎｓｕｍｍｅｒ，ａｆｔｅｒｔｈｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒｗａｌｌｗｅｒｅｒｅｍｏｖｅｄ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔｉｎｄｏｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｂｅｌｏｗ４０℃.Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｙｅｒｓａｎｄｔｈｅｈｅａｔｆｌｏｗｓｏｆｂａｃｋｗａｌｌｓｕｒｆａｃｅｓｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉ- ｃａｎｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｉｎｄｏｏｒ，ｏｕｔｄｏｏｒａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｏｌａｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，ａｎｄｈａｄｔｈｅｓａｍｅｄｉｕｒｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎａｓｉｎｄｏｏｒａｎｄｏｕｔｄｏｏｒａｉｒｔｅｍ- ｐｅｒａｔｕｒｅｓ.Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｅａｃｈｐｏｉｎｔｉｎｓｉｄｅｔｈｅｗａｌｌｗａｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｉｎｎｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ.Ｏｖｅｒａｌｌ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｃｌｉｎｅｄｆｒｏｍ ｉｎｎｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｏｏｕｔｅｒｓｕｒｆａｃｅａｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎ.Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｌａｙｂｒｉｃｋ，ｊｕｔｅｆｉｂｅｒ′ｓｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｌｏｗ，ｂｕｔ ｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｗａｓｂｅｔｔｅｒ.[Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ]Ｔｈｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒｍａｔｅｒｉａｌｎｏｔｏｎｌｙｈａｓａｇｏｏｄｔｈｅｒｍａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｓｔｈｅｌｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｏｔｈｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒｗａｌｌｉｓｅａｓｙｔｏｉｎｓｔａｌｌａｎｄｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｅ.Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｈｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒｗａｌｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｏｓｔｓａｒｅｌｏｗｅｒ，ａｎｄｏｖｅｒａｌｌｔｈｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓａｎｅｗｔｙｐｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｔｈｅｎｏｖｅｌｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；ｗａｌｌ；ｊｕｔｅｆｉｂｅｒ；ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ 墙 体 作 为 温 室 的 围 护 结 构 之 一， 对 温 室 内 部 的 热 环 境 有 直 接 影 响。 温 室 围 护 结 构 的 保 温 蓄 热 性 能， 一 直 是 研 究 者 关 注 的 热 点 问 题。 温 室 墙 体 材 料 的 选 择 不 仅 影 响 墙 体 的 保 温 蓄 热 性 能， 也 影 响 着 墙 体 结 构 安 全、 生 态 环 境 以 及 建 造 成 本。 在 温 室 设 计 建 造 过 程 中， 应 在 综 合 考 虑 建 造 成 本、 保 温 蓄 热 性 能 和 对 环 境 影 响 程 度 等 因 素 的 基 础 上 对 墙 体 材 料 进 行 选 择 与 应 用 [１] 。 近 些 年 来， 国 内 外 众 多 学 者 围 绕 温 室 墙 体 传 热 特 性 与 性 能 改 良 做 了 大 量 研 究， 主 要 包 括 不 同 材 料、 不 同 结 构 墙 体 的 保 温 蓄 热 性 能 分 析 [２－６] ， 新 型 墙 体 材 料 研 究 与 开 发 [７－１２] 及 墙 体 传 热 特 性 的 模 拟、 实 测 分 析 [１３－１８] 等 几 个 方 面。 这 些 研 究 为 墙 体 材 料 的 创 新 及 墙 体 结 构 的 优 化 奠 定 了 基 础。 对 温 室 而 言， 墙 体 良 好 nbsp;第１ 期 何 向 丽， 等 拆 装 型 黄 麻 纤 维 后 墙 温 室 墙 体 传 热 特 性 研 究 的 保 温 蓄 热 能 力 是 低 温 季 节 温 室 提 高 温 度、 抵 抗 严 寒、 进 行 生 产 的 重 要 保 证。 然 而 到 了 炎 热 的 夏 季， 墙 体 的 存 在 成 为 温 室 通 风 降 温 的 重 要 障 碍。 大 多 数 温 室 到 了 夏 季 因 通 风 效 果 差、 室 内 温 度 过 高 不 得 不 进 行 闲 置， 无 法 进 行 周 年 性 生 产， 土 地 利 用 率 较 低。 麻 是 天 然 纤 维 中 仅 次 于 棉 花 的 第 二 大 类 纤 维， 可 分 为 苎 麻、 亚 麻、 大 麻、 黄 麻、 剑 麻 等， 全 世 界 年 产 量 约 为５００ 万ｔ 左 右， 其 中 黄 麻 约 占 总 产 量 的６０％７０％。 黄 麻 纤 维 复 合 材 料 具 有 隔 热、 吸 音 性 能 好、 能 量 吸 收 能 力 好、 耐 冲 击、 燃 烧 速 率 低、 节 能 环 保、 密 度 低 等 优 点 [１９] 。 但 在 农 业 工 程 领 域， 尤 其 是 将 黄 麻 纤 维 应 用 于 温 室 墙 体 材 料 的 研 究 尚 未 见 相 关 报 道。 为 改 良 传 统 温 室 结 构 和 提 高 温 室 的 利 用 率， 本 研 究 结 合 温 室 后 墙 功 能 及 黏 土 砖 与 黄 麻 材 料 的 使 用 现 状， 以 黄 麻 纤 维 为 原 料， 将 其 加 工 成 板 材， 应 用 于 温 室 后 墙， 设 计 并 建 造 了 拆 装 型 黄 麻 纤 维 后 墙 温 室 以 下 简 称 为 新 型 温 室， 并 对 新 型 温 室 黄 麻 纤 维 后 墙 与 传 统 温 室 黏 土 砖 后 墙 的 热 工 参 数、 建 造 成 本、 传 热 特 性 以 及 温 室 室 内 热 环 境 进 行 了 研 究， 旨 在 为 该 新 型 墙 体 结 构 的 设 计 与 应 用 提 供 理 论 依 据。 １ 材 料 与 方 法 １.１ 试 验 温 室 试 验 温 室 位 于 江 苏 省 宿 迁 市 南 京 农 业 大 学 宿 迁 设 施 园 艺 研 究 院 基 地３４.０３Ｎ，１１８.２８Ｅ。 新 型 温 室 为 试 验 温 室， 传 统 型 日 光 温 室 为 对 照 温 室， 两 温 室 除 墙 体 以 外 结 构 相 同 温 室 坐 北 朝 南， 长 度５０ｍ， 跨 度９.０ｍ， 脊 高３.８ｍ， 后 墙 高２.８ｍ， 后 屋 面 仰 角４５， 前 屋 面 角２５.４， 后 屋 面 水 平 投 影１.０ｍ。 两 温 室 在 前 屋 面 均 设 置 两 处 通 风 口， 宽 度 均 为１.０ｍ， 其 中 前 通 风 口 中 心 位 置 距 地１.０ｍ， 顶 通 风 口 中 心 位 置 距 屋 脊 １.５ｍ。 新 型 温 室 后 墙 材 料 为 黄 麻 纤 维 加 工 成 的 板 材， 传 统 型 日 光 温 室 后 墙 材 料 为 黏 土 砖。 新 型 温 室 后 墙 包 括 上、 下 两 部 分， 上 部 分 为 镀 锌 钢 架 和 黄 麻 板 组 成 的 拆 装 墙 体， 下 部 分 为 黏 土 砖 砌 筑 的 固 定 墙 体， 厚 度 均 为０.５ｍ。 黄 麻 墙 体 结 构 组 成 由 内 而 外 分 别 为８ｃｍ 黄 麻 板＋３４ｃｍ 空 气 层＋８ｃｍ 黄 麻 板＋ 防 虫 网＋０.１５ｍｍ 塑 料 薄 膜， 冬 季 及 早 春 季 节 安 装 黄 麻 墙 体 用 于 温 室 保 温， 夏 季 将 其 拆 除 以 利 于 加 强 温 室 通 风。 构 建 黄 麻 墙 体 的 黄 麻 板 尺 寸 为１.４ｍ１.４ｍ０.０８ｍ， 材 料 平 均 密 度 为６０ｋｇｍ －３ ， 黄 麻 板 表 面 采 用 塑 料 薄 膜 包 裹 密 封 作 为 防 水 层。 拆 装 式 黄 麻 后 墙 日 光 温 室 的 黄 麻 板 拆 除 后， 作 为 后 墙 通 风 口， 宽１.４ｍ。 两 种 温 室 结 构 剖 面 图 如 图１ 所 示， 使 用 现 状 如 图２ 所 示。 图１ 供 试 日 光 温 室 结 构 剖 面 图 Ｆｉｇ.１ Ｓｅｃｔｉｏｎａｌｖｉｅｗｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓ 新 型 温 室 后 墙 材 料 为 黄 麻 纤 维， 对 照 温 室 后 墙 材 料 为 黏 土 砖。 Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｂａｃｋｗａｌｌｉｎｎｅｗｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅａｒｅｊｕｔｅｆｉｂｅｒ.Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｂａｃｋｗａｌｌｉｎｃｏｎｔｒｏｌｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅａｒｅｃｌａｙｂｒｉｃｋ. １.２ 试 验 设 计 １.２.１ 黄 麻 板 与 黏 土 砖 热 工 性 能 计 算 为 了 评 估 温 室 后 墙 材 料 热 性 能， 引 入３ 个 参 数 蓄 热 系 数Ｓ、 热 阻Ｒ、 热 惰 性 指 标Ｄ。 蓄 热 系 数 表 示 材 料 对 热 作 用 反 应 的 敏 感 程 度， 蓄 热 系 数 越 大， 表 面 温 度 波 动 越 小， 抵 抗 温 度 谐 波 的 能 力 越 大， 蓄 热 能 力 越 强。 热 阻 是 反 应 阻 止 热 量 传 递 能 力 的 综 合 参 量。 热 惰 性 指 标 为 表 面 温 度 谐 波 振 幅 与 材 料 的 温 度 谐 波 振 幅 的 比 值， 热 惰 性 指 标 越 大， 表 明 材 料 温 度 波 动 越 小， 温 度 波 衰 减 越 快， 材 料 的 热 稳 定 越 好 [２０] 。 蓄 热 系 数Ｓ 计 算 公 式 如 下 [２１－２２] Ｓ＝ ２πλρＣ/Ｚ １ 式 中Ｓ 为 蓄 热 系 数Ｗｍ －２ ℃ －１ ；λ 为 导 热 系 数Ｗｍ －１ ℃ －１ ；ρ 为 密 度ｋｇｍ －３ ；Ｃ 为 比 热 容Ｊｋｇ －１ ℃ －１ ； Ｚ 为 温 度 波 动 周 期ｓ。 ３ ７ １ 南 京 农 业 大 学 学 报 第４１ 卷 图２ 温 室 内、 外 景 图 Ｆｉｇ.２ Ｔｈｅｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｔｈｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓａ. 新 型 温 室 和 对 照 温 室 外 景 图；ｂ. 对 照 温 室 内 景；ｃ. 新 型 温 室 冬 季 内 景；ｄ. 新 型 温 室 夏 季 内 景；ｅ. 黄 麻 纤 维 板。 ａ.Ｏｕｔｄｏｏｒｖｉｅｗｏｆｎｅｗａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；ｂ.Ｉｎｄｏｏｒｖｉｅｗｏｆｃｏｎｔｒｏｌｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；ｃ.Ｉｎｄｏｏｒｖｉｅｗｏｆｎｅｗｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｉｎｗｉｎｔｅｒ； ｄ.Ｉｎｄｏｏｒｖｉｅｗｏｆｎｅｗｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｉｎｓｕｍｍｅｒ；ｅ.Ｊｕｔｅｆｉｂｅｒｂｏａｒｄｓ. 热 阻Ｒ 计 算 公 式 如 下 Ｒ＝ｄ/λ ２ 式 中Ｒ 为 热 阻ｍ ２ ℃Ｗ －１ ；ｄ 为 材 料 厚 度ｍ。 热 惰 性 指 标Ｄ 计 算 公 式 如 下 Ｄ＝ＲＳ ３ 式 中Ｄ 为 热 惰 性 指 标；Ｒ 为 热 阻ｍ ２ ℃Ｗ －１ ；Ｓ 为 蓄 热 系 数Ｗｍ －２ ℃ －１ 。 图３ 供 试 温 室 室 内 测 定 点 分 布 Ｆｉｇ.３ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｉｎｓｉｄｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ１７ 为 不 同 墙 体 厚 度 温 度 测 定 点；＋ 室 内 温 度 测 定 点， 热 流 量 测 定 点。 １－７ｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｗａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；＋Ｉｎｄｏｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔ；Ｈｅａｔｆｌｕｘｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔ. １.２.２ 温 室 室 内 热 环 境 对 比 试 验 环 境 因 子 测 量 项 目 包 括 室 内 外 空 气 温 度、 墙 体 温 度 以 及 墙 体 表 面 热 流 量。 其 中， 室 内 外 空 气 温 度 监 测 采 用 温 湿 度 记 录 仪ＨＯＢＯ 温 度/ 湿 度 数 据 记 录 仪ＨＯＢＯＵ１０－００３； 测 量 范 围－２０７０℃； 精 度０.２℃， 记 录 间 隔１０ｍｉｎ； 墙 体 温 度 监 测 采 用Ｔ 型 热 电 偶ＯＭＥＧＡ，ＵＳＡ； 墙 体 表 面 热 流 量 监 测 采 用 热 流 量 传 感 器ＨＦＰ０１，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ。 热 电 偶 和 传 感 器 连 接 于 数 字 采 集 仪Ｃａｍｐｂｅｌｌ， ＣＲ３０００，ＵＳＡ， 记 录 间 隔１０ｍｉｎ。 室 内 布 置５ 个 空 气 温 湿 度 测 定 点， 高 度 分 别 为０.８、１.５、２.３ｍ； 两 温 室 后 墙 内 外 表 面 各 布 置１ 个 测 定 点， 监 测 墙 体 内 外 表 面 的 热 流 量 变 化。 两 温 室 后 墙 墙 体 温 度 测 定 点 测 量 深 度 分 别 为０、４、８、２５、４２、４６ 和５０ｃｍ。 墙 体 温 度 测 定 点 和 墙 体 内 外 表 面 热 流 量 测 定 点 高 度 均 为２.１ｍ。 室 外 布 置１ 个 空 气 温 度 测 定 点， 高 度１.５ｍ， 位 于 温 室 正 南 方５.０ｍ。 具 体 测 定 点 布 置 如 图３ 所 示。 ４ ７ １ nbsp;第１ 期 何 向 丽， 等 拆 装 型 黄 麻 纤 维 后 墙 温 室 墙 体 传 热 特 性 研 究 １.３ 测 试 时 间 测 试 时 间 为２０１６ 年７ 月２３ 日８ 月１４ 日 夏 季、２０１６ 年１２ 月２３ 日２０１７ 年１ 月３ 日 冬 季。 在 夏 季 试 验 期 间 温 室 通 风 口 始 终 处 于 打 开 状 态 雨 天 除 外。 取 整 个 试 验 期 间 的 数 据， 对 日 最 高 温 度、 日 平 均 温 度 进 行 分 析。 在 冬 季 试 验 期 间 温 室 保 温 被 早 上９００ 开 启， 下 午１６００ 关 闭。 取２０１６ 年１２ 月２４ 日 ００００２４００ 阴 天 以 及２０１６ 年１２ 月２８ 日００００２４００ 晴 天 为 典 型 日， 对 典 型 日 所 获 取 的 数 据 进 行 分 析。 １.４ 数 据 分 析 处 理 单 位 面 积 墙 体 放 热 量Ｑ 计 算 公 式 Ｑ＝ ∑ [Ｈｔ] ４ 式 中Ｑ 为 单 位 面 积 放 热 量ｋＪｍ －２ ；Ｈ 为 热 通 量 测 量 值Ｗｍ －２ ；ｔ 为 记 录 间 隔 时 间１０ｍｉｎη 计 算 公 式。 单 位 面 积 墙 体 能 量 利 用 率η 计 算 公 式 η＝ Ｑ ｒ Ｑ ｃ ５ 式 中η 为 能 量 利 用 率；Ｑ ｒ 为 单 位 面 积 释 放 的 能 量ｋＪｍ －２ ；Ｑ ｃ 为 单 位 面 积 吸 收 的 能 量ｋＪｍ －２ 。 ２ 结 果 与 分 析 ２.１ 温 室 后 墙 热 工 参 数 计 算 对 比 依 据 计 算 公 式１、２ 和３ 对 墙 体 材 料 的 蓄 热 系 数、 热 阻、 热 惰 性 指 标 进 行 计 算 分 析， 结 果 表１ 显 示， 与 砖 墙 相 比， 黄 麻 墙 由 于 其 密 度 低， 墙 体 相 对 较 薄， 蓄 热 系 数 较 低， 使 得 黄 麻 墙 体 蓄 热 能 力 较 弱， 不 利 于 白 天 墙 体 蓄 积 热 量， 但 是 黄 麻 板 的 热 阻 较 高， 具 有 较 好 的 保 温 隔 热 性 能。 砖 墙 和 黄 麻 墙 的 热 惰 性 指 标 分 别 为４.１４ 和１.１５， 因 而 黄 麻 墙 表 面 温 度 变 化 幅 度 较 大。 总 体 来 说， 砖 墙 的 热 稳 定 性 略 优 于 黄 麻 墙， 而 黄 麻 墙 的 保 温 隔 热 性 能 略 优 于 砖 墙。 表１ 不 同 墙 体 材 料 的 热 工 性 能 Ｔａｂｌｅ１ Ｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｌｌｓ 墙 体 Ｗａｌｌ 厚 度/ｍ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ 导 热 系 数/ Ｗｍ －１ ℃ －１ Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ 比 热 容/ Ｊｋｇ －１ ℃ －１ Ｓｐｅｃｉｆｉｃｈｅａｔ ｃａｐａｃｉｔｙ 密 度ρ/ ｋｇｍ －３ Ｄｅｎｓｉｔｙ 热 阻/ ｍ ２ ℃Ｗ －１ Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 蓄 热 系 数/ Ｗｍ －２ ℃ －１ Ｈｅａｔｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ 热 惰 性 指 标 Ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｅｒｔｉａｉｎｄｅｘ 砖 墙 Ｂｒｉｃｋｗａｌｌ ０.５ １.０２ ８００ １２００ ０.４９ ８.４４ ４.１４ 黄 麻 墙 Ｊｕｔｅｆｉｂｅｒｗａｌｌ ０.１６ ０.１１ １３００ ６０ １.４５ ０.７９ １.１５ ２.２ 两 种 日 光 温 室 室 内 热 环 境 对 比 ２.２.１ 温 室 内 外 空 气 温 度 变 化 由 图４ 可 见 夏 季 黄 麻 墙 体 拆 除 之 后， 在 自 然 通 风 条 件 下， 与 传 统 型 日 光 温 室 对 照 温 室 相 比， 新 型 温 室 室 内 气 温 较 低， 白 天 最 高 气 温 均 保 持 在４０℃ 以 下， 比 室 外 温 度 高２℃ 左 右， 而 对 照 温 室 最 高 气 温 可 达４７.３℃， 新 型 温 室 日 平 均 温 度 比 对 照 温 室 低１.７℃。 试 验 基 地 位 于 苏 北 地 区 属 于 亚 热 带 向 暖 温 带 的 过 渡 区， 传 统 日 光 温 室 在 夏 季 温 室 内 部 热 量 蓄 积 严 重， 最 高 气 温 可 达４０℃ 以 上， 无 法 进 行 正 常 生 产 [２３] 。 而 新 型 温 室 随 着 黄 麻 墙 体 的 拆 除， 温 室 通 风 口 面 积 加 大， 室 内 空 气 流 速 大， 使 温 室 的 通 风 方 式 由 原 来 的 前 通 风 口、 顶 通 风 口 的 联 合 通 风 改 变 为 前 通 风 口、 顶 通 风 口 以 及 后 墙 通 风 口 的 联 合 通 风 方 式， 减 少 了 日 光 温 室 后 墙 热 量 的 聚 集， 通 过 自 然 通 风 排 除 的 热 量 较 多， 温 室 内 部 高 温 得 到 了 有 效 缓 解， 降 温 效 果 明 显， 可 以 将 室 内 温 度 控 制 在４０℃ 以 下， 能 够 满 足 夏 季 栽 培 需 求。 由 图５ 可 知 在 冬 季 测 试 期 间， 试 验 温 室 内 部 空 气 温 度 与 外 界 变 化 趋 势 总 体 相 同， 两 温 室 室 内 温 度 显 著 高 于 室 外 温 度。 白 天， 随 着 室 外 太 阳 辐 射 的 增 强 和 保 温 被 的 开 启， 温 室 内 部 空 气 温 度 逐 渐 升 高； 随 着 太 阳 辐 射 的 减 弱， 室 内 空 气 温 度 开 始 下 降。 由 于 阴 天 太 阳 辐 射 较 低， 两 温 室 室 内 温 度 基 本 无 差 异。 在 晴 天 中 午 和 夜 间， 对 照 温 室 室 内 温 度 较 新 型 温 室 高， 两 者 室 内 的 最 大 温 差 为０.４℃。 试 验 期 间， 温 室 种 植 作 物 为 番 茄， 其 不 耐 低 温， 长 时 间５℃ 下 即 可 出 现 冷 害 现 象， 遇－２－１℃ 霜 冻 即 被 冻 死 [２４] 。 新 型 温 室 室 内 温 度 ５ ７ １ 南 京 农 业 大 学 学 报 第４１ 卷 受 外 界 冷 空 气 的 影 响， 最 低 气 温 出 现 在１２ 月２８ 日， 为４℃， 由 于 低 温 持 续 时 间 较 短 并 没 有 对 作 物 造 成 损 害， 此 时 室 内 温 度 比 室 外 温 度 高８℃ 左 右， 这 显 示 出 该 温 室 虽 然 具 有 一 定 的 保 温 性 能， 但 是 在 夜 间 保 温 方 面 两 种 温 室 都 需 要 进 一 步 改 进 优 化。 图４ 夏 季 两 温 室 内 部 日 平 均 温 度 和 日 最 高 温 度 变 化 Ｆｉｇ.４ Ａｖｅｒａｇｅａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｅｓｔａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｓｉｄｅｔｗｏｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓ ｒｅｃｏｒｄｅｄｏｎａｌｔｅｒｎａｔｅｄａｙｓｉｎｓｕｍｍｅｒ 图５ 冬 季 温 室 内 外 空 气 温 度 变 化 曲 线 Ｆｉｇ.５ Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｏｏｒａｎｄｏｕｔｄｏｏｒａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｗｉｎｔｅｒ 图６ 典 型 天 气 温 室 后 墙 内 外 表 面 温 度 与 室 内 外 气 温 的 变 化 Ｆｉｇ.６ Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｉｎｓｉｄｅ，ｏｕｔｓｉｄｅａｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｉｎｎｅｒ，ｏｕｔｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｂａｃｋｗａｌｌｏｎｔｙｐｉｃａｌｄａｙｓ ２.２.２ 典 型 天 气 温 室 后 墙 内 外 表 面 温 度 变 化 由 图６ 可 以 看 出 在 阴 天１２ 月２４ 日 时， 由 于 全 天 太 阳 辐 射 量 较 低， 温 室 中 各 测 定 点 温 度 变 化 幅 度 较 小， 在 夜 间 黄 麻 墙 内 表 面 温 度 略 低 于 室 内 气 温， 表 明 黄 麻 墙 一 直 处 于 吸 热 状 态， 但 是 砖 墙 内 表 面 温 度 始 终 高 于 室 内 温 度， 说 明 在 夜 间 墙 体 一 直 处 于 放 热 状 态。 在 晴 天 ６ ７ １ nbsp;第１ 期 何 向 丽， 等 拆 装 型 黄 麻 纤 维 后 墙 温 室 墙 体 传 热 特 性 研 究 １２ 月２８ 日， 保 温 被 揭 开 后， 随 着 接 受 太 阳 辐 射 的 增 加， 室 内 外 气 温 及 墙 体 表 面 温 度 均 开 始 上 升。 黄 麻 墙 内 表 面 温 度 增 长 迅 速， 而 砖 墙 内 表 面 温 度 缓 慢 增 加， 两 者 始 终 低 于 室 内 气 温， 说 明 墙 体 不 断 在 吸 热。 在 保 温 被 覆 盖 之 前１６００ 的 时 间 里， 黄 麻 墙 内 外 表 面 温 度 均 高 于 砖 墙 内 外 表 面３℃ 左 右， 保 温 被 覆 盖 以 后， 室 内 以 及 墙 体 内 表 面 温 度 开 始 下 降， 黄 麻 墙 表 面 温 度 降 温 较 快， 砖 墙 表 面 温 度 降 温 缓 慢， 砖 墙 内 外 表 面 温 度 均 高 于 黄 麻 墙 内 外 表 面２℃ 左 右， 且 两 墙 体 内 表 面 温 度 略 高 于 室 内 气 温， 这 表 明 两 墙 体 白 天 蓄 积 的 热 量 在 此 期 间 开 始 缓 慢 放 出。 晴 天 各 墙 体 表 面 温 度 均 在１３００ 左 右 达 到 最 大 值， 其 中 黄 麻 墙 内 表 面 温 度 比 砖 墙 内 表 面 温 度 高５.９℃。 两 墙 体 内 表 面 温 度 在０７００ 左 右 降 到 最 小 值， 砖 墙 温 度 比 黄 麻 墙 温 度 高１℃ 左 右， 此 时 两 温 室 室 内 温 度 均 比 室 外 温 度 高７.８℃ 左 右。 以 上 结 果 表 明 后 墙 内 外 表 面 温 度 主 要 受 太 阳 辐 射 以 及 室 内 外 气 温 的 共 同 影 响， 在 晴 天 夜 间 及 阴 雨 天， 室 内 气 温、 墙 体 内 外 表 面 的 温 差 促 进 墙 体 热 量 的 转 移， 进 而 导 致 温 室 内 部 及 墙 体 热 量 的 损 失。 ２.２.３ 墙 体 温 度 沿 墙 体 厚 度 方 向 的 变 化 分 析 由 图７ 可 知 不 同 墙 体 各 分 层 温 度 在 一 天 中 与 室 内 空 气 温 度 变 化 趋 势 相 同。 晴 天 白 天， 受 太 阳 辐 射 的 影 响， 墙 体 内 表 层 温 度 波 动 较 大。 同 一 时 刻， 沿 墙 的 厚 度 方 向， 随 着 厚 度 的 增 加， 温 度 变 化 的 总 体 趋 势 是 逐 渐 降 低， 说 明 热 传 导 的 方 向 始 终 指 向 墙 体 外 侧。 黄 麻 墙 中， 在 同 一 时 刻９４１ｃｍ 处 测 定 点 温 度 相 同， 这 是 墙 体 内 部 空 气 层 存 在 的 结 果， 在 墙 体 建 造 过 程 中， 适 当 厚 度 的 空 气 层 可 以 在 一 定 程 度 上 起 到 保 温 隔 热 的 作 用， 但 从 结 果 来 看， 黄 麻 墙 中 空 气 层 未 发 挥 保 温 作 用， 这 是 由 于 空 气 层 厚 度 过 大， 内 部 空 气 对 流 较 快。 在 夜 间， 砖 墙 小 于０.１００.２４ｍ 厚 度 的 温 度 略 高 于 内 表 面， 说 明 夜 间 固 定 砖 墙 内 表 层 有 热 量 向 室 内 释 放， 而 其 余 墙 体 部 分 热 传 导 方 向 保 持 不 变。 图７ 晴 天 两 温 室 墙 体 内 部 温 度 分 布 日 变 化 规 律 Ｆｉｇ.７ Ｈｏｕｒｌｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｒｉｃｋｗａｌｌａｎｄｊｕｔｅｆｉｂｅｒｗａｌｌｉｎｓｉｄｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｏｎａｓｕｎｎｙｄａｙ ２.２.４ 墙 体 表 面 热 流 量 分 析 由 图８ 可 知 晴 天 白 天 砖 墙 内 表 面 处 于 吸 热 状 态， 夜 间 处 于 放 热 状 态。 墙 体 放 热 主 要 集 中 在 保 温 被 覆 盖 后 且 在２ｈ 后 达 到 最 大 值。 黄 麻 墙 内 表 面 在０９００１３００ 处 于 吸 热 状 态， 但 是 保 温 被 覆 盖 后 仅 放 热８ｈ， 之 后 均 处 于 吸 热 状 态。 晴 天 墙 体 内 外 表 面 热 流 量 波 动 幅 度 较 大， 而 在 阴 天， 黄 麻 墙 内 外 表 面 在 全 天 时 间 内 热 流 量 变 化 范 围 较 小 且 相 互 间 差 异 不 明 显， 基 本 处 于 吸 热 状 态。 砖 墙 内 外 表 面 在 白 天 吸 热 量 较 少， 保 温 被 覆 盖 后 向 外 界 释 放 的 能 量 较 低。 由 图９ 可 见 黄 麻 墙 和 砖 墙 的 能 量 利 用 率 趋 势 相 同， 在 阴 天 由 于 太 阳 辐 射 量 较 小， 墙 体 基 本 处 于 吸 热 状 态， 所 以 墙 体 的 能 量 利 用 率 较 低， 黄 麻 墙 和 砖 墙 的 能 量 利 用 率 大 约 分 别 为３０％ 和２１％； 在 晴 天 由 于 全 天 太 阳 辐 射 较 强， 墙 体 可 在 白 天 吸 收 并 蓄 积 热 量， 并 于 夜 间 将 热 量 向 室 内 释 放， 使 室 温 保 持 在 较 高 水 平， 因 此 墙 体 的 能 量 利 用 率 较 高， 黄 麻 墙 和 砖 墙 的 能 量 利 用 率 分 别 为８８％ 和６２％。 整 体 来 看， 无 论 阴 天 还 是 晴 天 黄 麻 墙 的 能 量 利 用 率 较 砖 墙 高。 为 了 进 一 步 分 析 典 型 天 气 条 件 下 两 种 墙 体 具 体 的 吸 热 量 和 放 热 量， 对 一 天 内２ 种 墙 体 内 表 面 能 量 的 变 化 进 行 分 析， 结 果 表２ 显 示， 与 砖 墙 相 比， 黄 麻 墙 全 天 吸 收 能 量 较 少， 表 明 黄 麻 墙 的 蓄 热 能 力 较 砖 墙 低， 但 其 能 量 利 用 率 较 高， 进 而 表 明 黄 麻 墙 的 隔 热 能 力 较 砖 墙 高。 ７ ７ １ 南 京 农 业 大 学 学 报 第４１ 卷 图８ 典 型 天 气 墙 体 表 面 热 流 量 变 化 Ｆｉｇ.８ Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｈｅａｔｆｌｕｘｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｗａｌｌｓｕｒｆａｃｅｏｎｔｙｐｉｃａｌｄａｙｓ 图 中 墙 体 表 面 热 流 从 内 表 面 沿 墙 体 传 向 室 外 方 向 为 负 值， 反 之 为 正 值。 Ｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｆｒｏｍｉｎｎｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｏｏｕｔｄｏｏｒｉｓｄｅｆｉｎｅｄａｓｎｅｇａｔｉｖｅｖａｌｕｅ，ａｎｄｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒａｒｙｉｓｐｏｓｉｔｉｖｅ. 图９ 冬 季 两 温 室 墙 体 表 面 能 量 利 用 率 变 化 Ｆｉｇ.９ Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｂｒｉｃｋｗａｌｌａｎｄｊｕｔｅｆｉｂｅｒｗａｌｌｓｕｒｆａｃｅｄｕｒｉｎｇｗｉｎｔｅｒｄａｙｓ 表２ 典 型 天 气００００２４００ 不 同 墙 体 的 内 表 面 热 量 Ｔａｂｌｅ２ Ｈｅａｔｏｆｂａｃｋｗａｌｌｓｄｕｒｉｎｇ００００－２４００ｏｎｔｙｐｉｃａｌｄａｙｓ 天 气 Ｗｅａｔｈｅｒ 日 期 Ｄａｔｅ 墙 体Ｗａｌｌ 吸 热 量/ｋＪｍ －２ Ｈｅａｔｏｆｃｏｌｌｅｃｔ 放 热 量/ｋＪｍ －２ Ｈｅａｔｏｆｒｅｌｅａｓｅ 能 量 利 用 率/％ Ｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ 阴 天 Ｃｌｏｕｄｙｄａｙ １２－２４ 砖 墙Ｂｒｉｃｋｗａｌｌ 黄 麻 墙Ｊｕｔｅｆｉｂｅｒｗａｌｌ －３７２.９ －８６.０ ７２.３ ２０.０ １９.３９ ２３.３ 晴 天Ｓ/p