水稻秸秆灰水泥胶结料墙体日光温室模型建立及载热量计算_武靖韬.pdf

水稻秸秆灰水泥胶结料墙体日光温室模型建立 及 载热量计算 武 靖韬 黑龙江八一农垦大学 黑 龙江 大庆 摘 要 每年在我国都存在大量水稻秸秆焚烧导致环境污染的问题 为解决这一难题 旨在充分利用秸秆灰以 实现资源节约和环境保护的目标 考虑经济环保性能的综合判定 以温室墙体保温材料作为主要研究对象 文章 对水稻秸秆灰作为水泥掺料应用在日光温室外墙进行实例计算 建立日光温室热量计算模型 数学模型温度场实 例计算结果表明 在东北地区添加水稻秸秆灰的日光温室载热量优于普通日光温室 关 键词 水稻秸秆灰 日光温室 保温特性 中 图分类号 文 献标识码 文 章编号 引 言 日 光温室的热量来源主要包括五个方面 太阳所提供的辐射热量 室内外温差造成的热传递 来自设备 人群以及照明设备所产生散发的热量 由日光温室内作物光合作用热能散发的热量 温室墙体保温材料的保 温蓄热性能 在上述原因中 考虑经济环保性能的综合判定 以温室墙体保温材料为主要研究对象 每种植 物都有其自身的最低 最适宜及最高生长温度 当室内环境温度低于最低温度或者超过最高生长温度时 植 物的生长将会停止 反 过来 当室内环境温度处于植物最适宜生长的温度时 植物的发育速度将会达到最 快 由于想要保持植物在最佳的生长环境中 需要对日光温室进行升温 温室升温的目标在于 通过合适的 设备使日光温室内部的温度满足植物生长的需求 在此过程中 日光温室的热负荷是一项必须关注的基本 参数 文章主要涵盖了日光温室载热量计算 并对比掺水稻秸秆灰墙体日光温室与普通日光温室载热量 验 证试验与模拟仿真结果 从而为其后的设计选型奠定基础 日光温室的载热量 日光温室的 载热量可以分为以下几个方面 温室外墙结构的失热量与蓄热量 冷风渗透的耗热量 温室 的通风耗热量 温室内部水分蒸发的耗热量 加热由温室外部运输工具和物料的耗热量 以及通过其他途径 的耗热量 温室的 负荷计算与常规建筑有很多共同之处 比如温室外墙体的传热计算和地面的综合传热 系数的计算方法 但在采暖负荷计算方面也有一些不同 在日间温室内的作物主要利用太阳能进行光合作用 植物本身不具备蓄热能力 冬天由于室外温 度较低 温室作为一个密闭空间基本上不进行通风换气 由于日光温室通风系统开启次数较少 冷风 渗透风量可以忽略不计 普通温室的外墙体结构相对单一 本身缺乏蓄热能力 改进日光温室墙体材 料是增加日光温室保温能力的主要手段 因此对水稻秸秆灰水泥胶结料墙体日光温室和普通水泥胶结 料墙体日光温室载热量分别计算 用以验证试验与模拟仿真结果 日光温室的设计载热量 应 按下式 计算 式 中 日光温室载热量 日 光温室外墙体热负荷 门窗冷风渗透热负 荷 日 光温室外墙体的载热量 在日光温室的载热量计算中 将温室外墙体的载热量分为蓄热量与耗热量两部分 蓄热量为日光温室 收 稿日期 作 者简介 武靖韬 男 硕 士 研究方向为日光温室及墙体保温材料 现 代化农业 年 第 期 总第 期 墙体 结构通过吸收太阳辐射能量与外界热传导导热能方式储蓄的能量 耗热量考虑到不同的传热条件日光 温室墙体 屋顶和地面会导致热量的散失 对载热量进行修正 这些传热条件包括温室的朝向 风力 高度差 以及门的情况等会影响温室中热量的散失情况 温室外墙体传热系数 可 按下式计算 式 中 日 光温室内墙面换热系数 日 光温室外墙面换热系数 各 层热阻之和 各 层建筑材料热阻 材 料层的厚度 材 料的导热系数 室内地面的 传热系数会随着距离外墙的远近而变化 但当地面距离外围护结构大约 时 传 递的热 量基本保持不变 温 度一般取 根 据试验地点与时间选择 综合数据得出室外计算温度选择为 日 光温室冷风耗热量 通过关闭门窗 并利用风压和热压的作用 室内外空气交换的过程中 室外空气进入室内后被加 热 然后通过门窗缝隙排出 在这个过程中 冷风会带走室内部分热量 影响这一过程的因素主要包 括建筑物的内外隔断 门窗的构造和朝向 以及室内外的温度和室外风速 门窗冷风渗透耗热量 可 按下式计算 式 中 冷 风渗入量 空 气定压比热容 日光温室室内计算温度 日 光温室室外计算温度 时 饱 和空气密度为 在 计算日光温室的冷风渗透耗热量时 考虑到日光温室具有很好的密闭性 几乎没有空气渗透进入室 内 假设冷风渗透量与温室的体积成正比 可以使用换气次数法进行计算来确定门窗进入室内的冷空气量 门 窗进入房间的冷空气量 按 下式计算 式 中 为温室换气次数 次 为 温室体积 实 例计算 日 光温室物理模型的建立 试验地点在黑龙江省大庆市 地理位置北纬 东 经 温 室选择 节能型 日光温室 温室结构 温室后墙 东西侧墙 温室采光面 拱架 上弦下弦腹杆水平拉结钢筋 前屋面覆盖 聚乙 烯薄膜 日光温室的结构参数如下 温室跨度为 温 室长度为 棚 间距为 顶 高为 后 墙高度 为 日光温室外 墙体结构物理参数如表 所示 表 两种日光温室热工参数 名 称 材料及结构 厚度 导 热系数 蓄 热系数 普通水泥胶结料 普通水泥胶结 料 烧结砖 日 光温室墙体 挤塑聚苯板 普 通胶结料 掺水稻秸秆灰水泥胶结料 水稻秸秆灰水泥胶结 料 烧结砖 日 光温室墙体 挤塑聚苯板 掺 灰胶结料 外 覆盖薄膜 聚乙烯薄膜 地 面 土壤 现 代化农业 年 第 期 总第 期 两 种日光温室载热量计算 由于两种日光温室整体尺寸相同 因此只需计算一种日光温室墙体面积即可 通过计算得出日光温室墙 体面积为 由 上述日光温室不同热工参数及计算公式得出 普通日光温室外墙的载热量 为 掺水稻 秸秆灰水泥胶结料墙体日光温室外墙的载热量 为 日 光温室有三面外墙 分四个 区域 根据设计模型计算 每个区域宽 计 算可以得出地面载热量 为 日光温室换气次数取 每 天通风 次 次 风 量为 根 据上述冷风耗热量计算公式得出 日光温室冷风耗热 量 为 普 通水泥胶结料墙体日光温室整体载热量 水稻 秸秆灰水泥胶结料墙体日光温室整体载热量 两 种日光温室所采用的外覆盖膜为同种材质 故不重复计算考虑 一般的日光温室都设有不直接 通向外界的外门 存在缓冲区间 所以外门附加载热量消耗量可以忽略不计 通过前文所确立的热力 学公式 利用测得数据与实例计算得出 普通日光温室载热量为 掺 水稻秸秆灰墙体日光温 室外墙的载热量为 水稻秸秆灰水泥胶结 料墙体日光温室载热量高于普通水泥胶结料墙体 日光温室 综 上所述掺水稻秸秆灰水泥胶结料墙体日光温室保温性能优于普通水泥胶结料墙体日 光温室 结 论与讨论 该研究的目 标在于构建一种日光温室的物理模型 并对其载热量进行分析 为了实现这一目标参考了 传统采暖热负荷计算方法 并结合实际案例进行优化 通过对日光温室墙体的各项载热量进行分析 建立一 种热损耗计算模型 同时利用这一模型对位于黑龙江省大庆市地区的日光温室的耗热情况进行计算 值得 注意的是 将普通水泥胶结料墙体和水稻秸秆灰水泥胶结料墙体作为比较对象进行研究 通过计算实例发 现水稻秸秆灰水泥胶结料墙体的日光温室载热量比普通水泥胶结料墙体高出 这 一结果表明 水稻秸 秆灰水泥作为日光温室外墙体的饰面抹灰材料 在保温蓄热性能方面优于普通水泥外墙体材料 综上所述 本研究通过建立物理模型和优化计算方法 深入分析了日光温室墙体的载热量 并明确了水稻秸秆灰水泥胶 结料在提高日光温室保温蓄热性能方面的优势 该研究为日光温室建设提供了实用的参考和指导 也为水 稻秸秆灰水泥在建筑材料领域的应用提供了依据 水稻秸秆灰作为水泥的掺合材料 具有经济效益和环境改善的潜力 然而 目前其在建筑领域的应用范 围较小 该研究仅针对北方特有的气候气温进行数值计算 但未来可以使用文章所建立的模型来计算不同 地区的实际案例 从而丰富水稻秸秆灰水泥胶结料在建筑领域的应用数据 文章的实例计算中所使用的水 稻秸秆灰是在实验室中制备的 然而 目前热值生物质发电厂废料中含有大量的水稻秸秆灰 小麦秸秆灰和 玉米秸秆灰等废料 因此 未来可以对电厂废料中的灰进行实验室的日光温室墙体水泥胶结料制备试验 以 探索解决电厂废料产生的秸秆灰可循环利用的方法 并为实际应用提供参考 水稻秸秆灰水泥胶结料在建 筑领域的应用具有潜力 通过进一步研究不同地区的实例和探索废料利用 可以推广该材料的应用范围 从 而实现经济效益和环境改善的目标 参 考文献 盛 军强 热风采暖条件下温室热环境数值分析与研究 杭州 浙江工业大学 王 飞 严寒地区日光温室供暖技术研究 天津 天津商业大学 赵 江龙 严寒地区日光温室室内热环境的研究 哈尔滨 哈尔滨工业大学 过 增元 热流体学 北京 清华大学出版社 现 代化农业 年 第 期 总第 期