第4节 日光温室的设计（三）在线视频

我们接下来讲

日光温室的保温设计

我们前面已经讲了

日光温室的采光设计

采光设计的目的

是要使日光温室

最大限度的获得太阳辐射

保证作物对光的需求

以及温室对热量的需求

太阳辐射能够向温室提供热量

但是我们还需要

将这部分热量保持在温室内

这就需要进行日光温室的保温设计

那么下面我们来看一下

如何进行日光温室的保温设计

所谓的保温设计

就是将热量保持在温室内

阻止热量向外界传递

实际当中

热量不可避免的要向外界传递

达到热量平衡

那么我们就要减少这种热量的传递

首先我们需要了解

日光温室它的散热方式

我们看这两张图

左边是白天日光温室的热量平衡图

右边是夜间的温室热量平衡图

左边这张图

白天太阳辐射进入日光温室

日光温室是一个半封闭的结构

地面 墙体吸收太阳辐射升温以后

向室内放热

导致温室内的气温上升

这也就是所谓的温室效应

在这个过程当中

太阳辐射是唯一的热量来源

地面 墙体吸收热量 积聚热量

同时 室内气温高于室外气温

也会有热量向外传递

我们可以看到

通过围护结构 地面及缝隙向外界散热

夜间没有太阳辐射

地面和墙体白天积聚的热量会散入室内

同时 室内的温度高于室外的温度

室内的热量

就会通过地面前屋面 后屋面

向外面传递

热量传递的方式

主要有对流 辐射 传导

日光温室散热的方式有三种

一种是贯流放热

也就是通过围护结构墙体屋面的散热

第二种

是通过地面向下或向四周传递热量

第三种

是通过围护结构的缝隙传递热量

也就是我们常说的缝隙放热

如果我们尽可能阻止或者减少

这些热量的传递

那么 我们就可以将热量保持在温室内

这也就是保温设计所要做的工作

我们根据温室散热的途径

来考虑日光温室的保温设计

首先 我们看贯流放热

也就是围护结构的散热

围护结构的散热主要通过墙体和屋面

那么我们看一下

墙体和前屋面的保温设计的一些要点

先看一下墙体的结构

墙体

既要有阻止温室内热量向外传递的能力

又要有一定的储存热量的能力

也就是说

墙体既要有保温的能力

又要有蓄热的能力

保温和蓄热是两个概念

用热阻评价温室墙体的保温性能

也就是墙体阻止热量传递的能力

热阻越大 保温能力越强

日光温室内 外温差越大

要求墙体的热阻也就越大

热阻可以用下面这个式子来计算

如果墙体由多层材料所组成

那么每层材料的厚度

除以材料的导热系数

然后将各个层的热阻累加起来

就是这个墙体的热阻

热阻越大的墙体

保温能力越强

材料的导热系数越小

在相同厚度的情况下

材料的热阻大

保温性能好

对于墙体的蓄热性能

采用蓄热系数来表示

蓄热系数是

衡量材料储热能力的重要指标

它取决于材料的

导热系数 比热和表观密度

可以用下式来计算

从这个公式当中我们可以知道

材料的表观密度越大

也就是容重越大 比热大

导热性能越好

其蓄热性能也好

蓄热性能好的材料

一般容重大 导热系数大

而保温材料恰好相反

它的容重小 材质轻 导热系数小

所以蓄热材料和保温材料

是两种热工性能完全不同的材料

温室的墙体既要有保温的功能

又要有蓄热的功能

所以 一种材料很难达到这种要求

我们多采用两种以上的材料建造墙体

也就是复合墙体

这两种材料

一种是保温材料

一种是蓄热材料

那如何放置这两种材料呢

是保温材料放置在墙体的内侧

还是蓄热材料放置在墙体的内侧

我们看这张图

白天墙体的内侧可以吸收太阳辐射

把热量储存在这个材料当中

然后 夜间把所储存的热量

释放到温室当中去

所以 日光温室墙体的内侧

要采用蓄热材料

墙体的外侧材料

要阻止冷空气的进入

同时 也要阻止室内的热量向外散失

所以墙体的外侧

采用保温性能好的材料

这样对于复合墙体的构成是

蓄热材料放到墙体的内侧

保温材料放到墙体的外侧

我们看这张表

这张表中列出了

日光温室常用材料的一些热工性能

砂浆粘土砌体砖

我们看它的容重在1700~1800

它的导热系数在0.76~0.81

蓄热系数在10左右

这是一个很好的蓄热材料

我们再看一个保温材料

聚苯乙烯泡沫塑料

它的密度只有15~40

它的导热系数为0.04

而它的蓄热系数也在0.26~0.43

我们可以看到

蓄热材料和保温材料

在密度 导热系数和蓄热系数上

是截然不同的

所以在墙体当中

我们既要选择蓄热材料

又要选择保温材料

两种材料放置的位置是

蓄热材料在墙体的内侧

保温材料在墙体的外侧

我们看这张照片

这是我们在建造日光温室时

拍摄到的照片

砖是蓄热材料

白色的那个材料是聚苯乙烯板

它是一个很好的保温材料

我们看到的墙体构造是

聚苯乙烯板夹在了两个砖墙之间

只有一半的砖墙有蓄热的能力

在聚苯乙烯板外侧的砖墙

因为聚苯板的隔热而蓄不到热量

这种构造是不合理的

按照我们刚才说的原则

这个聚苯板应放置在砖墙的外侧

我们以前建造日光温室

墙体多采用这种构造

这是由于当时的施工技术的问题

那么 现在采用外保温施工技术

已经很成熟

我们就应该采用外保温的形式

而不能将聚苯板放置在墙体的中间

破坏蓄热层的蓄热功能

这张图片

就是我们现在设计日光温室时

外墙所采用的结构

我们看到聚苯板放置到墙体的外侧

一直深入到基础

这张图片是我们拍摄到的施工现场

我们看到蓄热墙体是采用碎石结构

然后在碎石结构的外侧有一层网

准备安装保温材料

也就是我们左侧看到的设计图

在墙体的外侧有一层保温层

下面 我们看前屋面的保温设计

白天 日光温室的前屋面

是采光和获取热源的主要途径

但在夜间

前屋面也是温室的主要散热面

占温室总热量的70~80%

所以阻止或减少前屋面的热量散失

对提高日光温室夜间的温度

有十分重要的作用

前屋面保温一般采用外覆盖

也就是在前屋面上

覆盖一层保温性能良好的

草苫 纸被或者轻型保温被等材料

草苫是比较传统的覆盖物

是由芦苇 蒲草等材料编织而成的

其本身导热系数小 材料疏松

孔隙中有许多静止的空气

保温性能良好

但草苫等传统的保温覆盖材料较为笨重

材料易污染而且损坏薄膜

而且不防水

近些年来

研究出了一些新型的保温材料

这些材料轻便 洁净 防水

而且保温性能不低于草苫

这些保温被

一般有三层或更多层材料组成

内 外层由防水布组成

中间保温主体

主要由再生棉 发泡塑料 晴纶棉等

保温材料组成

有的保温被

还有一层增强保温性能的材料

如铝反射膜

能减少红外辐射散热

增加保温性能

我们将几种新型保温被

与草帘的保温性能进行测试

结果进行对比

如表所示

保温被和单层草帘的保温性能相当

传热系数都在1.5左右

但是如果使用双重草帘的话

它的传热系数更小

保温性能更好

前屋面外保温材料的保温性能

由传热系数来衡量

传热系数越小 保温性能越好

我们根据当地的夜间最低气温

来推荐草帘或保温被的传热系数值

如下表所示

当室外气温在负5度左右时

建议使用的前屋面保温材料的传热系数

要小于2.0瓦每平方米每摄氏度

接下来我们看

减少缝隙放热的途径和措施

冬季日光温室的室内外温差很大

即使很小的缝隙

在大温差下也会形成强烈的对流换热

导致大量散热

特别是靠近门的一侧

管理人员出入开闭过程中

不能避免冷风渗入室内

应设置缓冲间

也就是我们常说的操作间

日光温室墙体

后屋面建造都要无缝隙

后屋面和后墙交界处

前屋面薄膜和后屋面及端墙的交接处

都应注意不留缝隙

前屋面薄膜接缝处 后墙的通风口

在冬季严寒的季节时

都应注意封闭严密

最后一个温室的散热途径是地中传热

那么我们看一下

如何进行地面的保温

首先 温室地面可以进行适当的下沉

但是地面下沉多少合适呢

地面下沉会在南墙底角形成一个阴影带

随着下沉的深度越大

阴影区域也会越大

这张表列出了不同的地理纬度

冬至日10:00和12:00时

太阳的高度角 方位角

以及下沉一米所产生的阴影长度

我们可以举一个例子

北京地区的地级纬度是39.95度

10:00时的太阳高度角是20.7度

下沉一米所产生的阴影是2.65米

12:00时太阳高度角是26.6度

所产生的阴影为两米

我们看这个图片

这是一个下沉的日光温室

下沉的深度在一米以上

在温室的前部就会产生很大的阴影区

但是有时候我们将温室前部作为走道

而不进行作物生产

减少下沉产生阴影所带来的影响

这样也是可以的

如果不将温室的前部作为走道

一般下沉的深度不超过0.5米

对于地面保温

我们还采取防寒沟和基础保温两种措施

阻止地面热量向四周传递

防寒沟一般设置在温室南部

宽度40公分

深度大于冻土层厚度

基础保温是指在温室墙体基础外侧

贴5厘米厚的聚苯乙烯板

如图所示

以上内容就是日光温室的保温设计

讲到这儿

第五章的内容就全部讲完了

在这一章里

我们主要讲述了

温室的选址 温室园区规划布局

以及日光温室的采光保温设计

大家要重点掌握

日光温室的采光保温设计

我今天就讲到这儿

谢谢大家