日光溫室不同厚度土墻體蓄放熱特性研究

史宇亮 王秀峰 魏 珉,3 李天華 王少杰

(1.青島農業大學園藝學院， 青島 266109； 2.山東農業大學園藝科學與工程學院， 泰安 271018；3.農業部黃淮海設施農業工程科學觀測實驗站， 泰安 271018； 4.山東農業大學機械與電子工程學院， 泰安 271018；5.山東農業大學水利與土木工程學院， 泰安 271018)

日光溫室不同厚度土墻體蓄放熱特性研究

史宇亮1王秀峰2魏 珉2,3李天華4王少杰5

(1.青島農業大學園藝學院， 青島 266109； 2.山東農業大學園藝科學與工程學院， 泰安 271018；3.農業部黃淮海設施農業工程科學觀測實驗站， 泰安 271018； 4.山東農業大學機械與電子工程學院， 泰安 271018；5.山東農業大學水利與土木工程學院， 泰安 271018)

為實現土墻日光溫室結構優化及溫室土墻體輕簡化，以泰安市不同厚度土墻日光溫室為研究對象，利用在兩溫室(1號墻體較厚、2號墻體較薄)北墻體的不同高度上布置的溫度傳感器采集的數據，比較分析了在不同天氣狀況條件下兩溫室不同厚度土墻體的蓄放熱特性。結果表明，晴好天氣時，1號溫室土墻體的蓄熱量和放熱量略高于2號溫室，二者差值很小，分別為82.3、45.0 kJ。連陰天時墻體全天放熱，測試3 d的平均放熱量，1號溫室明顯高于2號溫室，厚墻體與薄墻體的放熱量有明顯差異，其二者差值為615.9 kJ，但兩溫室距離墻體內表面0.1 m處的平均氣溫相差僅0.6℃。從距墻體內表面0.6 m以外的墻體溫度相對穩定部分的溫度分析表明，厚墻體溫室(1號溫室)溫度相對穩定層的范圍較薄墻體溫室的大，蓄積熱量也較多，應采取有效的換熱設備或材料，將厚墻體內溫度相對穩定層蓄積的熱量釋放到溫室內部，用于進一步提高溫室氣溫，以充分發揮厚墻體的節能效果。

日光溫室； 土墻體厚度； 蓄放熱特性

引言

土墻日光溫室以其取土方便、施工簡單被中國大部分地區廣泛應用。近年來，國內外學者相繼研究替代日光溫室土質墻體的其他新型墻體材料，WANG等[1]對空心混凝土磚墻溫室熱性能進行仿真分析，結果表明0.6 m厚粘土磚加0.1 m厚聚苯乙烯板的溫室墻體熱性能優于0.6 m厚空心混凝土磚墻體；ZIAPOUR等[2]對溫室后坡采用相變材料收集太陽能裝置的優化，使太陽能裝置集熱效率顯著提高；陳超等[3]對相變材料在溫室中的應用進行了試驗研究，結果表明與普通溫室相比，維持溫室內相同溫度時，耗電節能率約為8%；王宏麗等[4]進行的日光溫室相變蓄熱砌塊墻體試驗研究，也取得了較好的節能效果；王宇欣等[5-6]進行的日光溫室根區熱環境相變調控系統設計與性能試驗，并對溫室蓄熱微膠囊相變材料制備篩選與性能表征進行了研究，該系統能夠實現太陽能量的高效收集和溫室熱環境控制。近年來，為進一步改善日光溫室越冬期間的室內熱環境狀況，與其相關的地源熱泵系統、生物質氣供暖及太陽能輔助供暖系統的研究工作也在開展，如BENLI[7]對采用相變材料作為儲能材料的地源熱泵溫室供暖系統進行了試驗驗證；TIWARI等[8]對生物質氣日光溫室供暖系統進行仿真研究；ZHANG等[9]研制的太陽能燃池熱水土壤供暖系統可使溫室土壤平均溫度提高5～6℃；佟雪姣等[10]對冬季日光溫室太陽能水循環系統試驗結果表明，系統日蓄熱量為159.8 MJ，溫室夜間可提高3～5℃。上述研究均使日光溫室室內熱環境得到了不同程度的改善，但多因初期投資、運行管理成本高或施工技術復雜等因素的影響，并沒有在大面積范圍內得到應用推廣。

目前，我國土墻日光溫室較多，且土墻的厚薄差異較大，甚至有很大一部分為超厚土墻[11]。為實現土墻溫室的輕簡化，日光溫室土墻體的蓄放熱特性及與厚度相關的研究也已成為行業的熱點。彭東玲等[12]認為3 m厚土墻在晴天的有效蓄熱層為0.26～0.45 m；楊建軍等[13]對西北地區日光溫室優化結果建議甘肅白銀地區土墻體以1.3 m為宜；張林華等[14]和何芬等[15]分別對溫室內及溫室地面進行了三維和二維溫度場模擬，并獲得了較好的模擬精度；李明等[16]開發了基于一維差分法蓄熱層計算方法；史宇亮等[17]評價日光溫室土墻的蓄放熱效率約為43%。可以看出，上述研究為特定地區、基于單一棟日光溫室的觀測分析得出的結論，或是基于數學理論的模擬推論，在同一地區對日光溫室不同厚度土墻的蓄放熱特性比較研究還鮮有報道。

本文以在泰安市(東經116°20′～117°59′、北緯35°38′～36°28′)建造的2棟不同土墻厚度的日光溫室為研究對象，采用溫室建造時預埋設溫度傳感器及自動數字信息采集系統獲取數據，研究不同厚度的墻體在不同天氣狀況下的蓄放熱特性及其差異性比較，以期為日光溫室土墻體的厚度設計及輕簡化建造提供理論指導。

1 試驗溫室與測試點設置

1.1 試驗溫室

選取山東省泰安市山東農業大學南校區試驗基地內2棟土墻厚度不同的日光溫室作為試驗對象，溫室均為下挖式，下挖深度為0.5 m。1號溫室后墻底寬6.0 m，墻體頂寬2.0 m；2號溫室后墻底寬3.0 m，墻體頂寬1.3 m。溫室長度均為50.0 m。試驗溫室北墻厚度及剖面分層結構如圖1所示。

圖1 2個試驗溫室北墻剖面圖(注：·表示溫度測點)Fig.1 Sectional views of two experiment greenhouse

1.2 測試點設置

為更準確地了解后墻不同高度墻體的蓄放熱特性，1號和2號溫室的北墻體設計時均分為5個測試層(圖1)，每個測試層間距均為0.9 m。墻體建造時，在每個測試層水平方向由室內墻體表面開始(為第一個測點，墻體表面溫度的測點被埋置墻體表面下，無裸露)向墻體內(朝室外方向)，以0.1 m間距布置各溫度傳感器測試點。由此得到2棟溫室各層的溫度測點數，1號溫室：第1層28個，第2層36個，第3層44個，第4層53個，第5層61個。2號溫室：第1層15個，第2層19個，第3層23個，第4層27個，第5層31個。同時，在每個測試層第1個測點向室內水平方向0.1 m處(離開墻體內表面0.1 m)設1個溫度傳感器測定溫室內空氣溫度。試驗中采用DS18B20型溫度傳感器(北京昆侖中科傳感器封裝技術有限公司)，其溫度測量閾值為-55～125℃，測量精度為±0.5℃；溫度數據采集時間間隔為30 min。太陽輻射采用JTR05型太陽輻射測試儀測量，最大誤差±2%，靈敏度0.2 kW/(m2·mV)，采集時間間隔為10 min。

1.3 溫室管理

1號和2號試驗溫室均種植黃瓜，小高畦地膜覆蓋滴灌栽培。數據采集期間，溫室每天9:00揭開保溫被，16:30放下保溫被。

圖2 晴天和陰天時室外氣溫及太陽輻射照度Fig.2 Outdoor air temperature and solar radiation in sunny and cloudy days

2 結果與分析

該研究的數據采集是以泰安地區一般年份的最冷時節(12月末和1月初)為代表期間，選取2015年12月20日—2016年1月20日期間自動數字采集系統記錄的2棟溫室墻體及室內外溫度參數，從中選取晴天(2015年12月30日—2016年1月2日)和晴天后的陰天(2016年1月4—6日)的數據，分別對1號和2號試驗溫室的蓄放熱特點進行了比較分析。

2.1 室外氣象條件

泰安市2015年12月30日—2016年1月2日為晴天，2016年1月4—6日為陰天，2個時段的室外溫度及太陽輻射照度如圖2所示。可以看出，在連續幾個晴天時，白天的太陽輻射照度較強，氣溫也較高，最高氣溫達到8℃以上；夜間的散熱也較快，氣溫降至-2～-6℃，晝夜間溫差較大。在晴天之后進入陰天時，最初2 d太陽輻射照度急劇減弱，但氣溫下降較慢，晝夜間溫差較小，氣溫在2℃以上；陰的第3天太陽輻射很弱，晝夜間氣溫急劇下降，很快降到-5℃甚至更低。

2.2 晴天不同厚度土墻體蓄放熱特性比較

2.2.1連續晴天溫室氣溫及墻體各測點溫度變化

據前期研究可知，日光溫室土墻體內表面至墻內0.6 m厚的墻體部分為溫室的蓄放熱層，0.7 m以外至御冷層的中間墻體部分為溫室的溫度相對穩定層[17]，本文僅列出各測試層從墻體內表面至墻內0.6 m處各測點的數據及墻體附近(距墻體表面0.1 m處)室內氣溫，如圖3所示，圖中表示的距離為測試點與溫室墻體內表面的距離；溫室氣溫為墻體內側距表面0.1 m處氣溫。

圖3 1號和2號日光溫室土墻各層測點溫度變化(2015年12月30日—2016年1月2日)Fig.3 Temperature distributions of each testing layer in greenhouses No.1 and No.2 from December 30th, 2015 to January 2th, 2016

由圖3可得知，2棟溫室氣溫(離室內墻表面0.1 m處，4個晴天的平均值)，白天(9:00—16:30)各測試層對應的溫室氣溫基本相同，夜間(17:00—8:30)各測試層對應的溫室氣溫有明顯的差異，隨層次的下移溫室墻體附近的氣溫逐漸升高。1號溫室與2號溫室相比較，兩溫室相同的測試層對應的溫室氣溫也有明顯的差異，1號溫室各層對應的溫室氣溫都比2號溫室的高：第1層高0.43℃，第2層高0.64℃，第3層高0.69℃，第4層高0.97℃，第5層高0.78℃，5個測試層平均溫度高0.70℃。

由圖3可以看出，在觀測期間，1號(墻體較厚)和2號(墻體較薄)溫室從第1到第5個測試層的墻體表面溫度(墻體的第1個測點)和墻體內0.1～0.6 m處測點溫度均隨溫室氣溫變化呈周期性的變化，隨著測點向墻體內延伸(即：墻體表面→0.1 m→0.2 m…)，各測點的最高最低溫差(波動幅值)逐漸減小；從相對應的各層來看，隨墻體層次的下移，1號溫室各測點的溫差變小速率比2號溫室快，即1號溫室各測點的溫度隨時間的變化比2號溫室更趨于平穩，且相對應各層測點的溫度1號溫室比2號溫室明顯增高，表明1號(厚墻體)和2號(薄墻體)溫室的蓄放熱層厚度基本相同，但1號溫室蓄放熱層溫度幅值衰減較2號溫室快。

為更好分析墻體內溫度分布特性，均選取1號和2號溫室第5測試層(1號和2號溫室均為墻體最厚部位。因溫度測點均表現在圖中，圖形較亂，選取每隔0.3 m的測點作圖)0.7、1.0、1.3、1.6 m、1.9、2.2 m處測點作圖，其溫度分布如圖4所示，圖4a中線較密集，為表示清楚，選中一部分圖進行放大(圖中矩形框)，放大部分顯示在圖形下方。

圖4 1號和2號日光溫室第5測試層墻體內0.7～2.2 m處溫度變化(2015年12月30日—2016年1月2日)Fig.4 Temperature variance of testing point in 0.7～2.2 m for fifth layer of greenhouses No.1 and No.2 from December 30th, 2015 to January 2th, 2016

根據圖4數據得1號和2號溫室第5測試層各測試點的溫度平均值如表1所示。

表1 第5測試層墻體內0.7～2.2 m處測點溫度平均值Tab.1 Temperature average of the fifthlayer in 0.7～2.2 m ℃

由圖4和表1中可看出，1號溫室(墻厚度6 m)0.7～1.9 m處測點溫度逐漸升高，2.2 m處測點溫度開始下降。而2號溫室(墻厚度3 m)在1.0 m處測點溫度已經開始下降。因此，在御冷層厚度相同的情況下，1號溫室比2號溫室墻體溫度相對穩定層(溫度相對穩定層=墻體厚度-蓄放熱層厚度-御冷層厚度)厚度增加較大，蓄積熱量也較多，但因溫室土墻體自然導熱特性決定了溫度相對穩定層內蓄積的熱量很難在短時間內釋放到溫室內部。

2.2.2晴天墻體蓄放熱特性分析

溫室墻體日間吸收的太陽輻射能量使其墻體內能增加，增加的內能即為墻體蓄熱量qxr，其可以通過監測墻體內溫度變化計算得到。參照文獻[17]，本文將0.6 m厚的墻體離散成12塊，每塊墻體的厚度為0.05 m。同時，通過0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 m處試驗測得的墻體溫度，利用一維非穩態導熱體內各內節點溫度數值解法，計算出0.05、0.15、0.25、0.35、0.45、0.55 m處(圖5中▲)的溫度，其一維非穩態導熱體內各內節點溫度數值方程為[18]

(1)

式中a——熱擴散率，m2/s

λ——墻體導熱系數，W/(m·K)

ρ——土墻體密度，kg/m3

c——土墻比熱容，J/(kg·K)

tn——某時刻的溫度，℃

Δτ——時間間隔，min

Δx——每塊墻體的厚度，m

圖5 墻體內節點分布Fig.5 Distribution of nodes in wall

每一塊墻體根據數值解法可以看作沿墻體厚度方向的一維穩態導熱，蓄熱量可表示為

(2)

(3)

式(3)代入式(2)整理得

(4)

離散后的12塊墻體蓄熱量計算式為

(5)

式中qk——每塊墻體的蓄熱量，J

V——墻體體積，m3

t——墻體內各層溫度，℃

j——墻體內部每一個溫度節點各時刻的溫度采集時間順序(一般在晴天，j=1，為9:00時的采集值，j=2，為9:30時的采集值，各值間隔30 min，以此類推)

k——離散后的墻體塊數

日光溫室墻體的放熱一般發生在放下保溫被后，觀測期間每天的放熱時段為16:30到翌日9:00。因夜間溫室墻體與溫室薄膜、溫室地面及其他墻體間輻射換熱量可以忽略，其墻體的放熱量僅取決于墻體與溫室空氣的對流換熱量qfr，計算式可以表示為

(6)

其中

hfj=1.86|tqj-tfj|0.33

式中hfj——溫室空氣與墻體表面的對流換熱系數，W/(m2·K)

tqj——墻體表面溫度，℃

tfj——距離墻體表面0.1 m處溫室內空氣溫度，℃

A——墻體表面面積，m2

圖6 晴天1號和2號溫室土墻蓄放熱量對比(2015年12月30日—2016年1月2日)Fig.6 Comparison of heat storage and release in sunny day for greenhouses No.1 and No.2 from December 30th, 2015 to January 2th, 2016

根據圖3中1號和2號溫室各測試層溫度數據(2015年12月30日—2016年1月2日)，利用式(4)～(6)，對日光溫室各測點1 m寬度范圍計算2個溫室各測試層(每個溫室5個測試層)的蓄放熱量，并將4 d的各測試層的蓄放熱量取平均值，即為4 d每個測試層的平均蓄放熱量，1號和2號溫室5個測試層蓄放熱量對比如圖6所示。數值計算用墻體的物理特性參數[19-20]為：墻體密度2 000 kg/m3，導熱系數1.5 W/(m·K)，比熱容1 010 J/(kg·K-1)。

由圖6可看出，1號和2號溫室各測試層蓄放熱分布規律基本一致。在圖6a中，4個連續晴天期間，1 號和2號溫室的各測試層平均蓄熱量，第2層最大，第1、3和4層相差不大，第5層最小。據此分析，第2測試層位于溫室的中上部，無作物和溫室圍護結構遮擋，接受太陽輻射最大；第1測試層比較靠近溫室后屋面，隨太陽高度角變化，存在一定程度的遮擋；另外，由于測試期間溫室種植作物為黃瓜，作物對第3、4、5測試層具有不同程度的遮擋，且第5測試層遮擋最大，導致蓄熱量最小。從圖6b兩溫室的平均放熱量來看，隨著層次數值的增加(層次下移)其放熱量逐漸增加，且1 號溫室各層的放熱量都比2號溫室的大，第5層更明顯。

對比圖6a和圖6b，第2測試層白天蓄積的熱量最多，而夜間向室內放出的熱量卻僅比第1測試層多。據此分析，第1、2測試層位于梯形墻體上部，相對于第3、4、5測試層是熱量向室外散失的主要部位。第5測試層雖白天蓄積的熱量較少，但該層墻體最厚，熱阻最大，夜間向室外耗散的熱量最少，故向室內提供的熱量較多。

將圖6a和圖6b中5個測試層的蓄熱量和放熱量加和后取平均定義為溫室總平均蓄熱量和放熱量，即每個溫室的總平均蓄熱量和放熱量。計算公式可表示為

(7)

Qm——第m層平均蓄熱量/放熱量，J

基于圖6a、6b中各測試層的蓄熱量和放熱量數據，根據式(7)計算得到1號溫室的總平均蓄放熱量分別為1 971.2、808.1 kJ，2號溫室的總平均蓄放熱量分別為1 888.9、763.1 kJ，2個溫室的總平均蓄放熱量數值差異很小。為更好地分析溫室的蓄放熱關系特性，分別對1號和2號溫室的放熱效率(放熱量與蓄熱量的百分比)進行分析，其1號和2號溫室的放熱效率分別為41.0%和40.4%，兩者基本相同。據此分析，因厚薄墻體蓄放熱層厚度相同，晴天時，薄墻體與厚墻體溫室的蓄熱量基本接近，對改善溫室內熱環境的效果基本相同。因此，薄墻體溫室能夠滿足溫室生產需求，從節約土地的角度考慮，較薄墻體更具有優勢。

2.3 陰天墻體放熱特性對比分析

圖7 陰天1號和2號溫室墻體各測試層內表面溫度與其附近(0.1 m處)氣溫的變化(2016年1月4—6日)Fig.7 Temperature comparisons between surface wall and greenhouse air in cloudy day for greenhouses No.1 and No.2 from January 4th-6th, 2016

2016年1月4—6日為連陰天氣，鑒于連陰天氣日光溫室晝間的太陽輻射量很小，墻體蓄熱量甚微，本文僅對連陰天時1號和2號溫室墻體的放熱量特性進行對比分析。溫室墻體的放熱主要由溫室墻體表面與其附近(0.1 m處)空氣之間的溫差產生對流換熱，因此從溫室墻體表面溫度及氣溫的變化即可直觀了解兩溫室墻體放熱的差異。1號和2號溫室墻體表面溫度及氣溫的變化如圖7所示。

由圖7中可以看出，在陰天開始的第1天云層較薄，有少量的散射光，兩溫室墻體附近的氣溫有明顯的升高，墻體表面溫度也稍有升高，此時氣溫高于墻體表面溫度，還未進入墻體的放熱過程；此后兩溫室墻體附近的氣溫和墻體表面溫度則是持續的下降，逐漸變為氣溫低于墻體表面溫度，此時墻體表面開始放熱。在第2天和第3天的晝間仍有一定量的散射光，可以看出2個溫室氣溫的微小變化，墻體表面的溫度變化更小；兩溫室內繼續保持著墻體附近氣溫低于墻體表面溫度的趨勢持續地下降，并且隨著測試層的下移和陰天時間的延長，兩者的溫度差值逐漸變大；陰天第3天墻體附近氣溫下降速度加快，表明墻體放熱量對于溫室散熱量的補充能力在變小。

從表3墻體內表面平均溫度與溫室平均氣溫之間的溫差可以看出，1號和2號溫室從第1測試層至第5測試層的溫差均為逐漸增大，且1號溫室各層的溫差都比2號溫室相對應層高。表明連陰天時，溫室墻體的放熱量由高層至低層是逐漸增加的，且1號溫室墻體放熱好于2號溫室。

表3 陰天墻體內表面平均溫度與溫室平均氣溫之間的溫差Tab.3 Temperature difference between surface wall andgreenhouse air in cloudy day ℃

由圖7可以看出，連陰天時，墻體表面溫度基本都高于溫室氣溫，僅有很少時段低于溫室氣溫，基本為全天放熱。因此僅對連陰天時放熱量進行分析。利用式(6)計算陰天(1月4—6日)1號和2號溫室各測試層墻體的放熱量(墻體表面溫度高于溫室氣溫的時段)，并將3 d的各測試層的放熱量取平均值，即3 d每個測試層的平均放熱量如圖8所示。

圖8 連陰天氣1號和2號溫室土墻各測試層放熱量比較(2016年1月4—6日的均值)Fig.8 Comparison of every testing layer heat release in cloudy day for greenhouses No.1 and No.2 from January 4th-6th, 2016

由圖8可看出，兩溫室各測試層墻體的放熱量從第1層至第5層逐漸升高，平均放熱量分別為1 551.4、935.5 kJ，兩溫室差值為615.9 kJ，1號溫室的放熱量明顯高于2號溫室，表明溫室較厚墻體(1號)的放熱量明顯高于溫室較薄墻體(2號)的放熱量。

將圖7中1號和2號溫室5個測試層的氣溫分別取均值，得到2個溫室的平均溫度如圖9所示。

圖9 陰天1 號和2號溫室平均氣溫對比 (2016年1月4—6日)Fig.9 Air temperature comparison of the greenhouses No.1 and No.2 in cloudy day from January 4th-6th, 2016

由圖9中可以看出，隨著持續的陰天，1號和2號溫室平均氣溫均持續不斷的下降。在1號溫室的放熱量明顯高于2號溫室放熱量(圖8)的情況下，實際上1月4—6日1號溫室平均氣溫(距離墻體內表面0.1 m處)只比2號溫室高0.6℃。本文也對連陰天情況下，1號和2號溫室墻體內溫度相對穩定層溫度進行了監測，測試結果與圖4規律相同，即1號溫室(厚墻體溫室)墻體溫度相對穩定層較厚，蓄積熱量較多。

據厚薄墻體蓄放熱特性分析表明，在晴天情況下，厚薄墻體蓄放熱量值相差很小。在陰天時，厚墻體的放熱量明顯高于薄墻體，但對改善溫室內熱環境效果有限。從土地利用和溫室輕簡化設計角度考慮，薄墻體溫室即可滿足生產需要又能節約土地。從厚薄墻體溫度相對穩定層分析可知，厚墻體內溫度相對穩定層的溫度較高，蓄積熱量較多，如采取有效措施提取這部分熱量用以改善溫室內熱環境，厚墻體將具較好的節能優勢。

3 結論

(1)晴天及陰天時1號(厚墻體溫室)和2號溫室(薄墻體溫室)的5個測試層的放熱量均為從第1層至第5層逐漸升高，兩溫室土墻體各層次的溫度變化趨勢相同。

(2)晴天時，1號和2號溫室各測試層蓄放熱分布規律基本一致，且2個溫室蓄放熱量數值相差很小，墻體第2測試層無遮擋蓄熱量最大。因第1、2測試層位于梯形墻體上部，為墻體向室外散熱的主要部位，其夜間向室內的放熱量僅高于第1測試層，與第3層相近，小于第4、5測試層；陰天時，2個溫室各測試層放熱規律與晴天時相似，梯形墻體從上至下，隨墻體厚度增加，墻體熱阻增大，第1～5測試層向室內放熱量依次增加，且1號厚墻體溫室放熱量明顯高于2號薄墻體溫室。

(3)在晴天時，夜間墻體釋放的熱量翌日晝間即可得到蓄熱補充，溫室墻體的厚薄對于室內平均溫度高低的影響差異不明顯，薄墻體溫室即可滿足溫室生產要求。連陰天時墻體基本上無蓄熱只有放熱，厚墻體溫室放熱量明顯高于薄墻體溫室，距離墻體內表面0.1 m處的平均氣溫僅差0.6℃。但從1號溫室(厚墻體溫室)和2號溫室(薄墻體溫室)墻體內溫度相對穩定層分析表明，厚墻體溫室溫度相對穩定層較厚，蓄積熱量較多，僅依靠墻體蓄放熱層的導熱還不能將溫度相對穩定層內蓄積的熱量在短時間內釋放到溫室內。因此，為更好地發揮厚土墻溫室的節能效果，建議采取土墻體內相變材料的混用或墻體內增加盤管式水循環換熱裝置等方式，將溫度相對穩定層內熱量傳遞到溫室內部以進一步提高室內溫度的研究值得商榷。

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ComparisonofHeatStorageandReleaseCharacteristicsofDifferentThicknessesSoilWallSolarGreenhouse

SHI Yuliang1WANG Xiufeng2WEI Min2,3LI Tianhua4WANG Shaojie5

(1.CollegeofHorticulture,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China2.CollegeofHorticultureScienceandEngineering,ShandongAgriculturalUniversity,Tai’an271018,China3.ScientificObservingandExperimentalStationofEnvironmentControlledAgriculturalEngineeringinHuang-Huai-HaiRegion,MinistryofAgriculture,Tai’an271018,China4.CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,ShandongAgriculturalUniversity,Tai’an271018,China5.CollegeofWaterConservancyandCivilEngineering,ShandongAgriculturalUniversity,Tai’an271018,China)

The solar greenhouse is only greenhouse type for China. Indoor thermal environment of solar greenhouse is improved via the heat storage and heat release of wall body. The soil wall body, which has good characteristic of heat storage and heat release, is applied to solar greenhouse extensively in China. The thickness of soil wall body is determined by the builder’s experience due to lack construction standards. At present, the study on the heat release characteristic of different thicknesses soil wall is hot spot, which can provide the theoretical basis for the simplification and thickness optimization of soil wall body. The solar greenhouse No.1 (the top and bottom width of the soil wall body was 2.0 m and 6.0 m, respectively) and solar greenhouse No.2 (the top and bottom width of the soil wall body was 1.3 m and 3.0 m, respectively) were chosen as research object in Tai’an, Shandong Province, China. The greenhouse No.1 and No.2 had the same length (50.0 m) and width (10.0 m). Five testing layers of temperature at the same height of the north wall of both greenhouses were arranged. The testing period was from Dec. 20th, 2015 to Jan. 20th, 2016. The outdoor weather conditions, indoor air temperature and interior wall temperature in the sunny day (from Dec. 30th, 2015 to Jan. 2th, 2016) and cloudy day (Jan. 4-6th, 2016) were used to analyze the temperature distribution and the heat release characteristic of each testing layer in the greenhouses No.1 and No.2. The results showed that during the sunny day, the heat storage and release quantity of the greenhouse No.1 was higher than that of the greenhouse No.2, but the difference was little, which was 82.3 kJ and 45.0 kJ, respectively. For the three cloudy days, the heat release characteristic of wall body of the solar greenhouses No.1 and No.2 was analyzed based on the data of the wall body temperature and indoor temperature. The results showed that the heat release quantity of greenhouse No.1 was higher than that of the greenhouse No.2, the difference was 615.9 kJ, but the air temperature of the greenhouse No.1 was only 0.6℃ higher than that of the greenhouse No.2 during the cloudy day. The analysis of relative temperature stability part of wall showed that the heat storage of the greenhouse No.1 was very higher than that of the greenhouse No.2. This heat relative temperature stability part for the thick wall greenhouse should be used via efficient heat exchange equipment to improve the thermal environment of greenhouse.

solar greenhouses; soil wall thickness; heat storage and release characteristic

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.044

S625.5； S625.1

A

1000-1298(2017)11-0359-09

2017-07-21

2017-08-28

國家現代農業產業技術體系建設專項(CARS-25)、青島市民生科技計劃項目(16-6-2-43-nsh)和青島市園藝植物遺傳改良與育種重點實驗室項目

史宇亮(1981—)，女，講師,主要從事設施環境工程與調控研究，E-mail： shiyuliang1981@126.com

王秀峰(1957—)，男，教授，博士生導師,主要從事設施環境工程與調控研究，E-mail： xfwang@sdau.edu.cn