砖苯复合墙体日光温室热环境测试与模拟

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日光温室后墙具有保温蓄热功能,是温室围护结构的重要组成部分。合适的墙体材料和结构有利于创造良好的温室热环境从而保证植物的正常生长。砖苯复合墙体日光温室广泛应用于北方地区植物的越冬生产,对于稳定和丰富果蔬市场,增加农民收入有重要意义。然而一些地方在建造该型墙体过程中存在保温层、蓄热层排列方式不合理,墙体过厚或过薄等问题。墙体过厚增加建造成本,降低土地利用率;厚度不足、砖墙和聚苯板排列方式不合理则会导致温室冬季热环境无法满足植物生长要求,出现减产甚至绝收等现象。因此,有必要继续深化关于砖苯复合墙体保温蓄热性能的研究。本文以砖夹苯板墙体日光温室为对照,研究了苯板外置型复合墙体日光温2013年冬季的保温蓄热性能。结果表明,连续10天,苯板外置型温室墙体内壁温度均值白天比对照高2.4℃,夜间比对照高2.7℃;白天吸热热流均值大于对照0.22MJ/m2,夜间放热热流均值大于对照0.23MJ/m2;白天平均气温高于对照2.7℃,夜间高1.3℃;室内空气平均湿度在对照基础上降低了5.6%,平均地温较对照高2.5℃。综合认为苯板外置型复合墙体的保温蓄热能力强于对照,提高了温室白天和夜间气温,而白天气温的提高有利于土壤充分吸热,夜晚大量放热。最终在墙体、室内空气和土壤的相互作用下,苯板外置型温室的热环境在对照基础上有了明显改善。为继续优化日光温室苯板外置型墙体的保温蓄热性能,揭示砖墙、聚苯板厚度与室内气温的关系,该文建立了苯板外置型日光温室的物理模型,采用计算流体动力学(CFD)分析方法模拟了温室温度场的夜间变化过程并进行验证。结果显示,日光温室围护结构和室内空气的温度分布规律与以往研究结果一致,墙体内壁温度、室内空气温度的模拟值与实测值吻合程度较高。在此基础上,通过加载与验证温室相同的室外边界条件,对9种不同厚度砖苯复合墙体日光温室的保温性能进行了模拟分析。结果表明,“490mm厚砖墙+300mm厚聚苯板”复合墙体保温性能最好,“240mm厚砖墙+100mm厚聚苯板”复合墙最差,两种温室气温相差3.6℃;“370mm厚砖墙+200mm厚聚苯板”复合墙体改善温室热环境的效果最显著,可在“240mm厚砖墙+100mm厚聚苯板”复合墙体温室的基础上提升空气温度2.3℃,仅比“490mm厚砖墙+300mm厚聚苯板”复合墙体温室气温低1.3℃,在满足植物最低生长温度的前提下,该型墙体的性价比最高,是最优墙体。由此可见,当砖墙或聚苯板厚度增加到一定大小时,继续增加厚度对温室气温的提升效果有限。通过CFD模拟可以预测不同厚度墙体可能形成的温室热环境,为不同地区、不同气候条件下温室墙体的选择提供了科学依据。
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