墙体材料及组合对日光温室墙体保温性能影响分析

2017-11-27  来自: 寿光市陶然农业科技有限公司 浏览次数:196

  比较墙体材料的不同组合对保温性能的影响结果表明,对不同厚度砖墙聚苯板隔热材料的厚度以0.10m为宜;相同厚度隔热材料在砖墙厚度较薄时保温效果优于较厚的砖墙;砖墙厚度较薄时材料的排列秩序对保温影响较明显。

  自20世纪90年代日光温室墙体的保温性能始终是受关注的热点之一。陈端生等的研究结果表明,日光温室较理想的墙体内侧应由吸热蓄热能力较强的材料组成蓄热层,外侧由导热、放热能力较差的材料组成保温层;中间应为隔热层。佟国红等对墙体结构和材料不同的温室环境进行了测试,指出夜间复合异质墙体内表面温度比纯砖墙内表面温度高3.7并用热响应系数法对厚度同为0.60m的砖墙与聚苯板不同组合的传热特性进行了分析。郭慧卿等对20种不同墙体构造的日光温室室内环境进行了模拟,其中0.12m珍珠岩+0.12m加气混凝土的保温性能。亢树华等指出隔热材料的保温性优劣为:珍珠岩>煤渣>锯末>空气。孟少春等指出0.09m聚苯板做隔热材料比0.12m珍珠岩的热阻提高48%,而且施工方便,造价较低。但目前对日光温室墙体的传热特性分析中,对不同材料不同厚度不同组合墙体保温性能的分析及隔热材料适宜厚度分析研究较少。因此,本研究通过对红砖和聚苯板组成的墙体保温性变化分析,从省材和保温的角度寻求较好的墙体组合,为日光温室墙体的建造提供理论依据。

  1日光温室结构参数及其理论供试日光温室位于中国农业大学西区科技园(纬度39.33*),温室坐北朝南,方位角0\跨度6.0m,长度26.0m,脊高3.3m,北墙高2.1m,后屋面投影长1.25m.墙体组成为0.24m红砖+0.12m聚苯泡沫板+0.24m红砖。红砖密度1800kg/m3,热传导系数0.81W/mK,比热0.88kJ/kgK;聚苯泡沫板密度28kg/m3,热传导系数0.15m石灰浆+0.05m石棉瓦,前屋面覆盖材料为流滴性的聚氯乙稀塑料膜,夜间覆盖保温被,早9:在日光温室墙体的传热特性分析中,许多作者采用热阻和热惰性作为指标。赵士昌提出用稳态传热代替实际的不稳定传热,墙体随热阻的增加,节能率上升而后平缓。在稳态传热中,热阻能代表材料层抵抗热流波的能力,热阻越大,材料保温能力越好,热阻可作为稳态传热时建筑围护结构的指标。但日光温室的墙体由重质实心材料构成,其传热量随时间而变化,传热过程复杂且不稳定。同时室内热稳定性还受围护结构的影响,包括室内表面温度的稳定性和室内气温的稳定性。王焱指出热惰性指标并不能完整地反映围护结构对温度波动的抑制作用,材料的排列顺序也是一个重要的因素。材料组合不同的围护结构,热阻和热惰性指标相同,但其通过壁体的传热量和保温效果却有差异。另外日光温室的室外气象条件在整个时间过程中具有随机性,室内的温湿环境也随机变化。因此,为解决上述问题,进行日光温室墙体的传热特性分析时应采用反应系数法计算其传热量。如果室内空气温度随时间变化,室外空气综合温度随时间而变化,n时刻通过墙体从室外向室内传递的热量就是传热得热量。

  *C;Z(j)为墙体的内表面吸热系数,W/m2°C.墙体外表面向墙体内侧的传热量应为墙体外表面与周围环境真实辐射换热量,包括传统的辐射换热量Is+Ir与有效辐射量。

  气温度*C;tz为室外空气综合温度aa为墙体外表面总换热系数,W/m2°C.在此基础上,作者建立了日光温室热环境的数学模型,并通过实测数据进行验证,结果表明可以使用该模型对不同结构不同室外气象条件的日光温室进行室内气温、湿度和各个内表面温度的预测预报。

  2结果与分析本研究以2001年12月7日(晴天)一日内通过墙体得热量、最高气温、最低气温、平均气温、墙体内表面平均温度、墙体内表面吸热反应系数Z(O)作为衡量墙体保温性能的指标。得热量表示从室外传向室内的热量,当得热量为正值时,热量由室外传向室内,为负值时,热量从室内传向室外,其值越大,传递的热量越多。通过墙体从室内传向室外的热量越少,墙体的保温性越好。对北京地区的4种日光温室的室内气温数据观测结果表明,室内最高气温、最低气温、平均温度与温室结构呈显著相关。

  室内气温越高,说明墙体的保温性能越好。内表面吸热反应系数Z(O)表明墙体内表面对室外气象条件的响应,Z(O)越大,受室外气象条件影响越大,室内温度的热稳定性越低。

  21不同厚度红砖的保温性能分析红砖由于其保温性能良好,是目前日光温室墙体的主要蓄热保温材料,从表1可知,随着砖墙厚度的增加,平均传热量和传出热量递减;传入热量、最高气温、最低气温、平均气温、墙体均温增加,但都随厚度增加变化速率递减。传热量变化幅度较大。最高气温随厚度增加增温幅度,最低气温增温幅度表1不同厚度红砖与保温指标的关系项目红砖厚度/平均传热量/Wm-2传出热量/Wm-2传入热量/W―m-2最高气温/最低气平均气北墙均小,平均气温居中。砖墙厚度从012m增加到0.72m,最高气温增加4.7*C,平均气温增加3.1*C,最低气温增加2.5*C.而厚度大于0.60m砖墙的最低气温相差甚微,因此通过增加砖墙的厚度提高室内最低气温效果并不明显。当砖墙厚度小于0.24m时,室内平均气温高于墙体均温,说明墙体从室内空气中吸热;当砖墙厚度大于0.36m时,室内平均气温低于墙体均温,说明墙体向室内空气放热,而且墙体的增温幅度大于室内平均气温的增温幅度。所以在建造砖墙时,厚度至少应为0.36m,以减少墙体通过热对流从室内空气吸收的热量,利于室内气温稳定。墙体内表面吸热反应系数随着砖墙厚度的增加递减,说明随厚度增加,受室外气象条件影响递减,有利于保持室内气温的稳定。

  220.24m红砖+xm聚苯板+0.24m红砖的保温性能分析表2聚苯板厚度与各保温指标的关系项巨聚苯板厚度/m平均传热量/W/传出热量/W>传入热量/W/最高气温/最低气温/平均气温/墙体均温/从表2可知,砖墙中加隔热材料后,各保温指标发生了显著的变化,说明隔热材料可明显改变墙体的保温性能。传热量、温度、随着聚苯板厚度增加的变化趋势与随砖墙厚度变化趋势相同,但墙体均温的增温幅度大于平均气温,说明增加隔热材料的厚度,能显著提高墙体的隔热能力。当聚苯板厚度大于0.10m以后,增温速率递减,厚度从0.10m增加到0.30m平均气温仅增加0.4*C,最低气温仅增加0.2*C,平均传热量也仅减少1.99W/m2,所以隔热材料厚0.10m时再增加材料厚度其增温效果提高不明显。因此在建造墙体时从省材和保温的角度考虑,建议使用0.10m厚的聚苯板作为墙体的隔热材料。

  23不同厚度砖墙和不同厚度聚苯板的保温性能分析15彦启森指出为加强围护结构的保温性和热稳定性,应将重质实心材料置于室内侧。因此分析了不同厚度聚苯板置于红砖外侧对室内平g均气温的影响,结果见。

  从可知,平均气温随砖墙和聚苯板厚度|13增加递增,但递增速率随厚度增加递减。当聚苯板厚度大于0.12后,不同厚度砖墙的平均气温差异很小。0.12m厚的砖墙外加0.苯板与外加0.60m砖的平均气温相同;0.24m厚的红砖外加0.03m聚苯板的平均气温大于外加0.48m砖的平均气温。因此,在一定厚度砖墙夕卜加隔热材料能大大提高墙体的保温效果。相同厚度隔热材料对不同厚度砖墙的增温效果不同。外加0.10m聚苯板可使0.12m砖墙增温43*C,使0.24m砖墙增温2.8*C,使0.36m砖墙增温2.2*C,使0.48m砖墙增温1.8*C,使0.60m砖墙增温1.7*C,使0.72m砖墙增温1.6*C.说明墙体越薄,相同厚度隔热材料的保温性能越好。

  从表3可知,最低气温随砖墙和聚苯板的厚度增加而递增,但当聚苯板厚度大于0.10m后,递增很小,而且不同厚度砖墙的最低气温相差甚微,因此通过增加砖墙和聚苯板厚度提高室内最低气温效果并不明显。对于0.12m的红砖,外加厚度0.05m的聚苯板的最低温度大于外加厚度0.60m砖墙的最低气温。对于0.24m红砖,外加厚度0.03m聚苯板的最低气温大于外加0.48m的砖墙的最低气温。因此,砖墙外加隔热材料能大大提高室内最低气温。

  表3不同厚度砖墙和聚苯板对最低气温的影响对不同厚度砖墙和聚苯板对最高气温影响的分析结果(表4)表明,最高气温随砖墙和聚苯板的厚度增加而递增,但增温速率递减。0.12m的红砖外加0.07m的聚苯板最高气温大于外加0.60m红砖的最高气温;0.24m的红砖外加0.05m聚苯板最高气温大于外加0.48m红砖的最高气温。说明在一定厚度砖墙外加隔热材料提高最高气温的效果优于外加红砖的效果。

  表4不同厚度砖墙和聚苯板对最高气温的影响表5平均得热量与聚苯板厚度与砖墙厚度的关系砖墙厚度/m平均得热量/W聚苯板厚度/m对平均得热量与聚苯板和砖墙厚度的关系分析的结果(表5)表明,通过墙体的平均得热量均小于0,说明无论是增加聚苯板的厚度还是砖墙的厚度,每天从室内传向室外的热量均大于从室外传向室内的热量。

  随砖墙厚度和聚苯板厚度的增加,日平均传出室外的热量减少,说明厚度增加有利于阻止热量向外传递,但当聚苯板大于0.10m后保温效果的增强并不明显,即当红砖厚度较大时,聚苯板的保温效果不及砖墙较薄时明显。0.12m厚的红砖墙外加0.05m的聚苯板平均得热量小于外加0.60m红砖的平均得热量;0.24m厚的砖墙外加0.03m聚苯板的平均得热量小于外加0.48m红砖的平均得热量。说明在一定厚度砖墙外加隔热材料能有效阻止热量向室外传递。

  24不同组合墙体的保温性能分析10m厚的聚苯板作为隔热材料既保温又可节省材料。在此基础上分析了不同砖墙厚度与0.10m聚苯板的不同排列组合对墙体增温效果的影响,结果见表6.表6不同厚度排列墙体的保温性能墙体组合ofwall平均气温/*从表6可知不同厚度砖墙力口0.10m的隔热材料聚苯板保温性能不同。0.36m厚砖墙的平均气温至少提高1.9*C,墙体均温少提高2.热量至少减少15.4W/m2,0.48m砖墙的平均气温至少提高1.7C,墙体均温少提高27*C,传热量至少减少砖墙的平均气温至少提高1.7*C,墙体均温少提高2.5*C,传热量至少减少10.80W/m2.说明砖墙较薄时加隔热材料的保温性优于砖墙较厚的保温性。

  0.36m和0.48m砖墙加隔热材料,以外侧较重的砖墙保温性。如0.24m红砖+0.10m聚苯板+0.12m红砖和0.36m红砖+0.10m聚苯板+0.12m红砖组合优于同厚度同材料其他组合的保温性。但当砖墙厚度0.10m聚苯板的保温性与材料排列组合的区别不大。

  3小结与讨论为了减少墙体通过热对流从室内空气吸热和保证室内气温稳定,红砖墙的厚度至少应保证0.墙加隔热材料能大大提高墙体的保温性能,加同厚度的聚苯板的保温效果远远优于加同厚度砖墙的保温效果,建议在日光温室墙体建造时应加隔热材料。随聚苯板厚度的增加,保温性增加,但增温速率递减,从省材和保温的角度考虑,建议使用0.10m厚度的聚苯板作为日光温室墙体的隔热材料。随砖墙和聚苯板厚度增加,最高气温的增温幅度,最低气温增温幅度小,平均气温居中,墙体均温的增温幅度大于平均气温。砖墙越薄,外加隔热材料的保温效果越明显,其墙体材料排列秩序越重要,外侧红砖越厚,保温性越好,当砖墙厚度为0.60m时,排列组合对墙体的保温性影响不大,建议在墙体建造中将外侧红砖的厚度增加。

关键词: 日光温室           

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