改造实例 相变墙实现日光温室节能

2012/4/9 14:21:19

　　日光温室是我国北方一类重要的生产温室。目前，在陕西、青海部分地区出现的一类日光温室，其外表跟一般温室没有差异，但在同样的保温条件下，该类温室晚上温度要高2℃至3℃。此项技术研究和推广人、陕西西北农林科技大学园艺学院副院长邹志荣告诉记者，这类温室的不同之处就在墙体改造上，内部添加的特殊物质，使其成为了一面可储热的特殊墙体。
　　在陕西杨凌农业高新技术产业示范区中科航天示范园基地内，有这样一栋日光温室：坐北朝南，东西长60米，跨度8米，后墙高2.2米，脊高3.5米，前屋面使用PET薄膜覆盖。这跟一般常见的温室似乎没有差别，但它的夜晚温度比常规温室高。原来，“蹊跷”在后墙里。这个日光温室的后墙由24厘米厚的砌块和5厘米厚的夹心彩钢板组成。常见温室的后墙常常由外侧12厘米厚砖、中间8厘米厚夹层、内侧24厘米厚砖组成，中间夹层还填充厚聚苯板。
　　24厘米厚的砌块为什么能让温室在晚上保持较高的温度呢？邹志荣告诉记者，这是采用了相变储热物质制作而成的砌块，白天，当外界温度升高时，该相变砌块大量吸热，通常能在32℃达到吸热的最大值，到43℃时吸热基本平稳，处于保存热量的阶段。从傍晚到晚上外界温度降低时，相变砌块开始大量放热，从而使温室内的温度高于常规日光温室。
　　原来，这类日光温室的后墙里融合了相变储能材料，在其发生相变的过程中，可以吸收环境的热量或者冷量，并在需要的时候向环境释放，从而达到更好控制周围环境温度的目的。这也被有些专家称为被动式太阳能温室，即温室的墙体是吸收和储存太阳能的载体，白天蓄存太阳能，晚上释放，减少夜间采暖需要的能耗。邹志荣认为，相变材料制成的砌块，是一类典型的环保节能型复合材料，是近年来能源利用领域中十分活跃的前沿研究方向，将其应用到温室建筑中，对温室节能有重要的意义，一方面可以使日光温室的推广北限进一步拓宽，可以在纬度更高的地区使用这种生产设施，一方面也使日光温室适宜的栽培植物种类进一步丰富，降低所需的采暖能耗。
　　什么样的材料适合用作相变材料呢？邹志荣表示，自然界适合用于相变的材料有上千种，但实际应用的相变材料必须满足一些要求，包括合适的相变温度、较大的相变潜热、合适的导热性能等，从而保证在相变过程中，相变介质化学成分不会产生变化，并能在恒定的温度下熔化或者固化，有稳定的性能。同时，考虑到实际应用场所的特殊性，相变材料也应无毒，对人体不会产生毒副作用。对于温室而言，材料的相变温度需在植物生长的适宜温度附近。
　　目前，西北农林科技大学推广应用的相变砌块是空心砌块，这涉及到相变保温材料的封装问题。据学校该项目课题组李建明老师介绍，为使相变材料在砌块中稳定发挥功能，封装必须密封性好，同时可以打造成不同的成型尺寸，用来满足不同空心砌块的要求。相变材料必须在不与空气接触或渗漏的前提下，才可以反复使用，因此，封装材料需具备结实、韧性强、耐磨的特质。实际应用中，常用可热封且防渗漏的复合包装材料或专业液体包装膜。
　　使用具有相变材料的墙体，跟常见具有厚聚苯板的墙体，在成本上没有明显差异，这也有利于相变墙体的推广应用。不过，目前还没有专业生产相变砌块的企业，大面积的推广应用，还有待研究单位与推广企业进一步合作。

　　图为使用了相变材料的日光温室墙体。其中，制作砌块的材料主要由下列组分组成：石灰粉10%至30％、水泥30%至55％，珍珠岩2%至5％，水8%至12％及防冻剂。

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