黑龙江省友谊农场日光温室节能设计.pdf

现代农业研究 农 业 经 济 1 1 前言 前言 友谊农场位于北纬4628′15″至4658′ 39″。地处严寒地区，冬季温度低，适宜于发展日光 温室大棚。但是，友谊农场目前的日光温室存在冬 季采光不足、保暖性差、采暖能耗大等现象，冬季不 加温时，室内平均温度3℃5℃，仅能生产叶菜类植 物。为了提高日光温室的产量，改善保温性能，则需 要对日光温室进行改造， 以提高生产效益。 2 2 结构设计 结构设计 22..11建筑方位 温室采用坐北朝南，东西延长的建筑方位，在农 作物生长期间可以接收更多的太阳辐射。而友谊农 场地处北纬40以北－20℃低温地区，为了延长温 室下午的光照时间，提高夜间的温室内温度，故选南 偏西5。 22..22结构型式 采用248弓圆型无立柱日光温室 [1] 结构设计，前 屋面呈半径2m圆形，空间大，有利于人工操作或者 高杆作物的种植，并且无立柱的结构也增大了栽培 所需面积。温室屋面有效的利用了弓形结构，大大 增强了温室抗压抗风能力，可以使温室有效的抵御 雪灾等极端天气。 22..33结构尺寸 （1）跨度 日光温室结构组成的主要参数为方 位角、跨度、脊高、屋面角、后坡仰角等，这些是决定 日光温室保温性能好坏的重要参数 [2] 。日光温室的 跨度是自温室南部底脚起至北墙内侧的宽度。温室 的跨度一般选择6～8m,有利于保证南屋面（前坡有 黑龙江省友谊农场日光温室节能设计 黑龙江省友谊农场日光温室节能设计 张天威 廖俊发 孟庆军 尹嘉成 孙若男 （ 黑龙江八一农垦大学 163319 ） 【摘 要】 针 对 目 前 友 谊 农 场 日 光 温 室 冬 季 采 光 不 足 、 保 暖 性 差 、 采 暖 能 耗 大 等 问 题 ， 提 出 了 新 型 设 计 方 案 ， 内 容 包 括 跨 度 、 脊 高 、 屋 面 角 、 后 坡 仰 角 、 防 寒 沟 等 结 构 尺 寸 的 设 计 及 棚 膜 、 保 温 被、 后墙材料的选择 ； 并对围护结构及棚膜的热损失进行了计算 。 【关键词】 友谊农场 ； 日光温室 ； 节能设计 EnergySavingDesignofSolarGreenhouseinFriendshipFarmin EnergySavingDesignofSolarGreenhouseinFriendshipFarmin HeilongjiangProvince HeilongjiangProvince ZhangTianwei LiaoJunfa MengQingjun YinJiacheng SunRuonan HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity,Daqing 163319 [Abstract]TherearelightingproblemandpoorwarmthandheatingenergyconsumptioninFriendship farmsolargreenhouse,Sothenewdesignisproposed.Structuresizedesignmainlyincludespanand ridgeheightandroofangleandslopeelevationandcoldtrench.Envelopematerialsarechoosed.The heatlossoftheenvelopeiscalculated. [Key words] friendshipfarm;solargreenhouse;energysavingdesign * 基金项目 黑龙江八一农垦大学 2017 年大学生创新实训项目 （ 项目编号 XC 2017011 ） 。 通讯作者 张大英 （ 1980 - ） ， 女 ， 硕士 ， 主要从事 “ 建筑环境与能源应用工程 ” 方面的教学与科研工作 。 12 12 现代农业研究 农 业 经 济 极大的采光角度，保证作物生长有较大的空间，又便 于覆盖保温，还便于选择建筑材料。 （2）脊高 温室的脊高越低，散热量越小，但室 内空间越小，温室所获得的热量越少；温室的脊高越 大，则获得热量大，但前屋面的倾斜度容易过大，导 致前屋面的散热量增加，增加能耗。因此温室的高 度不能过高，也不能过低，一般脊高根据跨高比1 2.2进行选择， 计算结果为3.54.5m。 （3）屋面角 温室的屋面角是指塑料薄膜屋面 与地平面的夹角 [3] 。温室入射的太阳光强度随着温 室的屋面角增大而增大；同时，屋面角越大，温室的 高度越高，能耗也随之加大，故屋面角应设置在合理 的范围内。友谊农场地处北纬46.19，北半球冬至 日太阳直射点为北纬2326′， 屋面角的计算如下 （4）后坡 温室后坡的作用是白天吸收太阳辐 射能，晚上把热量释放到温室空间。温室的后坡仰 角指后坡内侧与后墙顶水平线的夹角。后坡仰角越 小，水平投影越大，则温室后部采光越少；后坡仰角 越大，则温室的水平投影越短，温室后部采光越多。 为了让温室的后坡内得到充足的日照，避免出现过 度遮阴现象，其后坡仰角一般要求在3545范围 内最佳 [4] 。而影响后坡仰角的主要因素是冬至日的 太阳入射角及春分日的太阳入射角， 具体计算如下 后坡水平投影的长短也是影响温室的采光性和 保温性的因素之一，后坡投影长，则遮光面积；后坡 的水平投影短，则采光好，但不利于保温。一般北纬 41以北地区后坡水平投影为L1.31.5m，本设计 选取1.5m。 后坡采用异质结构，由秸秆，草泥，稻壳，高粱壳 等组成。外侧为100mm厚聚苯板，覆盖层为960型 岩棉夹心板。 图 图 1 1 日光温室结构设计图 日光温室结构设计图 （5）防寒沟 防寒沟的主要作用是减少土壤热 量的横向热传导，提高土壤温度。防寒沟设置在温 室的前沿，绕日光温室一周布置，其宽度为40cm，深 度要大于当地冻土层的厚度，友谊农场冻土层厚度 为2m，故防寒沟深度取2.2m。防寒沟内填充珍珠岩 作为保温材料，外沿贴100mm厚聚苯板。 3 3 日光温室材料选择 日光温室材料选择 温室材料的选择应符合国家相关标准，兼顾满 足温室对其功能性及经济性的要求。 33..11后墙 后墙采用外保温复合墙体 [5][6] ，其结构从内至外 为400mm相变蓄热材料 [7] （石蜡、高密度聚乙烯、和 水泥砂浆混合制成）480mm轻质加气混凝土砌块 （尺寸为240mm240mm200mm）120mm聚氨酯 保温材料。 33..22保温被 保温杯面料选取淋膜无纺布 [8] ，主要芯材为喷胶 棉和杂绒的保温被。其结构组成为淋膜军用基布 化纤棉400g/m 2 喷胶棉1000g/m 2 珍珠棉（EPE）军 用基布和淋膜无纺布杂羊绒890mmg/m 2 珍珠棉 （EPE）10mm无纺布。 33..33棚膜 日光温室栽培技术的普遍应用使农膜发展迅 速，PO膜是目前农膜种类中表现最佳的一款产品。 PO膜是由聚烯烃为主要材料，加入60％的茂金属， 其具有较强的保温、透光、使用寿命及防静电处理能 力。所以棚膜材料选取PO膜 [9] 。 4 4 热损失计算 热损失计算 44..11外墙、防寒沟及后坡热损失计算 根据外墙、防寒沟及后坡各层导热系数见表 1，采用稳态多层平壁导热算法 [10] 对日光温室的外 墙、防寒沟及后坡的导热量进行计算，假设温室内部 温度15℃，查得双鸭山地区室外计算温度为－23.2℃ [11] 。 13 13 现代农业研究 温室的主要设计参数如下跨度8m；脊高4.5m；长度 100m。在无内热源情况下对外墙和后坡进行导热 量计算。 计算可得外墙热损失为1611.86W；后坡热损失 为1149W；防寒沟热阻为4.82w/m℃。 44..22棚膜热损失计算 将棚膜视为灰体进行辐射热损失计算。查资料 得PO膜的发射率 ε＝0.2～0.3取0.25。棚膜为圆拱 形，其面积近似选取为棚膜最高点与棚膜和大地接 触点连线所在平面为棚膜表面积， 计算公式如下 将数据代入，计算可得棚膜辐射热损失为 7164W。 5 5 总结 总结 影响日光温室生产效益的主要因素有两个其 一是日光温室围护结构热损失，设计中采用外保温 复合墙体，其中蓄热层选用相变蓄热材料，以增加墙 体的蓄热能力，墙体聚氨酯外挂，有效降低热量从围 护结构的散失；其二是对太阳光辐射更好的利用，合 理的屋面角、后坡、材料等可提高前屋面的透光率， 增强对太阳光辐射的利用率， 提高温室的生产效益。 参考文献 参考文献 [1]魏宝发，魏宝福.248弓圆型无立柱日光温室结构设计[B]. 农业装备， 2016. [2]陈超.现代日光温室建筑热工设计理论与方法[M].北京科 学出版社， 2017. [3]白义奎，周东升， 曹刚等.北方寒区节能日光温室建筑设计 理论与方法研究[J].新疆农业科学，2014， 51（6） 990－998. [4]中国标准出版社.日光温室技术条件JB/T10286－2013[S]. 北京中国标准出版社，2013. [5]石玉， 潘媛媛，张毅等.不同复合墙体结构对日光温室土壤 热特性的影响[J].山西农业大学学报（自然科学版），2017， 37， （9） 679－684. [6]李小芳，陈青云.墙体材料及其组合对日光温室墙体保温 性能的影响[J].中国生态农业学报，2016， 14（4） 185－189. [7]管勇， 陈超，李琢.相变蓄热墙体对日光温室热环境的改善 [J].农业工程报， 2012， 28（10） 194－200. [8]肖棠， 张海云，吴海峰等.日光温室新型保温被结构设计与 保温性能研究[A].2016，44（25）233－237. [9]杨文雄，马成伟.不同覆盖材料对日光温室室内光环境的 影响[J].农机化研究，2016（2） 145－148. [10]杨世铭， 陶文铨.传热学（第四版）[M].北京高等教育出版 社， 2006. [11]陆耀庆.实用供热空调设计手册第2版）[M].北京中国建 筑工业出版社，2008.■ 农 业 经 济 材料 导热系数 （w/m℃） 聚氨酯 0.018 苯板 0.04 相变蓄热墙体 0.4 加气混凝土砌块 0.22 土壤 0.83 炉渣 0.29 珍珠岩 0.021 960型岩棉 夹芯板 0.03 表 表 1 1 保温材料热工性能参数 保温材料热工性能参数 14 14