玻化微珠及珍珠巖在低能耗日光溫室中的應用

姚軒 王蕊 李珠

0 引言

日光溫室作為我國農業生產中的一項重要的農業設施,在我國使用范圍非常廣泛。自1990年到2001年全國以蔬菜花卉為主體的設施園藝面積已由 14萬hm2發展到200萬hm2,其中日光溫室在設施園藝的發展中起到中堅作用。

我國日光溫室經歷了醞釀期、發展期和推廣期3個時期,溫室結構也從一斜一立式土溫室、瓦房店式溫室發展到節能式日光溫室。從“八五”期間開始推廣“第一代節能日光溫室”到“八五”結束,這段時期內我國的日光溫室面積已有13萬hm2多,特別是在“九五”期間,日光溫室快速發展,2002年年底全國日光溫室面積達到27萬hm2,之后伴隨著國家為加快農業發展尤其是農業設施的發展而出臺的一系列相關政策,日光溫室更是以驚人的速度快速發展。但在大面積建造日光溫室的同時,也出現了一些問題,其中針對如何進一步提高日光溫室的節能性能,如何建造性能優異的低能耗日光溫室,綜合利用農業資源,應對復雜多變的氣候環境,實現農副產品優質、高產、跨季節生產等問題,成為農業建筑工程領域中亟待解決的問題。

近幾年來,一些民用工程采用新型節能建筑材料進行節能改造并取得了顯著的效果,樹立了節能典范。特別是其中一些工程采用了以玻化微珠為原材料的新型節能材料,例如山西省太原市山西紡織印染廠居民樓的節能改造、山西省太原市清徐縣內“城市窯洞”式居民住宅等,這些工程無論是從建筑節能、建筑結構優化、施工工藝還是經濟效益,都取得了良好的效果,各項指標都達到了相關的建筑節能標準,實現了綜合目標。這些成功的節能改造工程都為如何解決日光溫室的節能問題、提高農業生產效率提供了可以借鑒的經驗和實例。玻化微珠保溫相變材料在低耗能日光溫室中應用的研究正是在此基礎之上,提出如何將珍珠巖及其相關的節能建筑材料——玻化微珠保溫砂漿應用于低耗能日光溫室中,以期達到解決當前日光溫室所存在的相關節能問題的目的。

1 玻化微珠保溫相變材料在低能耗日光溫室中的應用

針對玻化微珠保溫相變材料在低耗能日光溫室中應用的研究從結構優化、溫室的溫度和濕度控制、經濟效益三方面做了綜述。

1.1 結構優化方面

在我國北方嚴寒地區廣泛采用的壽光改良式日光溫室后墻的高度為2 m,厚度達到1 m,在采用了玻化微珠保溫砂漿后,后墻的厚度只有248 mm～250 mm,高度可降為1.8 m,在結構優化方面,采用了玻化微珠保溫砂漿的低耗能日光溫室與傳統的日光溫室相比,圍護結構的墻體厚度大大降低,特別是后墻的厚度降低可達75%,這樣可以減輕后墻的厚度和重量,改善了墻體的穩定性、降低了墻體的自重,提高了溫室結構的抗震性能。

1.2 溫室的溫度和濕度方面

在溫室的溫度和濕度控制方面,傳統日光溫室的主要圍護結構采用的是土墻或者是復合墻體作為溫室的主要蓄熱和隔熱體系,這種體系如同是給日光溫室穿上了一件厚而松的“棉襖”,而低耗能日光溫室的主要圍護結構在采用了玻化微珠保溫砂漿后,構成了溫室的主要隔熱和蓄熱體系,采用這種體系如同是給日光溫室穿上了一件輕而密的“皮襖”。采用了玻化微珠保溫砂漿的低耗能日光溫室的蓄熱和隔熱體系充分利用了玻化微珠保溫砂漿絕熱,保溫的特點,并且以玻化微珠為基材加入相變材料,大大提高了溫室圍護結構的蓄熱能力,這種新型復合圍護結構可以有效的控制溫室內的溫度和濕度,當外界溫度升高時相變材料從固態變為液態,吸收熱量,將熱量以熱能的形式貯存起來,而當外界溫度降低時相變材料從液態變為固態,釋放熱能,提高溫室內的溫度,并且可以降低溫室的冷負荷,平衡了圍護結構的溫度差,增強了圍護結構的溫度承載力,保持低耗能日光溫室的溫度,使得低耗能日光溫室的室內溫度能夠保持在農作物適宜生長的溫度范圍內。低耗能日光溫室內的溫度和濕度相比于傳統日光溫室,控制更加方便,循環性能更加良好,更好的完善了農作物的生長環境,特別是在冬季對喜溫植物的越冬培育提供了更加理想的培育條件。

1.3 經濟效益方面

在經濟效益方面,由于低耗能日光溫室的圍護墻體采用玻化微珠保溫砂漿替代傳統的保溫隔熱層,節省了墻體和基礎的材料用量,同時增加了采光面積,縮短了溫室的棟距,提高了溫室的土地利用率,同時,由于玻化微珠砂漿的施工性能良好,施工效率高,而材料本身屬于無機惰性材料,與有機保溫材料相比耐久性強。考慮到以上優點,低耗能日光溫室比傳統日光溫室更具有綜合經濟效益。

2 珍珠巖在低能耗日光溫室中的應用

20世紀80年代后期,無土栽培開始用于農業生產中,之后也開始擴展到園林觀賞植物的栽培中。栽培基質是植物生長的基礎和媒介,也是無土栽培技術的關鍵,除了支持固定植株外,更重要的是使來自營養液的養分水分得以中轉。植物根系與基質接觸,從基質中吸收水分養分。基質對營養液的吸附特性決定了植物營養的供給狀況。目前無土栽培的基質種類包括有機基質、無機基質和其他基質,其中無機基質的選材主要是開口珍珠巖。

開口珍珠巖,結構呈開口狀,表面積大,具有良好的吸附能力,這些特點符合無土栽培基質的選材要求。作為栽培基質的珍珠巖,其保水排水透氣性能良好,保肥能力適中,化學性質穩定,安全衛生,本身無異味,很少滋生蟲卵和病原物。在低能耗日光溫室中,將珍珠巖按一定比例的用量潑灑在室內的栽培土中,與室內的栽培土共同構成低能耗日光溫室的栽培基質,由于珍珠巖表面積大,使得其持水量豐富,保肥性能適中,可以減少澆水和施肥的頻率,同時由于珍珠巖具有良好的透氣性能,也可以延長農民的耕作周期,綜合提高了耕作效率,利于栽培管理。

3 結語

從生物技術應用、建筑結構優化、建筑節能等角度來說,將玻化微珠相變保溫砂漿和普通珍珠巖應用于低能耗日光溫室可以優化日光溫室的建筑結構、進一步提高日光溫室的節能效果、經濟效益明顯、直接,為解決低耗能日光溫室的技術瓶頸提供了有效的途徑,同時也符合國家相關的建筑節能政策和“三農”政策,可以說于國于民都是雙贏的選擇。

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