加溫日光溫室保溫層苯板厚度優(yōu)化

許紅軍，秦勇，吳慧，韓春蓮

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所，烏魯木齊，830052）

加溫日光溫室保溫層苯板厚度優(yōu)化

許紅軍，秦勇，吳慧，韓春蓮

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所，烏魯木齊，830052）

為降低加溫日光溫室生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，對日光溫室保溫層苯板進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。研究在確定能夠滿足使用要求的保溫層苯板厚度基礎(chǔ)上，引入了核心經(jīng)濟(jì)參數(shù)，客觀反映節(jié)能效果與建造成本投入的的關(guān)系，提供了以烏魯木齊為例的詳細(xì)計算方法。結(jié)果表明，核心經(jīng)濟(jì)參數(shù)存在最大值，并且可以通過材料的性能與市場的關(guān)系確定，通過計算可知，烏魯木齊地區(qū)加溫日光溫室保溫層厚度最佳值為0.082 m。

加溫溫室；節(jié)能優(yōu)化；保溫層；墻體厚度

近年來，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，據(jù)統(tǒng)計，到2011年設(shè)施溫室的面積達(dá)到350萬hm2，居世界首位，其中日光溫室面積約占總設(shè)施面積的21%。當(dāng)室外溫度低于-20℃且出現(xiàn)連續(xù)陰天時，溫室內(nèi)溫度已不能滿足植物生長的需要，只有增加采暖設(shè)施才能生產(chǎn)。據(jù)調(diào)查，我國傳統(tǒng)加溫溫室每年消耗標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)300～900 t/hm2，占到冬季生產(chǎn)成本費(fèi)用的30%～70%[1]。所以，加溫日光溫室墻體節(jié)能優(yōu)化對于降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益尤為重要。

現(xiàn)階段，多層異質(zhì)復(fù)合墻體日光溫室在我國應(yīng)用廣泛，主要為0.5～0.7 m厚的磚墻，內(nèi)填各種保溫材料，如聚苯板、爐渣、珍珠巖、巖棉等[2]，其中，聚苯板在生產(chǎn)中應(yīng)用較為普遍。在主體確定的情況下，溫室的保溫效果取決于保溫層苯板的厚度。因此，保溫層苯板厚度的設(shè)計在溫室保溫節(jié)能技術(shù)中極其重要，它既要滿足溫室的使用要求，又要盡可能滿足經(jīng)濟(jì)性要求。

李小芳等[3]通過研究不同墻體材料組合對日光溫室墻體保溫性能的影響指出，保溫材料厚度以0.1 m為宜；王曉冬等[4]針對新疆塔城地區(qū)認(rèn)為復(fù)合墻體聚苯板厚度應(yīng)不小于0.1 m；陳秋全等[5]認(rèn)為夾心墻中間0.06～0.1 m聚苯板是北方高寒地區(qū)日光溫室的最佳墻體結(jié)構(gòu)。本文擬從節(jié)能的角度建立日光溫室技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間的關(guān)系，并結(jié)合烏魯木齊地區(qū)日光溫室以370磚墻作外保溫設(shè)計的復(fù)合墻體計算出保溫層苯板的最佳厚度，為復(fù)合墻體日光溫室推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

圖1 墻體結(jié)構(gòu)

1 復(fù)合墻體保溫層苯板厚度設(shè)計

溫室墻體保溫效果主要取決于保溫層苯板的厚度，因此，保溫層苯板厚度的設(shè)計既要滿足使用要求，又要滿足經(jīng)濟(jì)性要求，所以應(yīng)從兩方面考慮其厚度的取值。

1.1 滿足使用要求的苯板厚度的設(shè)計

根據(jù)GB 19165-2003日光溫室和塑料大棚結(jié)構(gòu)與性能要求、JB/T 10297-2001溫室加熱系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，加溫日光溫室墻體按照低限熱阻計算，烏魯木齊地區(qū)室外設(shè)計溫度為to=-26℃，室內(nèi)應(yīng)滿足喜溫果菜類生產(chǎn)ti=12℃。

計算得δ苯=0.055 m，即烏魯木齊地區(qū)日光溫室保溫層的厚度＞0.055 m就可以滿足使用的要求。烏魯木齊地區(qū)冬季晝短夜長，溫室內(nèi)生產(chǎn)困難，需要采暖設(shè)施輔助生產(chǎn)。溫室加溫成本高，能耗大，需要從節(jié)能角度進(jìn)行保溫層厚度優(yōu)化。

1.2 滿足經(jīng)濟(jì)性要求的保溫層厚度優(yōu)化

從節(jié)約能源降低成本方面考慮，保溫層的厚度越厚節(jié)能越多，但能耗不是隨保溫層厚度的增加等比例減少。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮濟(jì)，保溫層存在最佳厚度。日光溫室加溫能耗是通過溫室散熱量Qout體現(xiàn)的，要降低加溫能耗需要減少溫室的散熱量，即增加溫室墻體優(yōu)化前后的節(jié)能量。假定優(yōu)化前的日光溫室散熱量指標(biāo)為Qout0，優(yōu)化后的日光溫室散熱量指標(biāo)是Qout，可得到溫室節(jié)能量的公式，

增加保溫層厚度勢必要增加溫室墻體的建造成本，在這需要引入成本參數(shù)P，單位面積P包括兩個部分。由于保溫層厚度增大，勢必增大了整個墻體的厚度，為保證墻體的質(zhì)量需要增加人工費(fèi)及界面砂漿、錨固釘、墻體拉結(jié)筋的數(shù)量增加而增加的成本，記為P0，為第一部分；另一部分為在單位體積價格S確定的情況下由增加苯板厚度而增加的成本為P′，P′=Sδ，總成本P=P0+P′。設(shè)定為核心經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)，

其中，△Qout表征日光溫室節(jié)能效果，成本P反映了得到此節(jié)能效果△Qout的花費(fèi)，這樣將技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)結(jié)合起來作為評價指標(biāo)來確定保溫層的最優(yōu)厚度。

表1 日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)低限熱阻（Rx）

2 結(jié)果與分析

2.1 節(jié)能量△Qout的確定

通常溫室熱量的散失主要取決于貫流放熱量Qt、換氣放熱量Qv和地中傳熱量Qs，即Qout=Qt+Qv+ Qs。在其他條件相同的情況下，溫室內(nèi)部節(jié)能量△Qout可由墻體熱量散失來計算得出，即△Qout=q0-q，其中，q0、q分別為優(yōu)化前后通過溫室墻體的散熱量，單位為W/m2。q0=（ti-to）K0A，q=（ti-to）KA，其中，to為烏魯木齊地區(qū)的室外設(shè)計溫度，取-26℃；ti為滿足喜溫果菜生產(chǎn)的室內(nèi)溫度，取12℃；K0、K為優(yōu)化前后通過溫室墻體的導(dǎo)熱系數(shù)；A為日光溫室墻體的面積。

2.2 優(yōu)化前后墻體傳熱系數(shù)的確定

日光溫室墻體熱阻和導(dǎo)熱系數(shù)互為倒數(shù)，節(jié)能優(yōu)化前后的日光溫室傳熱阻R0與R分別為R0=R磚+ R苯和R=R磚+R苯+δ/λ苯，式中，R磚、R苯為異質(zhì)墻體磚墻與聚苯板的熱阻；λ苯為聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)；δ為優(yōu)化后聚苯板增加的厚度。對于優(yōu)化后的日光溫室墻體熱阻為原墻體熱阻與增加厚度的傳熱阻之和，所以有

以烏魯木齊以370磚墻做外保溫設(shè)計的磚墻溫室為例。其中，λ為聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)，取值0.034 W/（m·k）；優(yōu)化前墻體熱阻R0按低限熱阻計算，取值2.1 m2·k/W；由于保溫層厚度增大，增加了夾心墻腔體的厚度，而增加的人工費(fèi)及界面砂漿、錨固釘、墻體拉結(jié)筋的數(shù)量增加而增加的成本P0約為5元/m2。EPS聚苯板以目前價格在23元/kg（密度為18 kg/m3），由此，可計算出δ=0.027 m。

通過計算可知，烏魯木齊地區(qū)加溫日光溫室保溫層厚度在滿足低限熱阻要求的0.055 m基礎(chǔ)上，通過節(jié)能優(yōu)化設(shè)計增加0.027 m為保溫層設(shè)計最佳值，即0.082 m。

3 結(jié)論

本文從節(jié)能優(yōu)化降低成本的角度，對加溫日光溫室墻體保溫層苯板厚度進(jìn)行優(yōu)化分析，引入核心經(jīng)濟(jì)參數(shù)，客觀反映節(jié)能效果與建造成本投入的關(guān)系。提供了以烏魯木齊為例詳細(xì)的計算方法，為我國加溫日光溫室建造提供理論依據(jù)。

本研究計算所采用材料屬性參數(shù)參考新疆民用建筑設(shè)計規(guī)范，采用的經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)參照烏魯木齊市場價格，對于其他地方計算結(jié)果難免會有影響。本文只是提供針對加溫日光溫室墻體保溫層設(shè)計優(yōu)化的一種方法，其他地區(qū)設(shè)計需參照當(dāng)?shù)卦O(shè)計規(guī)范與市場價格。

[1]馬承偉.農(nóng)業(yè)設(shè)施設(shè)計與建造[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[2]徐剛毅，周長吉.不同保溫墻體日光溫室的性能測試與分析[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，35（12）：62-66.

[3]李小芳，陳青云.墻體材料及其組合對日光溫室墻體保溫性能的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006（4）：185-189.

[4]王曉冬，馬彩雯，吳樂天，等.日光溫室墻體特性及性能優(yōu)化研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（5）：1 016-1 021.

[5]陳秋全，楊光勇，劉及東.北方高寒地區(qū)高效節(jié)能型日光溫室優(yōu)化設(shè)計[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003（3）：257-259.

Optimization on Thickness of Insulation Layer of Heated Solar Greenhouse

In order to reduce the heating cost of solar greenhouse and improve economic efficiency,we optimized the insulation layer's thickness of heated solar greenhouse.We introduced the core economic parametersto reflect the relationship between energy saving efficiency and construction investment,and we provided a detailed calculation method by taking Urumqi as an example.The results showed that,the core economic parametershad maximum value,and the optimum thickness of the insulation layer of solar greenhouse was 0.082 m in the region of Urumqi.

Heated solar greenhouse;Energy-saving optimization;Insulation layer;Thickness

S625.5+1

A

1001-3547（2014）06-0047-03

10.3865/j.issn.1001-3547.2014.06.016

自治區(qū)“十二五”重大專項新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)高效持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究與示范（201130104-2-1）

許紅軍（1987-），男，助教，研究方向為溫室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)控，E-mail：xuhongjun01@163.com

秦勇（1962-），通信作者，男，教授，主要從事溫室蔬菜生產(chǎn)方面的研究，E-mail：xjndqinyong@sina.com

2013-11-19