日光溫室裝配式土質夾心墻體熱濕遷移及蓄放熱性能

王少杰，張廣鵬，劉 鑫，吳 昆,3，劉福勝，魏 珉，胡玉秋

·農業生物環境與能源工程·

日光溫室裝配式土質夾心墻體熱濕遷移及蓄放熱性能

王少杰1,2，張廣鵬1，劉 鑫1，吳 昆1,3，劉福勝1，魏 珉2，胡玉秋1

（1. 山東農業大學水利土木工程學院，泰安 271018；2. 山東農業大學園藝科學與工程學院，泰安 271018；3. 山東交通職業學院，濰坊 261206）

為研究日光溫室裝配式土質夾心墻體的熱濕遷移及蓄放熱性能，通過可控式墻體熱濕耦合試驗臺控制墻體兩側溫度、相對濕度的不同，實測墻內溫度、相對濕度的穩態分布及瞬態變化，并對墻體的蓄放熱性能進行定量計算與分析。結果表明：該層狀異質結構復合墻體，熱濕遷移存在耦合但并不明顯；墻內填土始終保持高濕狀態，有利于墻體蓄放熱，是該墻體的主要蓄放熱體；外側墻板保溫隔熱效能明顯，室外環境變化對墻體保溫蓄熱性能影響較小，且能使墻內熱量主要向室內單向釋放；墻內熱量釋放存在滯后效應，最長可持續6 d+6.5 h，但以快速放熱期（4 d+8 h內）所釋放熱量為主，約占總放熱量的85.64%～91.21%；所建立的數值分析方法可為不同厚度的同類墻體設計與建造提供參考，具有指導生產意義。該新型墻體設計理念先進，蓄放熱性能優越，且能夠快速裝配、重復利用、就地還田，適于在中國大面積推廣應用。

日光溫室；墻體；溫度；土質夾心；熱濕遷移；蓄放熱性能；裝配式墻體

0 引 言

日光溫室是中國獨有的一種溫室類型，其通過后墻吸收太陽能實現蓄放熱，維持棚內溫度以滿足蔬菜作物生長，能有效解決中國北方地區冬季果蔬供應問題[1-4]。當前，中國日光溫室墻體仍以就地取材、成本低廉、保溫蓄熱性能良好的土墻為主，但由于墻體穩定和蓄熱保溫的需要，土墻普遍較厚且易坍塌，土地利用效率低，施工緩慢且受季節性影響。研究表明，一般日光溫室墻體應具有保溫和儲放熱2種功能，隨著技術發展，采用聚苯乙烯板材或型磚作為墻體室外側保溫層、使用土壤作為墻體室內側蓄熱層的新型復合墻體在實際生產中已經得到了推廣和應用[5]，但其保溫蓄熱層特別是建造方式仍無法滿足工業化建造、多次重復利用的現實技術需求。為解決上述不足，研發了裝配式土質夾心異質復合墻體[6]，該墻體以輕質節能保溫板為墻體室外側保溫層，以土和普通鋼筋混凝土板為蓄熱層，同時內外兩側墻板通過筋材或立柱進行連接，提高其結構穩定性與抗災能力，土質夾心層厚度可根據不同作物對溫度的不同需求靈活調整，外側保溫板可有效阻隔熱量傳遞。該類型墻體施工建造方便快捷，蓄放熱性能優越，內外墻板可重復利用，內部夾心土可原位還田，綜合性能優越，有關技術已在山東煙臺、濰坊、臨沂等地區日光溫室建造時推廣和應用。

圍繞層狀異質復合墻體及單一材質墻體的熱濕遷移及蓄放熱性能，在現場試驗方面，史宇亮等[7-8]研究表明土墻白天蓄積熱量的43%用于改善夜間溫室內的熱環境；武國峰等[9]計算分析了3種不同墻體結構日光溫室各組成元素的熱工性能，結果表明土質墻體在保溫蓄熱方面優于秸稈塊墻體；陳超等[10]研究了制作方式對日光溫室蓄熱材料熱性能的影響。國內學者還通過數值分析方法對墻體熱工性能進行了研究[5,11-17]，其中，李明等[5]計算得到土墻蓄熱層厚度為38.5 cm，佟國紅等[17]對比分析了復合墻和土墻保溫蓄熱能力的差異。上述研究表明日光溫室復合墻體具有更好的蓄放熱性能，僅通過增加墻體厚度提高蓄熱效率非常有限[18]，其建造應向輕量化、現代化、標準化、工業化方向發展[19-24]。對異質復合墻體的熱濕性能研究還表明，濕遷移會影響墻體保溫蓄熱能力，熱遷移影響濕遷移進而改變墻體熱工性能[25-28]。與現場試驗、數值模擬相比，室內模型試驗能通過精準調控室內熱濕環境，深入系統研究墻體的熱濕遷移及蓄放熱性能，尤其是有利于揭示墻內填土對溫度變化響應存在的滯后效應[29]，該領域的研究相對較少且十分必要。

本文以自主研發的可控式墻體熱濕耦合試驗臺[30]為基礎，通過試驗和理論方法系統研究日光溫室裝配式土質夾心墻體的熱濕遷移及蓄放熱性能；在試驗研究基礎上，修正建立該層狀異質復合墻體的熱工性能數值分析方法，旨在為不同土質夾心層厚度的同類型墻體提供蓄放熱性能計算方法，為該新型墻體推廣應用提供技術依托。

1 試驗概況

1.1 試驗墻體

試驗墻體系層狀異質復合墻，室內模型試驗段長1.2 m、高0.6 m，總厚度600 mm，示意圖如圖1所示。其中，室外側采用山東和悅生態新材料科技有限責任公司生產的裝配式CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板，厚100 mm，具有優良的保溫隔熱特性，能有效阻止室內側熱量向外側傳輸；墻內填土采用泰安當地耕地用土夯實，厚440 mm，就地取材，蓄熱放熱性能好；室內側采用60 mm厚普通鋼筋混凝土板，能在有效支擋墻內填土的同時，因導熱系數大能快速傳熱。為保證試驗過程中熱量在墻體中一維傳遞，以避免邊際效應，在墻體上下左右四周均采用聚苯保溫板（對應的熱阻為10.26 ℃/W）進行封裝，試驗墻體對應的實測熱阻為3.53 ℃/W，熱阻值前者遠大于后者能實現熱量在墻體中一維傳遞。試驗墻體所用材料對應的各項參數詳見表1。

圖1 試驗墻體及測點布置示意圖

表1 試驗墻體所用材料各項參數

注：填土質量含水率為13.14%，對應最佳含水率。

Note: The fill water quality moisture content is 13.14%, corresponding to the optimum moisture content.

1.2 試驗儀器

通過課題組研發的可控式墻體熱濕耦合試驗臺調控墻體兩側溫濕度，如圖2所示。該試驗臺主要由2個可控式恒溫恒濕箱組成，用于模擬實際環境的溫濕度工況，提供試驗要求的溫濕度環境，當將箱體開敞一側與墻體密封時，溫度值可以設定在10～100 ℃，偏差不超過±0.5 ℃；相對濕度值可以設定在30%～95%，偏差值不超過±2%。數據采集采用上海搜博實業有限公司生產的SLHT1溫濕度傳感器、SM1210B溫濕度采集模塊及SV3000環境狀態監測系統。

圖2 墻體試驗

1.3 測點布置

為得到墻體內部溫度、相對濕度的穩態分布和動態遷移情況，在墻體內部共布設8個溫濕度測點，如圖1所示，8個測點在空間上形成一條沿墻體厚度方向的水平直線。其中，1、2、3號測點沿CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板厚度方向按間距為50 mm等分布設于板的兩側和中點處；4、5、6號測點沿墻內填土厚度方向按間距為110 mm等分布設；7、8號測點沿室內側普通鋼筋混凝土板厚度方向分別布設于板兩側，所有測點沿長度、高度方向均布設于中心位置。數據采樣時間間隔為5 min。

1.4 工況設計

為研究墻體兩側溫度、相對濕度變化對墻體熱濕遷移及蓄放熱性能的影響，綜合考慮日光溫室室內外實際對應的熱濕環境和試驗臺的技術參數，設計2個試驗組共7種工況（表2），每種工況以墻體內溫度、相對濕度達到相對穩定并維持12 h以上，由此進入下一工況。

表2 試驗組列表

為研究日光溫室內部溫度變化對墻體熱濕性能的影響，試驗組1設置為室外側溫度、相對濕度不變，室內側相對濕度不變、溫度以5 ℃為梯度由30 ℃降至15 ℃，分別對應工況1-1至工況1-4；為研究室外側溫度、相對濕度變化對墻體熱濕性能的影響，以工況1-2為基準，設置試驗組2開展對比試驗，其中，工況2-1為室外側溫度不變、相對濕度變化；工況2-2為室外側溫度變化、相對濕度不變；工況2-3為室外側溫度、相對濕度均變化。

2 結果與分析

2.1 室內溫度變化時墻體的熱濕性能

2.1.1 墻體溫度及相對濕度穩態分布

試驗組1各工況對應的所有測點溫度、相對濕度達到穩定后，取穩定后12 h內的平均值作為各測點的溫度、相對濕度值，以測點1對應位置為橫軸坐標0點作圖，試驗組1各工況對應的溫度、相對濕度沿墻厚度方向的分布分別如圖3、圖4所示。

注：數字為各測點的對應代碼，下同，以墻室外表面為“0”點。

由圖3可知，試驗組各工況對應溫度均由室內高溫側（600 mm）向室外低溫側（0 mm）傳遞，普通鋼筋混凝土板對熱量的阻隔作用較小，可實現室內與墻內熱量的快速交換；墻內填土能在有效阻礙熱量向外傳遞的同時蓄集熱量，室內溫度越高、對應溫度梯降越大；各工況中1、3號測點溫差均較大，即CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板可有效阻礙墻內熱量向外部的傳遞，保溫隔熱作用明顯。

圖4 試驗組1相對濕度－墻厚曲線

由圖4可知，各工況墻內填土均處于高濕狀態（測點3～6的相對濕度維持在99%以上），基本不向兩側傳遞，室內溫度變化對墻內濕度的影響亦較小，基本規律是伴隨室內溫度的降低墻內濕度略有增加。分析可知，墻內填土處于高濕狀態下，相比于干燥狀態的傳統土墻，含濕量大的土傳熱介質以土和水為主導，從而具有較大的比熱容與導熱系數，使得熱收益增加、蓄熱循環周期縮短[31]，即該特性更有利于墻體在白天吸收太陽輻射蓄集更多的熱量，從而可在夜間或連陰天向溫室內釋放更多的熱量，對日光溫室內熱環境的營造是有利的。

2.1.2 墻體溫度瞬態遷移規律

1）溫度變化率

為獲得各測點的溫度有效下降時間，以1 h為間隔求出溫度下降過程中各測點的溫度變化率，具體方法為：以墻內夾心土層對應的中點即測點5為例，對其溫度變化曲線求導得到測點5的溫度變化率曲線，對應溫度及溫度變化率曲線如圖5所示，溫度變化率大于0為升溫、小于0為降溫，當溫度趨于相對穩定時溫度變化率會在0值處上下波動，找出溫度變化率此時對應的時間點，即為溫度保持相對穩定的時間點，并將該點標示在對應的溫度—時間曲線上，該段時間即為測點的溫度有效下降時間。依據該方法可以在試驗組1各工況對應的溫度—時間曲線上厘清各測點在各工況的溫度變化開始及結束點，如圖6所示；定量結果匯總見表3。實測結果表明，由于墻體內部測點存在溫度滯后效應，故定義以溫度率先達到穩定態的測點8所需要的時間為快速放熱期。

圖5 測點5各階段溫度變化及其溫度變化率

圖6 試驗組1各測點溫度－時間曲線

表3 各階段各測點溫度有效下降時間及下降幅度

注：測點1受室外側溫度（維持在10 ℃上下）影響較大，且溫度變化不大，故未列入表中。

Note: Measurement point 1 is greatly affected by the outdoor side temperature (maintained at 10 ℃), and the temperature does not change much, so it is not listed in the table.

2）空間遷移規律

分析圖6可知，空間上沿墻體厚度方向，各階段各測點溫度有效下降時間由墻體內側至外側依次變長；溫度下降開始時間率先從墻內側開始，越靠近外側溫度開始下降的時間越晚，導致這種現象的原因是墻內填土對溫度變化的響應存在滯后效應，內側普通鋼筋混凝土板較外側CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板具有更高的熱擴散率。熱擴散率是指在一定的熱量得失情況下，物體溫度變化快慢的一個物理量，相當于物體的蓄熱能力，是一個在非穩態導熱過程中非常重要的參數。物體的熱擴散率越大，表明熱量由物體表面向深層或者由深層向物體表面擴散的能力越強，普通鋼筋混凝土板、CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板對應的熱擴散率分別為2.101×10-7、0.499×10-7m2/s。

3）時間遷移規律

為便于分析，以試驗組1對應4個工況為界，將溫度－時間曲線分為3個階段，如圖6所示標注。從時間角度可明顯看出，各測點溫度達到相對穩定所用的時間在第1階段（室內外溫差為20 ℃）最短，第2階段（室內外溫差為15 ℃）次之，第3階段（室內外溫差為10 ℃）最長。其原因是墻體兩側溫差越大，墻體材料的熱傳導就越快，溫度達到相對平衡的速度就越快，單位時間熱量損失的越大，從而達到溫度相對穩定的時間也就越快，這一特性有利于極端天氣下室內氣溫驟降時墻體向室內快速釋放熱量，減小室內溫度下降幅度。

更進一步的由圖6和表3綜合量化分析可知，由測點5至測點8，即室內側280 mm厚的墻體在3 d+11 h至4 d+15.5 h內溫度達到相對穩定，且下降幅度較大；靠近墻外側厚320 mm的墻體最晚可在6 d+6.5 h后達到相對穩定。即在連續陰天，當日光溫室內部氣溫下降時，墻內側厚280 mm的墻體可持續在4 d+15.5 h內快速向室內釋放熱量，墻外側厚320 mm的墻體最大可持續6 d+6.5 h向室內釋放熱量，但溫度變化幅度縮小即放熱能力較快速放熱期減弱。

2.2 室外溫濕度變化時墻體的熱濕性能

對比試驗組2各工況與工況1-2，可知室外溫濕度變化時墻體熱濕性能遷移規律，如圖7所示。對比工況1-2與2-1，即當室外相對濕度增大時，試驗組2-1中靠近室外側的測點1～3的溫度明顯低于工況1-2，而測點4～8的溫度基本相同；室外側相對濕度的提高導致測點1相對濕度增加，進而使導熱系數變大，降低該處保溫性能，使測點1～3處溫度下降明顯，而對墻內填土及室內側影響不大。對比工況1-2與2-2，可明顯看出室外側溫度提高對墻體相對濕度影響不大，對墻體的溫度影響較大，測點1～8溫度均有所提升，但越靠近室內側溫度變化越小，以測點1的溫度所受影響最大。對比工況1-2與2-3，即當室外側溫度、相對濕度同時提高時，首先室外側溫度的升高使墻內溫度整體提高，但由于室外相對濕度提高使靠近室外的測點1～3溫度提升幅度較工況2-2低，該段曲線形狀更接近于工況2-1；上述現象說明無論室外高溫或低溫，室外高濕環境都會降低室外側210 mm厚墻體的溫度，但影響深度有限。

圖7 室外溫濕度變化時墻體的熱濕性能

2.3 墻體蓄熱、放熱性能分析

2.3.1 墻體蓄、放熱量計算

墻體蓄集、釋放熱量的過程是墻體內能增加、減少的過程，可以通過墻體內溫度的變化計算得到蓄、放熱量。物體熱量與溫度的換算公式為

=D（1）

式中D為物體的溫度變化值，℃；為物體所吸收或釋放的熱量（D為正值時表示吸收熱量、為負值時表示釋放熱量），kJ；為物體比熱容，kJ/(kg·℃)；為物體質量，kg。

裝配式土質夾心墻體為層狀異質復合墻體，水平方向由3種不同材料組成，其比熱容各不相同，根據試驗測點沿墻厚方向的分布，以測點1～8對應的在墻厚方向上的距離將墻體離散為7層，每一層墻體可以看作是穩態導熱，其傳熱過程可認為是沿墻體厚度方向的一維穩態導熱[11]，第層墻體的蓄、放熱量計算公式為

墻體整體蓄、放熱量計算公式為

2.3.2 室內溫度變化時墻體的蓄放熱性能

由公式（2）～（4）計算可知試驗組1各工況墻體各層的蓄、放熱量，如圖8所示。分析可知，墻體主要蓄、放熱體為墻內填土，且越靠近室內一側蓄集的熱量越多，各工況及工況間各階段墻內填土平均蓄、放熱占比分別為75.81%、75.38%；室內側普通鋼筋混凝土板次之，各工況及工況間各階段平均蓄、放熱占比分別為21.92%、21.90%；室外側CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板蓄放熱量最小，主要起隔熱作用，這對墻體向室內側單向釋放熱量是有利的。

由公式（2）～（5）計算比較了試驗組1各工況所有測點溫度相對穩定時墻體的蓄熱量和對應各階段快速放熱期結束時以及各階段結束時墻體的放熱量，如圖9所示。由圖9可明顯看出，各階段放熱率隨著墻體兩側溫差的減小不斷提高，第1階段結束時放熱量占工況1-1穩定時蓄熱量的26.57%，第2階段結束時放熱量占工況1-2穩定時蓄熱量的29.97%，第3階段結束時放熱量占工況1-3穩定時蓄熱量的60.62%。快速放熱期所釋放熱量占各階段放熱量的絕大比例，其中第1、第2、第3階段快速放熱期所釋放的熱量分別占總放熱量的88.64%、85.64%和91.21%，用時分別是3 d+11 h、3 d+16 h和4 d+ 8 h（見表3），即伴隨墻體兩側溫差減小，快速放熱期的時長、放熱率均提高。

圖8 試驗組1各層蓄放熱量

圖9 試驗組1各時期墻體蓄放熱量

2.3.3 室外溫濕度變化時墻體的蓄放熱性能

計算試驗組2各工況墻體各層蓄熱量并求得與對比工況1-2的熱量變化值，如圖10所示。分析圖10可知，當室外相對濕度提高時（工況2-1），墻體第1～3層蓄熱量下降。由工況2-2、工況2-3的熱量變化均為正值可知，由于室外側溫度提高，使墻體溫度升高，墻體內能增加而蓄集更多熱量；對比工況1-2與工況2-1、工況2-2與工況2-3可明顯看出，墻體外側相對濕度提高使墻體第1～3層熱量流失、而第4～7層熱量并無明顯變化，結合2.2節的分析可知，室外相對濕度提高不僅降低了室外側210 mm厚墻體的蓄熱性能，而且使熱量由墻內向室外側單向流失，即可以通過進一步提高外側墻板的熱阻和防水性能改善墻體熱環境。

圖10 試驗組2與工況1-2各層蓄熱量變化值

3 數值分析方法

3.1 數值建模

通過有限元軟件ANSYS和APDL參數化語言，采用2維4節點熱分析單元PIANE55建立裝配式土質夾心墻體的數值模型，對普通鋼筋混凝土板、墻內填土、CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板分別賦予不同的建模參數（表1），網格尺寸為10 mm，采用熱分析第一類邊界條件，即物體邊界上溫度已知且為定值，對室內外兩側施加溫度荷載并提取試驗測點對應路徑上的溫度，通過數值分析方法研究墻體熱工性能。試驗實測結果表明土的相對濕度始終處于高濕狀態（99%以上），且相對十分穩定，對導熱系數的變化無明顯影響；故為了建立簡單實用高效的數值分析方法，本文在進行數值模擬時考慮了相對濕度的影響但沒有考慮相對濕度變化的影響，所采用的導熱系數為土在高濕狀態下對應的導熱系數。

3.2 試驗驗證

選取具有代表性的工況1-2、2-1，開展數值計算與實測結果的對比分析，如圖11所示。

圖11 模擬與實測溫度對比圖

可明顯看出，各測點溫度實測值均較為均勻的分布在模擬曲線兩側，且數值計算結果與實測結果變化趨勢一致，均由高溫側傳向低溫側，模擬曲線的斜率變化體現為墻體各材料的不同；定量分析表明，各測點除工況2-1中測點2誤差為1.34 ℃以外，其他各測點的誤差均在1.00 ℃以內，數值計算與實測結果的良好吻合為后續定量研究土質夾心層厚度不同的同類型墻體的熱工性能提供了高效方法。

4 討 論

日光溫室是農業生產中應用最廣泛的果蔬園藝設施之一，其墻體是日光溫室的主要蓄放熱體，本研究結合實際生產需求，以最新研發的日光溫室裝配式土質夾心墻體為研究對象，在材料選擇與結構布置上以普通鋼筋混凝土板和具有一定水分的土為蓄熱材料，以CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板為室外側隔熱保溫材料，試驗結果表明該設計理念可行且有利于營造、維持溫室內的溫度。本文所研究墻體適于中國北方地區種植草莓、葡萄等，尤以種植草莓可趕上春節茬口上市，經濟效益十分明顯。為兼顧墻體的保溫蓄放熱能力與快速建造、節約土地資源，本文墻厚為600 mm，墻內填土為440 mm，若要進一步滿足對室內熱量要求較高的果蔬生長，廣泛使用的方法為增加墻體厚度，但目前研究表明僅通過增加溫室墻體厚度來提高墻體保溫蓄熱效果非常有限，且墻體的熱量釋放路徑并非一維單向傳遞，后續可在提高單位土體蓄熱量、采取墻體外保溫措施、優化墻體熱量傳遞路徑等方面開展研究。

不同于現場測試，本文通過控制變量的方法，研究了墻體兩側溫度、相對濕度對墻體熱濕遷移的影響，墻體不受雨、雪、風、光照及棚內作物、土壤等因素影響，得到了墻體在工況所設環境下最終穩定時的溫濕度分布情況及遷移過程；同時工況設置未模擬晝夜循環情況下的溫度，后續研究在考慮墻體保溫蓄熱性能影響因素的同時，宜加強晝夜溫度變化對墻內溫度波動影響的研究。

本文試驗數據主要采集了溫度與相對濕度，較準確地獲得了墻內的熱濕分布與遷移變化情況，對于墻體蓄、放熱量的計算與評價主要以理論推導為主，試驗結果與數值模擬結果表明墻內有關墻體保溫蓄熱性能的參數（如導熱系數等）并非固定不變，會因墻體兩側溫濕度環境的變化而受到不同程度影響，鑒于墻體保溫蓄熱性能影響因素的復雜性，如何實時監測、獲得墻體各項熱工性能參數，更加準確計算墻體蓄、放熱量，后續研究應予以加強。

5 結 論

1）日光溫室裝配式土質夾心墻體熱濕遷移存在耦合，但并不明顯；墻內填土始終保持高濕狀態，有利于墻體蓄熱和放熱；室外環境變化對墻體保溫蓄熱性能影響有限，其中室外相對濕度變化僅會使室外側210 mm厚墻體的溫度產生變化。

2）日光溫室裝配式土質夾心墻體主要蓄放熱體為墻內填土，室內側普通鋼筋混凝土板次之；CF蒸壓瓷粉加氣混凝土板則主要起保溫隔熱作用，能使墻內熱量主要向室內單向釋放。室內側280 mm厚墻體對室內溫度變化響應迅速且可在4 d+15.5 h內持續向室內釋放熱量；墻體在快速放熱期4 d+8 h內所釋放熱量占總放熱量的85.64%～91.21%。

3）日光溫室裝配式土質夾心墻體具有優良的保溫蓄熱性能，墻內熱濕遷移對墻體蓄放熱為有利影響，對室外環境變化有一定抵御能力。該新型層狀異質結構復合墻體符合室外側為保溫隔熱層、內側為蓄放熱層的設計理念，且實現了快速裝配、節能環保，具有一定推廣價值。數值分析方法與實測結果吻合良好，可為不同地區不同作物所需不同蓄放熱量日光溫室墻體的設計與建造提供參考，具有指導生產意義。

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Heat and moisture transfer and heat storage and release performance of assembled soil sandwich wall in solar greenhouse

Wang Shaojie1,2, Zhang Guangpeng1, Liu Xin1, Wu Kun1,3, Liu Fusheng1, Wei Min2, Hu Yuqiu1

(1.,,271018,;2.,,271018,;3.,261206,)

Solar greenhouse is a unique type of greenhouse in China. It can absorb solar energy through the back wall to achieve heat storage and release, maintain the temperature in the greenhouse to meet the growth of vegetable crops, and effectively solve the problem of winter fruit and vegetable supply in northern cold region of China. In order to solve the problems of excessive thickness, easy collapse and low land-use efficiency of traditional soil wall, an assembled heterogeneous composite soil sandwich wall was developed. Prefabricated ordinary reinforced concrete slabs and light energy-saving thermal insulation slabs were used on both sides of the wall, respectively. The thickness of the soil sandwich layer could be flexibly adjusted according to the different needs of different crops for temperature. The interior and exterior wall panels are backfilled with soil and tied with reinforcements. The exterior insulation panels can effectively prevent heat transfer. In order to deeply and systematically study the heat and moisture transfer and heat storage and release performance of assembled soil sandwich wall in solar greenhouse, and reveal the hysteretic effect of filling on the response of temperature change, indoor model tests were carried out. The test wall is 1.2 m long and 0.6 m high with a total thickness of 600 mm. CF autoclaved ceramic powder aerated concrete slab with excellent heat preservation and insulation characteristics is used outdoors with a thickness of 100 mm. The filling material in the wall is taken locally, and the cultivated land with good heat storage and heat release performance is tamped, with a thickness of 440 mm. The indoor side is made of ordinary reinforced concrete slab with a thickness of 60 mm, which is effectively supported and retained. While supporting the wall, it has high thermal conductivity and fast heat transfer. Considering the actual indoor and outdoor hygrothermal environment of solar greenhouse and the technical parameters of the self-developed controllable coupled heat and moisture test bench, two test groups were designed under seven cases. The temperature and relative humidity changes of the indoor and outdoor walls were accurately controlled by the test bench, and the temperature and humidity sensors embedded in the wall were used in advance. The data acquisition system is used to measure and analyze the steady-state distribution and transient change of temperature and relative humidity in the wall. The thermal storage and release performance of the wall is calculated and analyzed quantitatively through theoretical formula deduction. On the basis of experimental research, the numerical analysis method of thermal performance of the layered heterogeneous composite wall is revised and established. The results show that the heat and moisture transfer of the composite wall with layered heterogeneous structure is coupled but not significant; the filling in the wall keeps high humidity (more than 90%) all the time, which is conducive to the heat storage and release of the wall, and is the main heat storage and release body of the wall; the thermal insulation efficiency of the outer wall panel is remarkable, and the change of the outdoor environment affects the thermal insulation and storage performance of the wall. The heat release in the wall has a lag effect in time and space, the longest lasting time is 6 days and 6.5 hours, but the heat release in the fast exothermic period (within 4 days and 8 hours) accounts for 85.64% to 91.21% of the total heat release, and the 280 mm thick wall on the indoor side responds quickly to the change of indoor temperature. The numerical analysis method can provide reference for the design and construction of similar walls with different thickness, and has guiding significance for production. The new wall design concept is advanced. The outer wall is thermal insulation layer and the inner wall is heat storage and release layer. It has excellent heat storage and release performance, and it can be quickly assembled, reused and returned to the field in situ. It is suitable for wide application in China.

solar greenhouse; walls; temperature; soil sandwich; heat and moisture migration; heat storage and release performance; assembled wall

王少杰，張廣鵬，劉 鑫，吳 昆，劉福勝，魏 珉，胡玉秋. 日光溫室裝配式土質夾心墻體熱濕遷移及蓄放熱性能 [J]. 農業工程學報，2019，35(23)：209－217.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.026 http://www.tcsae.org

Wang Shaojie, Zhang Guangpeng, Liu Xin, Wu Kun, Liu Fusheng, Wei Min, Hu Yuqiu. Heat and moisture transfer and heat storage and release performance of assembled soil sandwich wall in solar greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(23): 209－217. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.026 http://www.tcsae.org

2019-07-13

2019-11-06

中國博士后科學基金面上項目（2017M622239）；國家大宗蔬菜產業技術體系項目（CARS-23-C04）；國家重點研發計劃政府間國際科技創新合作重點專項項目（2017YFE9135300、SQ2017YFNC060047）

王少杰，副教授，博士，主要從事農業建筑與結構、結構安全與防災診治等研究。Email：tumuwsj@sdau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.026

S625.1; TU111.2

A

1002-6819(2019)-23-0209-09