相變材料與稻草磚結(jié)合構(gòu)建新型復(fù)合溫室墻體

姜 偉 張榮花 鄭 鑫 張兆強

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 土木水利學(xué)院，黑龍江 大慶163319）

溫室是一種典型的普遍應(yīng)用與我國北方寒冷地區(qū)的農(nóng)業(yè)設(shè)施，主要通過吸收太陽光的輻射熱量取暖。一般的溫室白天陽光充足時溫度較高，墻體保溫性能較好，但是蓄熱能力不足，以至于晚上溫室內(nèi)溫度低，影響作物生長，可能還需要生爐子或加裝暖氣等輔助供熱。研制較強保溫蓄熱能力的墻體材料一直是我國設(shè)施農(nóng)業(yè)工作者的重要任務(wù)。石蠟作為常見的相變蓄熱儲能材料（PCM），在發(fā)生相狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中，可吸收環(huán)境中大量的熱，并在環(huán)境需要時將熱量釋放出來，從而有效控制環(huán)境溫度，使溫室的晝夜溫差縮小，有利于作物生長。

稻草分布零散、收運輸成本與綜合利用經(jīng)濟效益不成正比等原因，使稻草利用率大大降低。大部分農(nóng)民采取直接焚燒的方式處理剩余秸稈。焚燒稻草的過程中會產(chǎn)生大量的氣態(tài)污染物和煙霧等有害物質(zhì)。遇到降雨或降雪隨著一起落下，就成為酸雨或酸雪。我國溫室建筑的墻體還是以紅磚（燒制粘土磚）為主，破壞土地資源，燒制過程中放出當(dāng)量CO2溫室氣體。隨著國家環(huán)保法律法規(guī)的頒布和人們環(huán)保意識的增強，一些研究者，變廢為寶，利用稻草制成稻草磚代替紅磚，用于墻體填充材料是非常有意義的，但也存在著蓄熱能力差等問題。本文提出用雙層玻璃中夾石蠟變相材料與打包稻草磚接合墻體，優(yōu)勢互補，打造一種新型的節(jié)能蓄熱溫室墻體。

1 通常的稻草磚墻

稻草磚作為一種新型建筑墻體，保溫效果好。原材料是水稻秸稈，簡稱為稻草，可再生利用而不污染環(huán)境，建設(shè)成本很低。基本參數(shù)：稻草磚打包機做成90 cm、高度為36 cm、厚度為45 cm，重量為36 kg 稻草磚，密度在90-140 kg/m3范圍內(nèi)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.102 W/(m·K)左右小于0.12 W/(m·K)，屬于保溫材料[1]。基本結(jié)構(gòu)是將稻草包像磚塊一樣堆成墻芯，然后在堆成的稻草包兩側(cè)抹上灰泥。捆通常以連續(xù)粘合方式堆疊，但根據(jù)墻內(nèi)的框架可使用其他布局。有三種主要的石膏粘合劑：水泥、石灰和粘土。通過改變粘合劑、集料、纖維和外加劑的比例，可以從這些粘合劑中開發(fā)出多種石膏混合物。抹灰技術(shù)各不相同，但通常將灰泥鋪成幾層，最后的紋理作為撇渣層。多數(shù)采用混凝土框架稻草磚房結(jié)構(gòu)，由柱基、條基、草磚墻、混凝土柱、混凝土梁板、屋蓋組成。本文推薦使用鋼結(jié)構(gòu)骨架，便于安裝相變玻璃維護結(jié)構(gòu)。

2 試驗改進稻草磚

通常情況下，壓縮稻草磚的壓力值越大得到的稻草磚密實性、防火性、防腐性越強。試驗采用威海市試驗機制造有限公司生產(chǎn)的YA-2000A 型號200t 壓力試驗機稻稈進行壓縮性能分析試驗，找出稻草秸稈受壓縮的規(guī)律。稻稈壓縮試驗采用的材料來源于黑龍江省齊齊哈爾市富裕牧場的水稻秸稈，氣干稻稻托含水率為12.9%。秸稈的破碎度和壓力設(shè)置如下：長度20-15 mm，15-10 mm，10-5 mm，5-0 mm；壓力6000 N，5000 N，4000 N，3000 N。

稻草秸稈材料有一定的粘彈性。試驗結(jié)果表明，稻稈壓縮完成后，應(yīng)力釋放具有一定的規(guī)律性，此種規(guī)律與稻稈碎度和壓縮應(yīng)力有直接關(guān)系。實驗中得到的是當(dāng)?shù)拒幩槎葹?0-5 mm，壓力為5000 N 時，達到平衡，應(yīng)力釋放最快，效果較好，可以作為稻稈的最終成型捆扎提供參考數(shù)據(jù)。

3 含石蠟材料雙層玻璃結(jié)構(gòu)

通過在玻璃圍護結(jié)構(gòu)中填充石蠟相變材料改善其熱惰性、吸收太陽能進行蓄熱。一些學(xué)者考慮含石蠟材料層玻璃圍護結(jié)構(gòu)中相變材料的半透明特性影響，開展了太陽能輻射傳熱下玻璃圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)的相變材料導(dǎo)熱和傳熱問題研究[2]。根據(jù)上述試驗結(jié)果，本文選用玻璃厚度為0.008 m，石蠟層厚度為0.015 m，石蠟熔點為33℃，相變溫度在28-38℃之間，相變潛熱為14000 J/ (kg·K)，最終，含石蠟材料雙層玻璃結(jié)構(gòu)的總厚度為0.008*2+0.015=0.031 m，四周用硅酮結(jié)構(gòu)膠密封。

4 相變材料與稻草磚結(jié)合構(gòu)建的新型復(fù)合溫室墻體施工方法

為了增加保溫蓄熱效果，稻草磚墻與相變玻璃中間夾10 mm 空氣夾層，如圖1 所示。具體的施工方法如下：

圖1 墻體結(jié)構(gòu)示意圖

稻草磚墻砌筑工藝流程是：墻位放線→鋪放地面防潮氈條→固定沿地龍骨→固定沿頂龍骨→固定沿壁龍骨或豎龍骨→砌筑稻草磚→嵌縫。在砌筑墻體過程中，稻草磚的擺放是最重要的，必須確保錯縫砌筑，避免豎向通縫，應(yīng)該與地基的一側(cè)持平。

參考玻璃幕墻施工標(biāo)準(zhǔn)，鋼框架固定含石蠟材料雙層玻璃結(jié)構(gòu)，具體流程如下：首先，要進行施工前的準(zhǔn)備工作，制定施工方案和施工設(shè)計規(guī)劃；第二步，測量放線，校準(zhǔn)、處理埋件；第三步，安裝鋼支撐體系，駁接座的焊接；第四步，安裝駁接系統(tǒng)與玻璃面板；第五步，板縫耐候膠處理；第六步，檢查玻璃結(jié)構(gòu)密封情況驗收。

5 結(jié)論

隨著溫室建筑墻體研究的不斷深入，未來一定是追求高保溫和蓄熱能力、綠色環(huán)保、成本低的建筑材料。復(fù)合型材料集合多種材料的優(yōu)勢，如：本文提出的相變儲能大的石蠟與環(huán)保、成本低的稻草磚結(jié)合組成的復(fù)合型墻體是個很好的研究方向，為探索高性能溫室墻體提出了新的思路，同時，等待下一步的實踐中的檢驗效果。