高寒地區日光溫室后墻節能技術的應用

馬 毅，周建容

（阿壩職業學院，四川 阿壩 623200）

高寒地區溫度較低，土壤不肥沃是阻礙當地農產業發展的主要原因，通過建設日光溫室，能有效改善農作物生長環境，對調節農業產業結構具有關鍵作用。但是傳統日光溫室使用后墻保溫性能、承載能力等相對較差，且占地面積較大，易造成資源浪費[1]。臨床發現應用日光溫室后墻節能技術能提升后墻性能，且操作相對簡單，費用較低，有助于高寒地區農作物的栽培和種植。

1 日光溫室后墻類型

日光溫室指帶有后墻的大棚，是保暖效果最好的塑料大棚。在日光溫室中，后墻發揮著重要作用，白天太陽光照射到后墻時，后墻會吸收能量，開始蓄熱；夜間氣溫驟降，棚內溫度降有所下降，此時后墻開始向棚內散熱，維持大棚溫度。由此可見，后墻在日光溫室中有蓄熱和保溫功效[2-3]。

1.1 全堆土式后墻

全堆土式后墻是現階段保溫性能最好的后墻，土堆沿著后墻從地面堆起3m ～5m，且土堆越厚，在夜間溫度驟降時，其保溫效果更好。但是在建設過程中使用土質量較多，在平衡墻體和大棚之間的壓力難度較大，易出現墻體倒塌現象[4]。一旦發生墻體倒塌情況，應及時對后墻進行修復和加固，延長大棚使用壽命和保溫效果。

1.2 半堆土式后墻

半堆土式后墻是指土堆沿著后墻從地面堆起2m ～3m，且保溫性能比全堆土式后墻較低。但是由于使用土質量較少，對墻體產生壓力較小。此外，還可使用材質較輕、原材料消耗較少的空心磚[5-6]。

1.3 磚墻

磚墻具有較好承重、保溫及隔熱等性能，因此可通過修建墻體方式進行保溫。在修建過程中多見24 或37 墻體，使用材料多為空心磚或紅磚[7]。由于墻體蓄熱能力低下，在早晚溫差變化較大時不能向大棚內持續散熱，故可在墻體內使用夾泡沫保溫板進行保溫。但是墻磚占比面積較大，內墻墻體較薄，蓄熱能力低下，寒透能力較強，故不適用于高寒地區[8]。

2 日光溫室后墻改進

2.1 材料選擇

日光溫室后墻主要作用為平衡大棚內溫度，但是不同材料發揮的性能不同，故應根據大棚內栽培農作物、氣候等進行綜合考慮，選擇最佳內墻材料。目前，在日光溫室后墻中以復合材料和組織材料較為多見。從日光溫室后墻熱工方面研究發現，在日光溫室中最理想的墻體是墻體內側為具有較強吸熱和蓄熱的材料組成的蓄熱層，外側為具有放熱和導熱能力較差的保溫層[9-10]。在墻體中間做好隔熱層，能最大限度提升保溫效果。在傳統日光溫室中多用單一的土、磚等進行堆砌，材料單一，且在保溫蓄熱上效果較差。因此，現階段在日光溫室后墻中所選材料為復合墻體，在提升蓄熱能力同時，還能提升大棚內室溫。特別是將苯板作為外側的墻體，保溫效果更好。此外，高寒地區的早晚溫差較大，還應使用EPS 泡沫板進行保溫隔熱，減少熱量散失，最大限度維持墻體溫度。同時，該材料成本低廉，是一種性價比較高的保溫隔熱材料[11]。

2.2 日光溫室后墻熱工性能

日光溫室后墻所使用材料、種類及堆砌高度等直接關系后墻保溫性能。通常情況下，主要通過計算墻體熱工性能判斷后墻保溫性能，其中以冬季保溫性能和夏季隔熱性能為計算標準。日光溫室主要是通過保溫來維持農作物生長，尤其是在高寒地區，主要用途為提升大棚內溫度，以滿足農作物生長需求，因此只用分析冬季保溫性能，判斷后墻保溫效果。保溫材料保溫性能的傳導系數是判別后墻保溫性能的關鍵，導熱系數值越大，導熱系數越好，說明保溫性能越低。因此，在后墻表征材料選擇上，最好選擇導熱系數值較小材料，提升后墻保溫效果。不同組合材料的熱功能性如圖1 所示，具體內容如下：方案①為10cm苯板和40cm 土體；方案②為10cm 苯板和磚墻；方案③為10cm 苯板和40cm 空心混凝土砌塊；方案④為10cm 苯板和40cm 混凝土砌塊；方案⑤為10cm 苯板和40cm 有孔土塊。

圖1 不同組合材料熱工性能

方案⑤導熱系數值最小，保溫效果最強，但是在材料中所有有孔土塊對技術要求較高，在制作上相對較為困難。因此，選用方案③10cm 苯板和40cm 空心混凝土砌塊，作為當前高寒地區日光溫室后墻所用材料。

2.3 日光溫室后墻溫度

10cm 苯板和40cm 空心混凝土砌塊是當前日光溫室后墻最佳材料，但是目前對該材料所產生保溫效果并不明確，需對該材料產生的保溫性能做進一步研究。在研究過程中，將冬季內日光溫室內溫度變化與普通溫棚內溫度變化進行對比，可判斷組合材料保溫效果。研究結果顯示，不用組合材料溫度均高于普通溫棚內溫度，說明10cm 苯板和40cm 空心混凝土砌塊在保溫上產生效果更好。計算整個冬季內2 個大棚內溫度的均值可知，組合材料大棚內溫度均值在9℃左右，在普通溫棚內溫度均值在-4℃。在冬季氣溫最低時，組合材料大棚溫度與普通溫棚溫度差，最大為9℃，再次說明組合材料保溫效果更高，尤其是在溫度下降的情況下，其保溫效果更好。組合材料大棚與普通溫棚溫度比較如圖2 所示。

從研究結果中可以看出，組合材料與普通材料在大棚溫度上相差較大。在使用組合材料后墻后，大棚內溫度明顯增加，說明使用組合材料后，能有效提升大棚保溫效果。

3 日光溫室后墻結構

日光溫室后墻結構不僅影響保溫性能，還影響墻體結構穩定性，對延長日光溫室使用壽命具有積極意義。尤其是在高寒地區，當地資源有限，故應充分利用現有資源，減少資源浪費，提高資源利用率。

3.1 土墻結構

日光溫室后墻具有結構承重、保溫蓄熱等功效，故使用墻體材料及墻體構建結構直接關系日光溫室性能。在修建墻體時，不僅要考慮墻體蓄熱能力、保溫效果，還要考慮對環境影響、所需成本及砌筑速度等。土墻比熱值較大，保溫效果較高，且使用成本較低，砌筑速度較快，是現階段最理想的墻體[12]。且在當前農村中，仍以土墻結構為主要墻體。在以土為材料建造的墻體中有堆土碾壓和干打壘兩種方法。干打壘是最為簡易的筑墻方法，主要是在2 塊固定木板中間填充黏土，這種方法操作簡單，修建較快，牢固性較高。但是在雨季較多地方，易出現坍塌，故應在降雨量較少地域修建；且在修建過程中，摻雜稻草或麥草等還能使墻體強度進一步增加。堆土碾壓是對干打壘做進一步完善，主要是在履帶機作用下，對墻體進行碾壓，達到提升墻體牢固度效果。這種方法不僅能減少人工，還能一定程度上保障墻體保溫效果和承載能力，且修建速度加快，使用成本較低，故得到農民歡迎和喜愛。但是墻體結構也存在諸多缺陷，比如，不同地域土質存在較大差異，墻體性能也有所不同；結構耐久性較差；吸水能力較強，抗雨水沖刷能力低下；占地面積較大；易破壞當地土壤結構。

3.2 磚墻結構

磚墻結構相較于土墻結構具有承載能力強、占地面積小、結構穩定性高等特點，但是由于修建后墻所需磚墻數量較多，成本相對較高，且不同材料或厚度修建的磚墻在保溫效果上也存在較大差異，黏土磚與土壤的導熱性無差異，實心磚墻越厚保溫效果更強，但是保溫效果明顯低于土墻，很難滿足日光溫室農作物生長需求。因此，在使用磚墻結構時，通常使用填充材料進行保溫隔熱，提升墻體保溫性能。

3.3 新型墻體結構

創新墻體結構和使用材料，不僅能減少對資源浪費，還能最大限度提升墻體蓄熱保溫效果。現階段，墻體存在多種結構，如草磚墻、聚苯乙烯泡沫板墻、發泡水泥墻、聚苯乙烯泡沫空心磚墻及空心板墻等。草磚墻主要是將稻草或麥草制作成方塊的草捆，像修建墻面一樣，制作成墻體。同時，在墻體內外層涂抹防水層，并在外側修建泡沫水泥空心墻，以提升保溫效果。這樣不僅可以合理利用農作物，減少資源浪費，還可保護生態環境。聚苯乙烯泡沫板墻根據墻體結構制作成空心磚，在現場采用插接連接方式進行安裝，操作簡單，所用時間較少，且所使用材料還具有反光能力，能使光照均勻分布[13]。發泡水泥墻先使用建筑模板搭建成外墻，再注入發泡水泥，使其膨脹后，形成墻體。這種墻體牢固性較高，密封性和防水性較高。另外，該材料保溫隔熱性能較高，但是在發泡水泥澆筑過程中的難度較大，很難達到理想效果。

4 日光溫室后墻結構改善

通常情況下，在普通溫棚中所使用后墻主要發揮著承載作用，且受當地經濟、條件等影響，所使用材料存在較大差異。其中，土壤、磚塊使用較為普遍，這樣極易出現資源浪費情況發生。因此，通過改善日光溫室后墻結構，可最大限度提升資源利用率和后墻性能，提高日光溫室保溫效果。在該實驗中，所選擇材料為空心混凝土砌塊，根據原料比例制作成塊。

圖2 組合材料大棚與普通溫棚溫度比較

空心混凝土砌塊制作材料及配方如表1 所示，制作成空心混凝土砌塊后，分別進行抗壓、透水系數及凍融試驗，檢測制作空心混凝土砌塊性能是否能達到實際投入使用標準。抗壓試驗使用長、寬、高分別為100mm 的試件，透水系數測定使用直徑和高度分別為100mm、200mm 的試件，凍融試驗使用長寬高分別為100mm、100mm、400mm 的試件。最終實驗結果如表2 所示。

表1 空心混凝土砌塊制作材料及配方

表2 空心混凝土砌塊性能結果

通過試驗后可以看出，制作的空心混凝土砌塊能滿足使用要求，制作完成后可直接投入日光溫室后墻建設中。

5 日光溫室后墻節能技術應用

將制作完成的空心混凝土砌塊投入日光溫室后墻建設中，保障蓄熱保溫性能實現預期目標，將該日光溫室制作成與普通溫棚大小、結構等完全一致形態后發現，其與預期目標完全一致。但是為避免在投入使用后出現后墻坍塌情況，需在墻體內填充石子、澆筑混凝土，提升其穩定性[14]。

6 結束語

高寒地區的氣候、地域等存在較大劣勢，在建設日光溫室中應充分利用資源，減少資源浪費，提升后墻節能性。文章所采用材料為性價比最高的苯板和空心混凝土砌塊組合材料，蓄熱保溫效果較好，適用于高寒地區。