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传统观念与理论实际的碰撞!浅谈温室墙体的热学设计失误
发布者:光明 发布时间:2021-9-17 阅读:1573

关于传统日光温室的后墙体热学问题的讨论,一直是设施农业行业的一个模糊概念问题。传统思维普遍认为后墙越厚,保温效果越好,但同样存在一些成本过高、种植效率低的负面评价。很多人在省钱提效和花钱升温之间徘徊纠结,今天就这个问题我们本着探讨的心态来客观了解下对于温室的墙体热学传统理解,相信能为很多农业人的决策提供参考。

荷润创丰农业

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立足设施农业产业,以“规划+设计+建设+服务+运营”为理念,聚焦农业规划、温室工程、智慧农业、园区运营等领域,为农业组织提供园区建设运营一体化的解决方案。

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大家都知道,一般房屋墙体的第一作用就是支撑上部屋面、楼面荷载,抵抗水平地震力、风荷载,第二个作用是遮风避雨,第三个作用就是保温、防陋、隔音等。为了满足这些功能要求,一般建筑物四周墙体都要有一定的强度和厚度,加上墙体基础,对于普通的房屋建筑,花费在这方面的费用是十分巨大的,也是十分值得的。

然而,这种传统的思维方法如果放在温室大棚上,就欠合理了,其结果是浪费了许多资金(目前日光传统温室大棚的墙体占温室总投资 60%左右。考虑人工费逐年上升和土建备料、施工工序繁杂等因素,占比还在增加),同时还延长了工期,增加了工种,又污染了环境。如果再算上温室后顶板的费用和棚外盖生活小屋的费用,仅这些土建就能花掉总投资的 80%。

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目前,支撑这种巨大浪费的理论(热学)是∶社会上流传了一种学说,说是后墙砌得越厚,白天可以增加棚内的蓄热量,夜间放热,可提高棚内温度。在这种理论支持下,有的地区土墙已建到3~6m厚。有的地区还下挖棚内土,形成"半地下大棚"。

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我曾力图想用热学原理来解释这种说法,也请教了一些专家,遗憾的是,至今也没有人能说清楚,以讹传讹,却根深蒂固。其实,我举三个生活中的小例子便说明问题了:

1)假如你家住平房,家里冬天的气温过低,有人出主意叫你只加厚后墙和山墙,说白天可以增加蓄热量,晚间放热,你能信吗?事实上,只加厚后墙不可能提高房间内的夜间温度。

2)带后墙的温室,如果前面只是覆盖大棚膜,而没有棉被覆盖,凌晨棚内的温度与不带后墙的拱棚内的温度也是一样的。

3)我们的住房如果盖成半地下室,告诉你,那是一间阴冷的库房。

根据能量守恒定律和辐射原理,厚墙对白天太阳能的摄入没有提高作用(太阳可是非采暖建筑物的唯一热源),夜间厚墙即使保温效果再好,热量也会从建筑物保温最薄弱处散失,即热量主要从大棚的顶部斜板及前部有棚膜、棉被部位流失。从建筑热学设计理论上说,这叫保温的等强原理,也叫"木桶原理"(木桶的盛水量是决定于最短的那块木板,其他板再长也没有用)。后墙不管保温性多好,也不过起到等同于棉被的保温作用。强出的那一部分全部是白费。

另外,厚墙释放热量时,热流方向是斜上方,对下部的农作物作用不大。真正起保温作用的是棚膜上部的棉被。维持棚内温度的主要能源是土壤和植被中储蓄的热量,是靠这部分蓄积的热量不断释放才有较稳定的棚内温度。可见,墙体本身增加储热量和提高夜间温度的说法是缺乏科学依据和违反生活常识的。

换句话说,不带后墙的拱棚如果也能盖上同样厚的棉被,只要棉被有防水性(即不透风性),棚内同样能达到带后墙温室的温度。下面展示一组实验数据来证明这一点

西北农林科技大学园艺学院;宁夏大学农学院发表的日光温室后墙与地面对室内的放热情况课题中的结论性观点:

"为研究日光温室土质后墙与地面对室内的放热情况,测定了晴、阴天气条件下土质后墙和地面的表面温度及热通量。结果表明,单位面积墙体与地面各自的放热量与室内太阳辐射密切相关,晴天夜间单位面积墙体放热量为1.90MJ/㎡,地面放热量为 1.36MJ/,而阴天夜间单位面积墙体放热量为 0.76MJ/,地面放热量为 1.34MJ/m2。对于单位面积墙体和地面而言,晴天墙体放热量大于地面,阴天地面放热量大于墙体,无论晴天还是阴天地面全天放热总量总是大于墙体释放总量,且地面对周期热量变化的缓冲大于墙体。"

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根据以上实验数据证明,对于不带后墙的"冷棚",白天由于没有墙体在与地面争夺室内太阳辐射带来的热能,可使得地面能够蓄积更多的热量。到了夜间,地面放热量必将有所增加。其热流方向及周期热量变化的缓冲都将优于墙体。问题的关键是这类大棚必须全部包裹棉被,即与传统带后墙的日光温室覆盖同样厚度的"保温被",这一点随着各类新型卷帘机的广泛使用已得以实现。另外,大棚两端部的保温也必须跟上。

之所以要谈这个问题,首先是因为后墙造价实在是太高,土地浪费也太严重,还遮挡了墙后的土地,其次就是夏秋两季通风性太差。即使日光温室墙体有一定作用(最多能提高 1℃),用如此高的代价去换来,也是不合算的。相信通过这期观点的探讨,未来更多的农业人能够少走设施建设的弯路。更多设施农业温室问题,欢迎关注公众号联系交流。


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