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下挖式日光温室土墙温度和热流变化的研究

黄雪  
【摘要】:近年来,为增加日光温室的保温性能,出现了下挖式厚土墙日光温室,并在我国北方地区快速推广使用。但是,由于缺乏理论指导,该类型温室普遍存在墙体厚度过大、耕作层土壤破坏较大、土地利用率不高的问题,需通过系统研究,明确土墙合理的建造参数,为生产提供理论指导。 为此,本研究于2011年12月~2012年3月,在山东省寿光市选取具有代表性的下挖式日光温室为研究对象,对土质后墙不同厚度层的温度和热流、墙体内侧不同高度处温度、温室内土壤不同深度温度和热流及室内外气温和太阳辐射进行了连续观测,分析了墙体不同厚度层温度和热流的变化以及与室内外气温和太阳辐射的关系、墙体内侧不同高度处温度的变化,在此基础上比较分析了温室内墙体和土壤温度与热流的变化。主要结果如下: (1)明确了冬季土墙温度和热流的变化 冬季,墙体各层温度呈先降低再升高的趋势,与室内外气温的季节变化趋势一致。沿墙体的厚度方向,墙体温度总体上由内侧表面到外侧表面呈不断降低的趋势。墙体内侧表面、外侧覆盖层表面温度和热流的变化幅度大,分别与室内外气温的变化趋势相同,墙体温度、热流的变化幅度从浅层到深层依次减小,墙体内侧温度、热流变化幅度较大的层次多于外侧。连阴天条件下,墙体内侧各层温度都有不同程度的下降,向室内放热的层次不断加深,而墙体外侧各层次以向室外放热为主。 (2)摸清了土墙温度和热流与室内外气温和太阳辐射的关系 墙体内外侧表层的温度与气温和太阳辐射具有极显著的正相关,且与气温的相关性高于与太阳辐射的相关性,墙体温度受气温的影响高于受太阳辐射的影响。墙体内各层次与气温和太阳辐射没有直接相关性,墙体内侧或外侧各层次之间具有较高的相关性,相邻两层间温度的相关性最高,随距离增加两层间相关性减小。 墙体内侧表层的热流与气温和太阳辐射呈极显著的正相关,且与太阳辐射的相关性高于与气温的相关性,墙体内侧热流受室内太阳辐射的影响大;而覆盖层外表面、墙体外表面与室外气温和太阳辐射呈显著的负相关,且与气温的相关性高于与太阳辐射的相关性,墙体外侧热流受室外气温的影响大。除表层外,墙体内外侧各层热流与太阳辐射没有直接相关性。 墙体内侧表面至深度0.4m的热流与气温的相关性随深度增加而减小,其余墙体内各层次热流与气温没有直接相关性,表明气温和太阳辐射对墙体热流的影响主要在墙体表层。墙体内侧或外侧除表层外各层次之间的热流具有较高的相关性,且相邻两层之间的相关性最高,随两层间距离的增大相关性减小。 (3)明确了墙体内侧不同高度处温度的变化 冬季,墙体内侧不同高度处的温度呈先降低再升高的趋势,与室内气温的季节变化趋势一致。不同高度处,墙体温度总体上从表面到深层均呈不断降低的趋势,不同高度处表面的温度都高于室内气温,墙体各部分对维持室内气温都具有重要作用。 同一深度处,随高度增加,墙体温度呈不断降低趋势,有热流不断从墙体下部向上部传递。在1月连阴天条件下,墙体上部向室内传热的层次达到0.6m,而中、下部向室内传热的层次达到1.0m,墙体中下部对室内气温的贡献大于上部。 (4)比较了温室内墙体和土壤不同深度温度与热流的变化 冬季,温室内墙体和土壤温度均呈先降低再升高的趋势,与室内气温的变化趋势相同。墙体和土壤表面温度变化幅度大,晴天时两表面温差较大、阴天较小。随深度的增加,墙体和土壤温度的变化幅度均不断减小,且相同深度处墙体温度的变化幅度高于土壤。 墙体和土壤表面的热流变化幅度大,随深度增加,热流的变化幅度均减小,且相同深度处墙体的热流变化幅度大于土壤。晴天墙体和土壤热流的变化幅度明显大于阴天,且晴天吸热时间比阴天长;墙体和土壤表面热流晴天时相差较大,阴天时相差较小。不论墙体或土壤,晴天时向室内放热的层次主要是深度0.2m,阴天时向室内放热的层次为深度0.2~0.4m。 不论晴天或阴天,墙体单位面积的吸放热量均大于土壤的吸放热量,土壤的吸放热总量总体上大于墙体的吸放热总量。墙体和土壤单位面积的吸热量与太阳辐射累积量具有显著的相关性,墙体和土壤的放热对维持室温均有重要作用。 (5)提出了寿光地区下挖式日光温室土墙的适宜厚度 根据墙体温度和热流的变化,把墙体从内到外划分为蓄热层、过渡层和御冷层,其厚度分别为0.8~1.0m、2.2~2.6m和0.4~0.6m(在墙体外侧有覆盖层的情况下)。在不考虑过渡层的条件下,寿光下挖式日光温室土墙厚度以1.4~1.6m为宜。


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