玻化微珠及珍珠岩在低能耗日光温室中的应用

姚轩 王蕊 李珠

0 引言

日光温室作为我国农业生产中的一项重要的农业设施,在我国使用范围非常广泛。自1990年到2001年全国以蔬菜花卉为主体的设施园艺面积已由 14万hm2发展到200万hm2,其中日光温室在设施园艺的发展中起到中坚作用。

我国日光温室经历了酝酿期、发展期和推广期3个时期,温室结构也从一斜一立式土温室、瓦房店式温室发展到节能式日光温室。从“八五”期间开始推广“第一代节能日光温室”到“八五”结束,这段时期内我国的日光温室面积已有13万hm2多,特别是在“九五”期间,日光温室快速发展,2002年年底全国日光温室面积达到27万hm2,之后伴随着国家为加快农业发展尤其是农业设施的发展而出台的一系列相关政策,日光温室更是以惊人的速度快速发展。但在大面积建造日光温室的同时,也出现了一些问题,其中针对如何进一步提高日光温室的节能性能,如何建造性能优异的低能耗日光温室,综合利用农业资源,应对复杂多变的气候环境,实现农副产品优质、高产、跨季节生产等问题,成为农业建筑工程领域中亟待解决的问题。

近几年来,一些民用工程采用新型节能建筑材料进行节能改造并取得了显著的效果,树立了节能典范。特别是其中一些工程采用了以玻化微珠为原材料的新型节能材料,例如山西省太原市山西纺织印染厂居民楼的节能改造、山西省太原市清徐县内“城市窑洞”式居民住宅等,这些工程无论是从建筑节能、建筑结构优化、施工工艺还是经济效益,都取得了良好的效果,各项指标都达到了相关的建筑节能标准,实现了综合目标。这些成功的节能改造工程都为如何解决日光温室的节能问题、提高农业生产效率提供了可以借鉴的经验和实例。玻化微珠保温相变材料在低耗能日光温室中应用的研究正是在此基础之上,提出如何将珍珠岩及其相关的节能建筑材料——玻化微珠保温砂浆应用于低耗能日光温室中,以期达到解决当前日光温室所存在的相关节能问题的目的。

1 玻化微珠保温相变材料在低能耗日光温室中的应用

针对玻化微珠保温相变材料在低耗能日光温室中应用的研究从结构优化、温室的温度和湿度控制、经济效益三方面做了综述。

1.1 结构优化方面

在我国北方严寒地区广泛采用的寿光改良式日光温室后墙的高度为2 m,厚度达到1 m,在采用了玻化微珠保温砂浆后,后墙的厚度只有248 mm～250 mm,高度可降为1.8 m,在结构优化方面,采用了玻化微珠保温砂浆的低耗能日光温室与传统的日光温室相比,围护结构的墙体厚度大大降低,特别是后墙的厚度降低可达75%,这样可以减轻后墙的厚度和重量,改善了墙体的稳定性、降低了墙体的自重,提高了温室结构的抗震性能。

1.2 温室的温度和湿度方面

在温室的温度和湿度控制方面,传统日光温室的主要围护结构采用的是土墙或者是复合墙体作为温室的主要蓄热和隔热体系,这种体系如同是给日光温室穿上了一件厚而松的“棉袄”,而低耗能日光温室的主要围护结构在采用了玻化微珠保温砂浆后,构成了温室的主要隔热和蓄热体系,采用这种体系如同是给日光温室穿上了一件轻而密的“皮袄”。采用了玻化微珠保温砂浆的低耗能日光温室的蓄热和隔热体系充分利用了玻化微珠保温砂浆绝热,保温的特点,并且以玻化微珠为基材加入相变材料,大大提高了温室围护结构的蓄热能力,这种新型复合围护结构可以有效的控制温室内的温度和湿度,当外界温度升高时相变材料从固态变为液态,吸收热量,将热量以热能的形式贮存起来,而当外界温度降低时相变材料从液态变为固态,释放热能,提高温室内的温度,并且可以降低温室的冷负荷,平衡了围护结构的温度差,增强了围护结构的温度承载力,保持低耗能日光温室的温度,使得低耗能日光温室的室内温度能够保持在农作物适宜生长的温度范围内。低耗能日光温室内的温度和湿度相比于传统日光温室,控制更加方便,循环性能更加良好,更好的完善了农作物的生长环境,特别是在冬季对喜温植物的越冬培育提供了更加理想的培育条件。

1.3 经济效益方面

在经济效益方面,由于低耗能日光温室的围护墙体采用玻化微珠保温砂浆替代传统的保温隔热层,节省了墙体和基础的材料用量,同时增加了采光面积,缩短了温室的栋距,提高了温室的土地利用率,同时,由于玻化微珠砂浆的施工性能良好,施工效率高,而材料本身属于无机惰性材料,与有机保温材料相比耐久性强。考虑到以上优点,低耗能日光温室比传统日光温室更具有综合经济效益。

2 珍珠岩在低能耗日光温室中的应用

20世纪80年代后期,无土栽培开始用于农业生产中,之后也开始扩展到园林观赏植物的栽培中。栽培基质是植物生长的基础和媒介,也是无土栽培技术的关键,除了支持固定植株外,更重要的是使来自营养液的养分水分得以中转。植物根系与基质接触,从基质中吸收水分养分。基质对营养液的吸附特性决定了植物营养的供给状况。目前无土栽培的基质种类包括有机基质、无机基质和其他基质,其中无机基质的选材主要是开口珍珠岩。

开口珍珠岩,结构呈开口状,表面积大,具有良好的吸附能力,这些特点符合无土栽培基质的选材要求。作为栽培基质的珍珠岩,其保水排水透气性能良好,保肥能力适中,化学性质稳定,安全卫生,本身无异味,很少滋生虫卵和病原物。在低能耗日光温室中,将珍珠岩按一定比例的用量泼洒在室内的栽培土中,与室内的栽培土共同构成低能耗日光温室的栽培基质,由于珍珠岩表面积大,使得其持水量丰富,保肥性能适中,可以减少浇水和施肥的频率,同时由于珍珠岩具有良好的透气性能,也可以延长农民的耕作周期,综合提高了耕作效率,利于栽培管理。

3 结语

从生物技术应用、建筑结构优化、建筑节能等角度来说,将玻化微珠相变保温砂浆和普通珍珠岩应用于低能耗日光温室可以优化日光温室的建筑结构、进一步提高日光温室的节能效果、经济效益明显、直接,为解决低耗能日光温室的技术瓶颈提供了有效的途径,同时也符合国家相关的建筑节能政策和“三农”政策,可以说于国于民都是双赢的选择。

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