相变材料与稻草砖结合构建新型复合温室墙体

姜 伟 张荣花 郑 鑫 张兆强

（黑龙江八一农垦大学 土木水利学院，黑龙江 大庆163319）

温室是一种典型的普遍应用与我国北方寒冷地区的农业设施，主要通过吸收太阳光的辐射热量取暖。一般的温室白天阳光充足时温度较高，墙体保温性能较好，但是蓄热能力不足，以至于晚上温室内温度低，影响作物生长，可能还需要生炉子或加装暖气等辅助供热。研制较强保温蓄热能力的墙体材料一直是我国设施农业工作者的重要任务。石蜡作为常见的相变蓄热储能材料（PCM），在发生相状态转变的过程中，可吸收环境中大量的热，并在环境需要时将热量释放出来，从而有效控制环境温度，使温室的昼夜温差缩小，有利于作物生长。

稻草分布零散、收运输成本与综合利用经济效益不成正比等原因，使稻草利用率大大降低。大部分农民采取直接焚烧的方式处理剩余秸秆。焚烧稻草的过程中会产生大量的气态污染物和烟雾等有害物质。遇到降雨或降雪随着一起落下，就成为酸雨或酸雪。我国温室建筑的墙体还是以红砖（烧制粘土砖）为主，破坏土地资源，烧制过程中放出当量CO2温室气体。随着国家环保法律法规的颁布和人们环保意识的增强，一些研究者，变废为宝，利用稻草制成稻草砖代替红砖，用于墙体填充材料是非常有意义的，但也存在着蓄热能力差等问题。本文提出用双层玻璃中夹石蜡变相材料与打包稻草砖接合墙体，优势互补，打造一种新型的节能蓄热温室墙体。

1 通常的稻草砖墙

稻草砖作为一种新型建筑墙体，保温效果好。原材料是水稻秸秆，简称为稻草，可再生利用而不污染环境，建设成本很低。基本参数：稻草砖打包机做成90 cm、高度为36 cm、厚度为45 cm，重量为36 kg 稻草砖，密度在90-140 kg/m3范围内，导热系数为0.102 W/(m·K)左右小于0.12 W/(m·K)，属于保温材料[1]。基本结构是将稻草包像砖块一样堆成墙芯，然后在堆成的稻草包两侧抹上灰泥。捆通常以连续粘合方式堆叠，但根据墙内的框架可使用其他布局。有三种主要的石膏粘合剂：水泥、石灰和粘土。通过改变粘合剂、集料、纤维和外加剂的比例，可以从这些粘合剂中开发出多种石膏混合物。抹灰技术各不相同，但通常将灰泥铺成几层，最后的纹理作为撇渣层。多数采用混凝土框架稻草砖房结构，由柱基、条基、草砖墙、混凝土柱、混凝土梁板、屋盖组成。本文推荐使用钢结构骨架，便于安装相变玻璃维护结构。

2 试验改进稻草砖

通常情况下，压缩稻草砖的压力值越大得到的稻草砖密实性、防火性、防腐性越强。试验采用威海市试验机制造有限公司生产的YA-2000A 型号200t 压力试验机稻秆进行压缩性能分析试验，找出稻草秸秆受压缩的规律。稻秆压缩试验采用的材料来源于黑龙江省齐齐哈尔市富裕牧场的水稻秸秆，气干稻稻托含水率为12.9%。秸秆的破碎度和压力设置如下：长度20-15 mm，15-10 mm，10-5 mm，5-0 mm；压力6000 N，5000 N，4000 N，3000 N。

稻草秸秆材料有一定的粘弹性。试验结果表明，稻秆压缩完成后，应力释放具有一定的规律性，此种规律与稻秆碎度和压缩应力有直接关系。实验中得到的是当稻轩碎度为10-5 mm，压力为5000 N 时，达到平衡，应力释放最快，效果较好，可以作为稻秆的最终成型捆扎提供参考数据。

3 含石蜡材料双层玻璃结构

通过在玻璃围护结构中填充石蜡相变材料改善其热惰性、吸收太阳能进行蓄热。一些学者考虑含石蜡材料层玻璃围护结构中相变材料的半透明特性影响，开展了太阳能辐射传热下玻璃围护结构内的相变材料导热和传热问题研究[2]。根据上述试验结果，本文选用玻璃厚度为0.008 m，石蜡层厚度为0.015 m，石蜡熔点为33℃，相变温度在28-38℃之间，相变潜热为14000 J/ (kg·K)，最终，含石蜡材料双层玻璃结构的总厚度为0.008*2+0.015=0.031 m，四周用硅酮结构胶密封。

4 相变材料与稻草砖结合构建的新型复合温室墙体施工方法

为了增加保温蓄热效果，稻草砖墙与相变玻璃中间夹10 mm 空气夹层，如图1 所示。具体的施工方法如下：

图1 墙体结构示意图

稻草砖墙砌筑工艺流程是：墙位放线→铺放地面防潮毡条→固定沿地龙骨→固定沿顶龙骨→固定沿壁龙骨或竖龙骨→砌筑稻草砖→嵌缝。在砌筑墙体过程中，稻草砖的摆放是最重要的，必须确保错缝砌筑，避免竖向通缝，应该与地基的一侧持平。

参考玻璃幕墙施工标准，钢框架固定含石蜡材料双层玻璃结构，具体流程如下：首先，要进行施工前的准备工作，制定施工方案和施工设计规划；第二步，测量放线，校准、处理埋件；第三步，安装钢支撑体系，驳接座的焊接；第四步，安装驳接系统与玻璃面板；第五步，板缝耐候胶处理；第六步，检查玻璃结构密封情况验收。

5 结论

随着温室建筑墙体研究的不断深入，未来一定是追求高保温和蓄热能力、绿色环保、成本低的建筑材料。复合型材料集合多种材料的优势，如：本文提出的相变储能大的石蜡与环保、成本低的稻草砖结合组成的复合型墙体是个很好的研究方向，为探索高性能温室墙体提出了新的思路，同时，等待下一步的实践中的检验效果。