采用定形潛熱蓄熱相變材料的復合墻體的制作方法

本實用新型屬于設施農業工程
技術領域：
，尤其涉及一種適合在溫室大棚中應用的采用定形潛熱蓄熱相變材料的復合墻體。
背景技術：
：溫室大棚利用太陽能可以為植物生長提供適宜的小氣候環境，具有不受季節的限制，不受地域的限制，超時令生產和提高土地利用率等優點。近年塑料溫室大棚依據其具有的建筑運行成本低，結構簡單和方便管理等優點，得到了更多農民的青睞，在設施農業中得到了更快更好的發展。塑料溫室大棚是由覆蓋膜和圍護結構建立的一個相對封閉的熱濕環境。作為圍護結構的北墻承載著集熱、蓄熱、承重和保溫等多重功能，是溫室冬季和夜間重要的供熱源。墻體的材料、厚度和構造都會極大的影響著墻體的熱性能。目前，在實際應用中存在以下兩個問題：(1)以往的研究中，對于墻體層最佳厚度研究較少，至今尚未制定適用于各地區墻體的厚度標準。建造過程中墻體厚度的選擇缺乏依據，當溫室出現低溫凍害時，主觀地認為是因為墻體不夠厚、白天熱能蓄積不足所致，出現了盲目加大墻體厚度的現象，不僅缺乏科學依據，而且也浪費大量人力和土地資源。(2)傳統墻體材料限制了溫室墻體對太陽能的利用。傳統溫室大棚結構簡單，蓄熱性能和保溫性能一般較差，當室外空氣溫度降低，墻體兩側均放能，不能保證農作物正常生長的溫度條件。因此，冬季多需供暖，常規能源消耗較大，太陽能并沒有得到有效地利用。技術實現要素：本實用新型的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的復合墻體，主要應用于溫室大棚，不僅能減少材料的使用量提高蓄熱效率，還可以在一定的溫度區間內蓄存更多的熱量，使復合墻體表現出明顯的“削峰填谷”的作用，尤其對于夜間溫度的提升有明顯的效果，從而保證塑料溫室大棚中的熱環境。本實用新型為實現上述目的，采用以下技術方案：一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的復合墻體，包括墻體，其特征是：所述墻體包括自內向外依次連接的相變蓄熱層、砌塊層和保溫層構成三層結構相變復合墻體，所述相變蓄熱層置于北墻內側，所述保溫層置于北墻最外側，砌塊層置于相變蓄熱層和保溫層之間。所述相變蓄熱層厚度為10-100mm；砌塊層厚度為250-500mm；保溫層厚度為40-60mm。所述三層結構相變復合墻體最佳厚度為390mm，即，相變蓄熱層厚度40mm+砌塊層厚度300mm+保溫層厚度50mm。有益效果：本實用新型所采用的一種以玻化微珠顆粒為主要成分的相變材料，針對其蓄、放熱特性與普通建筑材料相比，相變材料在蓄放熱過程中存在明顯的溫度平臺，能夠蓄存或釋放大量的潛熱，其高蓄熱、低放熱的相變溫度使復合墻體表現出明顯的“削峰填谷”的作用，尤其對于夜間溫度的提升有明顯的效果，有利于溫室大棚中熱環境的保證；提高了溫室墻體內表面材料層的蓄熱能力，確保有效日照時間內充分吸收和蓄存投射在其上的太陽熱能，提高太陽能利用率；增大溫室墻體外表面材料層的熱阻，以最大限度的減小通過墻體流失至室外環境的太陽熱能損失；本實用新型溫室大棚三層結構相變復合墻體厚度為390mm。通過熱阻計算，得出與三層相變復合墻體相同熱阻的厚度為998mm磚墻和2112mm土墻相比，在其他外界條件均相同的情況下進行模擬計算，得出復合墻體的熱性能最優，磚墻最差，復合墻體可以將夜間最低溫度比磚墻和土墻分別提高2.04℃和2.90℃，而在占地面的方面則比兩者減少60％和80％，這對于新型節能性溫室熱性能的提高和土地利用率的減少具有較大的指導意義。附圖說明圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是溫室大棚的物理模型圖；圖3是相變蓄熱層厚度對北墻內表面溫度的影響曲線圖；圖4是蓄熱工況材料中心溫度隨時間的變化示意圖；圖5是放熱工況材料中心溫度隨時間的變化示意圖；圖6是溫室大棚模型的示意圖。圖中：1-相變蓄熱層/相變蓄熱層層；2-砌塊層；3-保溫層，4、北墻。A---室內；B----室外具體實施方式下面結合較佳實施例詳細說明本實用新型的具體實施方式。詳見附圖1、2，本實例提供了一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的復合墻體，包括墻體，所述墻體包括自內向外依次連接的相變蓄熱層、砌塊層和保溫層構成三層結構相變復合墻體，所述相變蓄熱層置于北墻4內側，所述保溫層置于北墻最外側，砌塊層置于相變蓄熱層和保溫層之間。所述相變蓄熱層厚度為10-100mm；砌塊層厚度為250-500mm；保溫層厚度為40-60mm。所述三層結構相變復合墻體最佳厚度為390mm，即，相變蓄熱層厚度40mm+砌塊層厚度300mm+保溫層厚度50mm。相變蓄熱層具有比熱容大、潛熱蓄熱性能高特點，砌塊層具有承重并兼有顯熱蓄熱性能構成新型墻體材料，保溫層具有熱導率小、熱阻大的高保溫性能特點。依據中華人民共和國機械行業標準《日光溫室結構》JB/T10286-2001中對于日光溫室圍護墻體及后屋面的綜合熱阻值的要求以及我國現行標準《蒸壓加氣混凝土應用技術規程》JGJ17-2008中給出的采暖地區加氣混凝土圍護結構的厚度相關要求，如表1、2所示。表1日光溫室圍護結構的低限熱阻表2不同厚度加氣混凝土外墻熱工性能指標對應天津地區圍護墻體的低限熱阻，應用插值法得到外墻的低限厚度為244mm。日光溫室的室內平均溫濕度近似于一般室內溫濕度，但鑒于日光溫室圍護結構中的前屋面部分是保溫的薄弱部分，故本研究在設計中為加強后屋面的保溫蓄熱性，結合目前砌規格，將后墻的設計厚度為300mm。因此，砌塊層的墻體基材加氣混凝土，厚度為300mm。即可滿足保溫隔熱要求，而采用普通實心粘土磚則需要720mm厚才可以滿足設計要求。加氣混凝土砌塊能在減小墻體厚度14％的前提下保持室內溫度不低于后墻為雙24紅磚溫室，減小了材料的用量，提高了溫室內部土地的使用率，能在減小墻體占地面積的同時增加建筑的有效使用面積。模擬計算40mm厚相變蓄熱層+300mm砌塊層前提下北墻外表面熱流量隨室外溫度的變化情況。隨著保溫層由2cm增加到8cm，北墻外表面的累計熱流量逐漸減小20.68、15.67、12.25、9.82、8.05、6.72MJ/m2，減小幅度為4.68、3.72、3.02、2.55、2.07、1.79％。由此可以看出溫室外表面熱流量不是隨著保溫層厚度呈等比例變化，從5CM開始只有小幅變化，之后累計散熱量的減小均小于3％甚至更小，單純的增加保溫層厚度對墻體熱性能影響幾乎可以忽略，由此可以說明溫層厚度為5CM時可以滿足溫室墻體對保溫性的要求。因此本實用新型設定砌塊層的墻體基材加氣混凝土，厚度為300mm，保溫層厚度50mm。相變蓄熱層的厚度影響墻體和棚內空氣的溫度，理論上來說，相變蓄熱層厚度越大，蓄熱量越多，越有利于棚內熱環境的提高。但事實上，隨著厚度的增加，蓄熱量的增加是很有限的，反而會引起投資的大幅增加。因此，尋找最佳厚度對于相變蓄熱墻體的優化是至關重要的。在砌塊厚度和保溫層厚度一定后(300mm砌塊層+50mm保溫層)，采用模擬計算的方法確定相變蓄熱層的最佳厚度。得到天津地區典型供暖日(12月25-12月30日)120小時中，相變蓄熱層由0cm增加到9cm時的北墻內表面溫度變化及墻體蓄放熱情況。詳見附圖4、圖5，相變材料與普通水泥砂漿蓄熱放熱的過程及放熱工況材料中心溫度隨時間的變化示意圖。詳見附圖3及表1，可以看出墻體內表面溫度變化趨勢一致，墻體內表面溫度不是隨著相變蓄熱層厚度呈等比例變化，從4cm開始只有小幅變化，最低溫度的提升小于0.5℃，最高氣溫基本沒有變化，因此說明相變蓄熱層墻體厚度為4cm時可以滿足溫室墻體對蓄熱性的要求。從表中看出，隨著相變蓄熱層厚度的增加，累計蓄熱量和累計放熱量都在逐漸增加，但幅度越來越小，在厚度小于40mm之前，累計熱量增加翻倍較為明顯，達到40mm之后，增加的百分率均小于1％，可以看出40mm相當于一個增率變化的轉折點，所以考慮選擇40mm作為相變蓄熱層的最佳厚度是可行的，這與墻體內表面溫度得出的結論是一致的。因此該采用新型定形潛熱蓄熱相變材料的三層結構相變復合墻體厚度為390mm，三層厚度分別為：40mm相變蓄熱層+300mm砌塊層+50mm保溫層。表3不同厚度相變蓄熱層墻體的蓄放熱比較為探究該復合墻體在溫室大棚中的使用效果，搭建了縮尺寸簡易溫室大棚，溫室大棚模型如圖6所示。尺寸結合中華人民共和國機械行業標準《日光溫室結構》JB/T10286-2001，進行相似縮小(各尺寸如圖標注)。實驗溫室大棚坐北朝南，東西延長，外墻采用本實用新型提出的三層結構進行構筑，同時在室內布置溫度測點。整理測試數據得到溫室內的溫度如表4所示，達到溫室室內溫度的要求，墻體蓄熱、釋熱效果良好。表4溫室大棚室內溫度氣溫情況室外氣溫室內氣溫最高氣溫5.5526.53最低氣溫-6.104.81夜間平均氣溫-2.3311.05上述參照實施例對該一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的復合墻體進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本實用新型總體構思下的變化和修改，應屬本實用新型的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3