水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室模型建立及載熱量計(jì)算_武靖韜.pdf

水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室模型建立 及 載熱量計(jì)算 武 靖韜 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 黑 龍江 大慶 摘 要 每年在我國(guó)都存在大量水稻秸稈焚燒導(dǎo)致環(huán)境污染的問(wèn)題 為解決這一難題 旨在充分利用秸稈灰以 實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo) 考慮經(jīng)濟(jì)環(huán)保性能的綜合判定 以溫室墻體保溫材料作為主要研究對(duì)象 文章 對(duì)水稻秸稈灰作為水泥摻料應(yīng)用在日光溫室外墻進(jìn)行實(shí)例計(jì)算 建立日光溫室熱量計(jì)算模型 數(shù)學(xué)模型溫度場(chǎng)實(shí) 例計(jì)算結(jié)果表明 在東北地區(qū)添加水稻秸稈灰的日光溫室載熱量?jī)?yōu)于普通日光溫室 關(guān) 鍵詞 水稻秸稈灰 日光溫室 保溫特性 中 圖分類號(hào) 文 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文 章編號(hào) 引 言 日 光溫室的熱量來(lái)源主要包括五個(gè)方面 太陽(yáng)所提供的輻射熱量 室內(nèi)外溫差造成的熱傳遞 來(lái)自設(shè)備 人群以及照明設(shè)備所產(chǎn)生散發(fā)的熱量 由日光溫室內(nèi)作物光合作用熱能散發(fā)的熱量 溫室墻體保溫材料的保 溫蓄熱性能 在上述原因中 考慮經(jīng)濟(jì)環(huán)保性能的綜合判定 以溫室墻體保溫材料為主要研究對(duì)象 每種植 物都有其自身的最低 最適宜及最高生長(zhǎng)溫度 當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度低于最低溫度或者超過(guò)最高生長(zhǎng)溫度時(shí) 植 物的生長(zhǎng)將會(huì)停止 反 過(guò)來(lái) 當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度處于植物最適宜生長(zhǎng)的溫度時(shí) 植物的發(fā)育速度將會(huì)達(dá)到最 快 由于想要保持植物在最佳的生長(zhǎng)環(huán)境中 需要對(duì)日光溫室進(jìn)行升溫 溫室升溫的目標(biāo)在于 通過(guò)合適的 設(shè)備使日光溫室內(nèi)部的溫度滿足植物生長(zhǎng)的需求 在此過(guò)程中 日光溫室的熱負(fù)荷是一項(xiàng)必須關(guān)注的基本 參數(shù) 文章主要涵蓋了日光溫室載熱量計(jì)算 并對(duì)比摻水稻秸稈灰墻體日光溫室與普通日光溫室載熱量 驗(yàn) 證試驗(yàn)與模擬仿真結(jié)果 從而為其后的設(shè)計(jì)選型奠定基礎(chǔ) 日光溫室的載熱量 日光溫室的 載熱量可以分為以下幾個(gè)方面 溫室外墻結(jié)構(gòu)的失熱量與蓄熱量 冷風(fēng)滲透的耗熱量 溫室 的通風(fēng)耗熱量 溫室內(nèi)部水分蒸發(fā)的耗熱量 加熱由溫室外部運(yùn)輸工具和物料的耗熱量 以及通過(guò)其他途徑 的耗熱量 溫室的 負(fù)荷計(jì)算與常規(guī)建筑有很多共同之處 比如溫室外墻體的傳熱計(jì)算和地面的綜合傳熱 系數(shù)的計(jì)算方法 但在采暖負(fù)荷計(jì)算方面也有一些不同 在日間溫室內(nèi)的作物主要利用太陽(yáng)能進(jìn)行光合作用 植物本身不具備蓄熱能力 冬天由于室外溫 度較低 溫室作為一個(gè)密閉空間基本上不進(jìn)行通風(fēng)換氣 由于日光溫室通風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)啟次數(shù)較少 冷風(fēng) 滲透風(fēng)量可以忽略不計(jì) 普通溫室的外墻體結(jié)構(gòu)相對(duì)單一 本身缺乏蓄熱能力 改進(jìn)日光溫室墻體材 料是增加日光溫室保溫能力的主要手段 因此對(duì)水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室和普通水泥膠結(jié) 料墻體日光溫室載熱量分別計(jì)算 用以驗(yàn)證試驗(yàn)與模擬仿真結(jié)果 日光溫室的設(shè)計(jì)載熱量 應(yīng) 按下式 計(jì)算 式 中 日光溫室載熱量 日 光溫室外墻體熱負(fù)荷 門窗冷風(fēng)滲透熱負(fù) 荷 日 光溫室外墻體的載熱量 在日光溫室的載熱量計(jì)算中 將溫室外墻體的載熱量分為蓄熱量與耗熱量?jī)刹糠?蓄熱量為日光溫室 收 稿日期 作 者簡(jiǎn)介 武靖韜 男 碩 士 研究方向?yàn)槿展鉁厥壹皦w保溫材料 現(xiàn) 代化農(nóng)業(yè) 年 第 期 總第 期 墻體 結(jié)構(gòu)通過(guò)吸收太陽(yáng)輻射能量與外界熱傳導(dǎo)導(dǎo)熱能方式儲(chǔ)蓄的能量 耗熱量考慮到不同的傳熱條件日光 溫室墻體 屋頂和地面會(huì)導(dǎo)致熱量的散失 對(duì)載熱量進(jìn)行修正 這些傳熱條件包括溫室的朝向 風(fēng)力 高度差 以及門的情況等會(huì)影響溫室中熱量的散失情況 溫室外墻體傳熱系數(shù) 可 按下式計(jì)算 式 中 日 光溫室內(nèi)墻面換熱系數(shù) 日 光溫室外墻面換熱系數(shù) 各 層熱阻之和 各 層建筑材料熱阻 材 料層的厚度 材 料的導(dǎo)熱系數(shù) 室內(nèi)地面的 傳熱系數(shù)會(huì)隨著距離外墻的遠(yuǎn)近而變化 但當(dāng)?shù)孛婢嚯x外圍護(hù)結(jié)構(gòu)大約 時(shí) 傳 遞的熱 量基本保持不變 溫 度一般取 根 據(jù)試驗(yàn)地點(diǎn)與時(shí)間選擇 綜合數(shù)據(jù)得出室外計(jì)算溫度選擇為 日 光溫室冷風(fēng)耗熱量 通過(guò)關(guān)閉門窗 并利用風(fēng)壓和熱壓的作用 室內(nèi)外空氣交換的過(guò)程中 室外空氣進(jìn)入室內(nèi)后被加 熱 然后通過(guò)門窗縫隙排出 在這個(gè)過(guò)程中 冷風(fēng)會(huì)帶走室內(nèi)部分熱量 影響這一過(guò)程的因素主要包 括建筑物的內(nèi)外隔斷 門窗的構(gòu)造和朝向 以及室內(nèi)外的溫度和室外風(fēng)速 門窗冷風(fēng)滲透耗熱量 可 按下式計(jì)算 式 中 冷 風(fēng)滲入量 空 氣定壓比熱容 日光溫室室內(nèi)計(jì)算溫度 日 光溫室室外計(jì)算溫度 時(shí) 飽 和空氣密度為 在 計(jì)算日光溫室的冷風(fēng)滲透耗熱量時(shí) 考慮到日光溫室具有很好的密閉性 幾乎沒(méi)有空氣滲透進(jìn)入室 內(nèi) 假設(shè)冷風(fēng)滲透量與溫室的體積成正比 可以使用換氣次數(shù)法進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定門窗進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣量 門 窗進(jìn)入房間的冷空氣量 按 下式計(jì)算 式 中 為溫室換氣次數(shù) 次 為 溫室體積 實(shí) 例計(jì)算 日 光溫室物理模型的建立 試驗(yàn)地點(diǎn)在黑龍江省大慶市 地理位置北緯 東 經(jīng) 溫 室選擇 節(jié)能型 日光溫室 溫室結(jié)構(gòu) 溫室后墻 東西側(cè)墻 溫室采光面 拱架 上弦下弦腹桿水平拉結(jié)鋼筋 前屋面覆蓋 聚乙 烯薄膜 日光溫室的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下 溫室跨度為 溫 室長(zhǎng)度為 棚 間距為 頂 高為 后 墻高度 為 日光溫室外 墻體結(jié)構(gòu)物理參數(shù)如表 所示 表 兩種日光溫室熱工參數(shù) 名 稱 材料及結(jié)構(gòu) 厚度 導(dǎo) 熱系數(shù) 蓄 熱系數(shù) 普通水泥膠結(jié)料 普通水泥膠結(jié) 料 燒結(jié)磚 日 光溫室墻體 擠塑聚苯板 普 通膠結(jié)料 摻水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料 水稻秸稈灰水泥膠結(jié) 料 燒結(jié)磚 日 光溫室墻體 擠塑聚苯板 摻 灰膠結(jié)料 外 覆蓋薄膜 聚乙烯薄膜 地 面 土壤 現(xiàn) 代化農(nóng)業(yè) 年 第 期 總第 期 兩 種日光溫室載熱量計(jì)算 由于兩種日光溫室整體尺寸相同 因此只需計(jì)算一種日光溫室墻體面積即可 通過(guò)計(jì)算得出日光溫室墻 體面積為 由 上述日光溫室不同熱工參數(shù)及計(jì)算公式得出 普通日光溫室外墻的載熱量 為 摻水稻 秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室外墻的載熱量 為 日 光溫室有三面外墻 分四個(gè) 區(qū)域 根據(jù)設(shè)計(jì)模型計(jì)算 每個(gè)區(qū)域?qū)?計(jì) 算可以得出地面載熱量 為 日光溫室換氣次數(shù)取 每 天通風(fēng) 次 次 風(fēng) 量為 根 據(jù)上述冷風(fēng)耗熱量計(jì)算公式得出 日光溫室冷風(fēng)耗熱 量 為 普 通水泥膠結(jié)料墻體日光溫室整體載熱量 水稻 秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室整體載熱量 兩 種日光溫室所采用的外覆蓋膜為同種材質(zhì) 故不重復(fù)計(jì)算考慮 一般的日光溫室都設(shè)有不直接 通向外界的外門 存在緩沖區(qū)間 所以外門附加載熱量消耗量可以忽略不計(jì) 通過(guò)前文所確立的熱力 學(xué)公式 利用測(cè)得數(shù)據(jù)與實(shí)例計(jì)算得出 普通日光溫室載熱量為 摻 水稻秸稈灰墻體日光溫 室外墻的載熱量為 水稻秸稈灰水泥膠結(jié) 料墻體日光溫室載熱量高于普通水泥膠結(jié)料墻體 日光溫室 綜 上所述摻水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體日光溫室保溫性能優(yōu)于普通水泥膠結(jié)料墻體日 光溫室 結(jié) 論與討論 該研究的目 標(biāo)在于構(gòu)建一種日光溫室的物理模型 并對(duì)其載熱量進(jìn)行分析 為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)參考了 傳統(tǒng)采暖熱負(fù)荷計(jì)算方法 并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行優(yōu)化 通過(guò)對(duì)日光溫室墻體的各項(xiàng)載熱量進(jìn)行分析 建立一 種熱損耗計(jì)算模型 同時(shí)利用這一模型對(duì)位于黑龍江省大慶市地區(qū)的日光溫室的耗熱情況進(jìn)行計(jì)算 值得 注意的是 將普通水泥膠結(jié)料墻體和水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體作為比較對(duì)象進(jìn)行研究 通過(guò)計(jì)算實(shí)例發(fā) 現(xiàn)水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料墻體的日光溫室載熱量比普通水泥膠結(jié)料墻體高出 這 一結(jié)果表明 水稻秸 稈灰水泥作為日光溫室外墻體的飾面抹灰材料 在保溫蓄熱性能方面優(yōu)于普通水泥外墻體材料 綜上所述 本研究通過(guò)建立物理模型和優(yōu)化計(jì)算方法 深入分析了日光溫室墻體的載熱量 并明確了水稻秸稈灰水泥膠 結(jié)料在提高日光溫室保溫蓄熱性能方面的優(yōu)勢(shì) 該研究為日光溫室建設(shè)提供了實(shí)用的參考和指導(dǎo) 也為水 稻秸稈灰水泥在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供了依據(jù) 水稻秸稈灰作為水泥的摻合材料 具有經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境改善的潛力 然而 目前其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用范 圍較小 該研究?jī)H針對(duì)北方特有的氣候氣溫進(jìn)行數(shù)值計(jì)算 但未來(lái)可以使用文章所建立的模型來(lái)計(jì)算不同 地區(qū)的實(shí)際案例 從而豐富水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)據(jù) 文章的實(shí)例計(jì)算中所使用的水 稻秸稈灰是在實(shí)驗(yàn)室中制備的 然而 目前熱值生物質(zhì)發(fā)電廠廢料中含有大量的水稻秸稈灰 小麥秸稈灰和 玉米秸稈灰等廢料 因此 未來(lái)可以對(duì)電廠廢料中的灰進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的日光溫室墻體水泥膠結(jié)料制備試驗(yàn) 以 探索解決電廠廢料產(chǎn)生的秸稈灰可循環(huán)利用的方法 并為實(shí)際應(yīng)用提供參考 水稻秸稈灰水泥膠結(jié)料在建 筑領(lǐng)域的應(yīng)用具有潛力 通過(guò)進(jìn)一步研究不同地區(qū)的實(shí)例和探索廢料利用 可以推廣該材料的應(yīng)用范圍 從 而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境改善的目標(biāo) 參 考文獻(xiàn) 盛 軍強(qiáng) 熱風(fēng)采暖條件下溫室熱環(huán)境數(shù)值分析與研究 杭州 浙江工業(yè)大學(xué) 王 飛 嚴(yán)寒地區(qū)日光溫室供暖技術(shù)研究 天津 天津商業(yè)大學(xué) 趙 江龍 嚴(yán)寒地區(qū)日光溫室室內(nèi)熱環(huán)境的研究 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 過(guò) 增元 熱流體學(xué) 北京 清華大學(xué)出版社 現(xiàn) 代化農(nóng)業(yè) 年 第 期 總第 期