CN105297947B - 一种秸秆砌块日光温室后墙 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种秸秆砌块日光温室后墙，包括蓄热层、隔热层、保温层，沿着后墙长度方向在后墙的两侧等间距设置立柱；蓄热层和保温层由隔热层隔开；蓄热层由Ⅰ型秸秆砌块砌筑而成，保温层由Ⅱ型秸秆砌块砌筑而成，隔热层由聚苯板填充而成；在保温层外侧依次设置铁丝网、卡槽和塑料薄膜；Ⅰ型秸秆砌块由原料组分秸秆纤维、水泥和沙按照质量比1：6～9：15～24制得，Ⅱ型秸秆砌块由原料组分秸秆纤维和水泥按照质量比1：1.5～2.5制得。由Ⅰ型秸秆砌块、聚苯板、Ⅱ型秸秆砌块组成的秸秆砌块日光温室后墙具有蓄热能力强、造价低、施工工艺简单、环保、充分利用农村剩余秸秆材料等优点，能有效提高农业生产的经济效益与生态效益。
Description
技术领域
本发明涉及日光温室后墙，具体为一种秸秆砌块日光温室后墙。
背景技术
日光温室为我国特有的一种温室类型，其后墙具有白天蓄集热量，夜间释放热量的功能，对温室保温起到重要作用。现有的日光温室后墙主要为夯实土墙、粘土砖墙等，夯实土墙占地面积大、土地利用率不高、破坏耕地，而粘土砖墙蓄热性能不强，凌晨及阴天放热量少，同时导热系数大，向室外散热量大，从而导致室内气温较低，同时其造价高、对环境污染大。我国每年秸秆生产量有近7亿吨，主要有小麦秸秆、水稻秸秆、棉花杆、油菜杆、玉米秆等，未能被有效利用，造成大量秸秆材料被随意丢弃、焚烧或掩埋，这不仅造成大量资源浪费而且污染环境，例如：秸秆肆意焚烧造成大量烟雾，使高速公路封闭和航班延误，同时也很容易引起火灾，造成巨大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于解决农村大量秸秆废弃造成资源浪费和环境污染等问题，将秸秆用于日光温室后墙中，提高日光温室保温性能，实现日光温室后墙造价低、更环保、施工周期短的效果，增加日光温室经济效益、生态效益和社会效益。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种秸秆砌块日光温室后墙，包括蓄热层1、隔热层2、保温层3，沿着后墙长度方向在后墙的两侧等间距设置立柱5；所述的蓄热层1和保温层3由隔热层2隔开；在所述的保温层3外侧依次设置铁丝网4、卡槽6和塑料薄膜7，所述的卡槽6水平设置并由保温层3侧的立柱5固定，所述塑料薄膜7由温室卡簧固定在卡槽6上；所述的蓄热层1由Ⅰ型秸秆砌块砌筑而成，所述的保温层3由Ⅱ型秸秆砌块砌筑而成，所述的隔热层2由聚苯板填充而成；
所述的Ⅰ型秸秆砌块是由原料组分秸秆纤维、水泥和沙按照质量比1：6～9：15～24制得的；所述的Ⅱ型秸秆砌块是由原料组分秸秆纤维和水泥按照质量比1：1.5～2.5制得的。
较佳的技术方案中，所述的Ⅰ型秸秆砌块是由秸秆纤维、水泥和沙按照质量比1：9：24制得的；所述的Ⅱ型秸秆砌块是由秸秆纤维和水泥按照质量比1：1.5制得的。
本发明中制备Ⅰ型秸秆砌块和Ⅱ型秸秆砌块时，按照秸秆纤维与水的质量比为1：2.5～4加入水。
本发明所述的水泥为普通硅酸盐水泥，所述的水为地表水，所述的沙为建筑黄沙。
较佳的技术方案中，所述的秸秆纤维由秸秆经秸秆粉碎机粉碎制得，所述的秸秆粉碎机的筛孔直径为20mm，所述的秸秆纤维的长宽比分布为：
优选的，所述的秸秆纤维的长宽比分布为：
长宽比是指纤维长度与宽度(弦向直径)的比值。
所述的秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆、棉花杆、油菜杆或玉米秆中的一种或多种组合。采用20mm筛孔秸秆粉碎机粉碎秸秆制得秸秆纤维。
较佳的技术方案中，所述的铁丝网4和卡槽6通过自攻螺丝固定在卡槽6与不锈钢立柱5交点处。
较佳的技术方案中，所述的后墙高为2.8m，厚度为0.5m；所述的蓄热层的厚度为0.24m，隔热层的厚度为0.10m，保温层的厚度0.16m。所述的Ⅰ型秸秆砌块砌筑的尺寸为390mm×240mm×150mm。
本发明的有益效果：
本发明由Ⅰ型秸秆砌块、聚苯板、Ⅱ型秸秆砌块组成的秸秆砌块日光温室后墙具有蓄热能力强、造价低、施工工艺简单、环保、充分利用农村剩余秸秆材料等优点，能有效提高农业生产的经济效益、生态效益和社会效益。采用本发明温室后墙的日光温室与粘土砖砌块后墙日光温室、空心砌块后墙日光温室相比，材料较低碳环保，蓄热隔热性好，吸湿性强，造价低，施工工艺简单；与纯秸秆砌块后墙日光温室相比，能有效增加后墙蓄热，降低白天室内温度、增加阴天与夜间室内温度，减小室内温度波动幅度，使室内热环境更均衡。与夯土墙日光温室相比，降低了后墙厚度，提高了土地利用率，同时能有效减少耕地破坏。
具体表现为：
与粘土砖砌块相比，Ⅰ型秸秆砌块导热系数大，放热比较均衡，蓄热能力较强，由Ⅰ型秸秆砌块砌筑的蓄热层具有较强的吸湿性，能降低日光温室室内湿度，减轻病害发生。Ⅱ型秸秆砌块具有质轻、导热系数小、保温能力强。
与纯秸秆相比，Ⅰ型秸秆砌块白天能储存大量热量，夜间释放，能使温室热环境更均衡，减少作物遭受高温、低温胁迫伤害。
秸秆砌块容重较粘土砖小，可塑性强，施工工艺简单。蓄热层与保温层采用秸秆与水泥混合的方式，增加秸秆纤维的pH值，提高秸秆砌块的抗菌能力和秸秆砌块的耐久性。
本发明日光温室后墙使用大量秸秆材料替代粘土砖，能提高日光温室生态效益；后墙中秸秆所用量为51kg/m3，温室建造秸秆需求量大，能有效消耗农村大量废弃秸秆材料；秸秆材料可再生、廉价，能有效降低温室建造成本，提高温室的经济效益。
附图说明
图1为本发明秸秆砌块日光温室后墙的结构示意图；
图2为本发明秸秆砌块日光温室后墙的横向俯视图；
图3为本发明秸秆砌块日光温室后墙的纵向剖面图；
图1-3中，1-蓄热层，2-隔热层，3-保温层，4-铁丝网，5-立柱，6-卡槽，7-塑料薄膜。
图4为由不同配比的Ⅰ型秸秆砌块砌筑而成的蓄热层热惰性指标、蓄热系数、以及由不同配比的Ⅰ型秸秆砌块砌筑而成的蓄热层与隔热层、保温层构成的后墙的墙体总热阻、墙体热惰性指标的变化曲线图。
图5为粘土砖砌块、Ⅰ型秸秆砌块在60℃条件下放置24h后再置于28℃条件下放热总量图。
图6为粘土砖砌块、Ⅰ型秸秆砌块在60℃条件下放置24h后再置于28℃条件下放置2h后的放热量变化曲线图。
图7为采用本发明秸秆砌块后墙的日光温室、粘土砖砌块后墙的日光温室、纯秸秆后墙的日光温室晴天、阴天的室内墙表温度变化曲线图。
图8为采用本发明秸秆砌块后墙的日光温室、粘土砖砌块后墙的日光温室、纯秸秆后墙的日光温室晴天、阴天的内墙表向室内散热总量图。
图9为采用本发明秸秆砌块后墙的日光温室、粘土砖砌块后墙的日光温室、纯秸秆后墙的日光温室晴天、阴天的室内气温变化曲线图。
图10为采用本发明秸秆砌块后墙的日光温室、粘土砖砌块后墙的日光温室、纯秸秆后墙的日光温室晴天、阴天的内墙表向室内散热量变化曲线图。
具体实施方案
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述。
如图1、2、3所示，一种秸秆砌块日光温室后墙，包括蓄热层1、隔热层2、保温层3，沿着后墙长度方向在后墙的两侧每隔1.2m设置立柱5，所述立柱5嵌入后墙使两侧立柱的外表面之间的距离与后墙等宽；所述的蓄热层1和保温层3由隔热层2隔开；所述的蓄热层1由Ⅰ型秸秆砌块砌筑而成，所述的保温层3由Ⅱ型秸秆砌块砌筑而成，所述的隔热层2由聚苯板填充而成；在所述的保温层3外侧依次设置铁丝网4、卡槽6和塑料薄膜7，所述的卡槽6水平设置并由保温层3侧的立柱5固定，相邻卡槽6在竖直方向上间隔0.40m；所述的塑料薄膜7由温室卡簧固定在卡槽6上。
所述的铁丝网4和卡槽6通过自攻螺丝固定在卡槽6与不锈钢立柱5交点处。
所述的后墙的高为2.8m，厚度为0.5m；蓄热层1的厚度为0.24m，隔热层2的厚度为0.10m，保温层3的厚度为0.16m。依据蓄热层1的厚度和高度，将Ⅰ型秸秆砌块尺寸设定为390mm×240mm×150mm，Ⅰ型秸秆砌块按m(秸秆纤维)：m(水泥)：m(沙)：m(水)＝1：9：24：4比例混合均匀制作。保温层3由Ⅱ型秸秆砌块填充而成，Ⅱ型秸秆砌块按m(秸秆纤维)：m(水泥)：m(水)＝1：1.5：2.5比例混合均匀制作。其中水泥为普通硅酸盐水泥32.5，水为中碱性地表水，沙为建筑黄沙。
秸秆纤维由20mm筛孔秸秆粉碎机制得，秸秆纤维的长宽比分布情况为：
施工时首先进行基础施工，后墙基础埋深0.5m，且高出地面0.7m，厚度为0.5m，沿着后墙长度方向每隔1.2m在后墙两侧分别设立一根不锈钢质立柱5，两侧立柱5的外表面相距0.5m；待基础施工完毕后，第一层蓄热层1墙体(厚0.24m)、第二层隔热层2(厚0.10m)、第三次保温层3墙体(厚0.16m)依次施工：采用Ⅰ型秸秆砌块按全顺式砌法砌筑蓄热层1，待第一层墙体蓄热层1施工完毕后，用0.10m厚聚苯板进行填充得到第二层隔热层2墙体；待第二层施工完毕后，在距离隔热层外侧0.16m(保温层厚度)处设置铁丝网4，紧贴铁丝网4在竖直方向上每隔0.40m设立一条水平方向的卡槽6。在卡槽6与不锈钢立柱5交点处，使用自攻螺丝将铁丝网4和卡槽6固定在后墙外侧，上下相邻的卡槽6之间用模板从铁丝网4外侧隔挡以固定形状，隔热层2与铁丝网4之间0.16m的空间浇筑夯实形成Ⅱ型秸秆砌块(1.2m×0.16m×0.40m)，自然凝固风干后得到保温层3墙体，再使用温室卡簧将塑料薄膜7固定在卡槽6上，使塑料薄膜7从最外侧覆盖整个后墙，防止雨水对墙体的侵蚀。
在保温层3Ⅱ型秸秆砌块比例筛选过程中，对m(秸秆纤维)：m(水泥)为1：1.5、1：2、1：2.5的三种配比制得的Ⅱ型秸秆砌块进行试验，结果如表1所示，三种不同配比的Ⅱ型秸秆砌块的导热系数、导温系数无显著性差异(p＞0.05)，因此选择制作成本更低的m(秸秆纤维)：m(水泥)＝1：1.5的Ⅱ型秸秆砌块作为保温层砌块。
表1 三种不同配比的Ⅱ型秸秆砌块的导热系数与导温系数
注：同列相同小写字母表示无显著性差异。
在蓄热层Ⅰ型秸秆砌块比例筛选过程中，对m(秸秆纤维)：m(水泥)：m(沙)＝1：x：3(x-1)的比例进行试验，其中x＝4、5、6、7、8、9、10，考察由不同配比的Ⅰ型秸秆砌块砌筑而成的蓄热层热惰性指标、蓄热系数和由不同配比的Ⅰ型秸秆砌块砌筑而成的蓄热层与隔热层(0.10m聚苯板)、保温层(m(秸秆纤维)：m(水泥)＝1：1.5的Ⅱ型秸秆砌块)构成的后墙的墙体总热阻。如图4所示，随着x值的增大，蓄热层的蓄热系数增大，蓄热能力增强。蓄热层热惰性指标在x＝10时显著降低，墙体总热阻、墙体热惰性指标也降低，表明蓄热层温度波动大，放热不均匀，同时通过整个墙体散失到室外热量增加。综合来讲当x＝6～9时，墙体蓄热性很强，蓄积热量多，温度波动小，同时放热速率均匀，也能有效减少室内热量散失到室外环境中，因此选择m(秸秆纤维)：m(水泥)：m(沙)＝1：6～9：15～24，尤其是选择1：9：24制得的Ⅰ型秸秆砌块作为蓄热层砌块。
考察秸秆纤维不同长宽比分布对秸秆砌块的成型性：在制作尺寸为600mm×600mm×60mm秸秆砌块的过程中，分别使用转速为2880r/min，筛孔直径分别为2mm、5mm、20mm三种类型秸秆粉碎机粉碎秸秆，粉碎得到的秸秆纤维分别称为2mm秸秆纤维、5mm秸秆纤维、20mm秸秆纤维，它们的长宽比分布情况如表2所示，只有20mm秸秆纤维砌块能成型。原因为：2mm与5mm秸秆纤维中不同的长宽比分布不均匀，长宽比为1～9的秸秆纤维所占比例都大于65％，长宽比≥13的秸秆纤维分别占13.4％、12.4％，而20mm秸秆纤维中长宽比≥13的纤维占28.6％，且不同长宽比纤维所占比例分布均匀。因此，在相同条件下20mm秸秆纤维砌块纵向杨氏模量大于2mm与5mm秸秆纤维砌块，在相同作用力作用下，20mm秸秆纤维砌块形变量最小。
表2 三种类型秸秆粉碎机粉碎秸秆得到的秸秆纤维的长宽比分布情况
日光温室不同后墙材料的热物性参数见表3。
表3 日光温室不同后墙的墙体材料的热物性参数
根据表4给出的三种温室后墙的建造方案，将本实施例秸秆砌块日光温室后墙和粘土砖砌块后墙、纯秸秆后墙作比较。考察粘土砖砌块、Ⅰ型秸秆砌块两种砌块在60℃条件下放置24h后再置于28℃条件下的放热总量(见图5)。考察粘土砖砌块、Ⅰ型秸秆砌块两种砌块在60℃条件下放置24h后再置于28℃条件下2h后的放热量变化曲线图(见图6)。
由表3、表4、图5、图6可知，对于墙体总热阻，纯秸秆后墙最高，秸秆砌块后墙次之，粘土砖砌块后墙最低。而对于墙体热惰性指标，秸秆砌块后墙最高，纯秸秆后墙次之，粘土砖后墙最低。因此综合墙体总热阻、墙体热惰性指标、蓄热层蓄热系数和蓄热层热惰性指标，秸秆砌块后墙最优，保温效果最好。Ⅰ型秸秆砌块蓄热能力高于粘土砖砌块，Ⅰ型秸秆砌块放热较粘土砖砌块稳定，因此采用秸秆砌块后墙的日光温室保温性能高于粘土砖砌块后墙日光温室，蓄热性能高于纯秸秆后墙日光温室。
表4 不同建造方案温室后墙的热物性参数
表5秸秆砌块后墙与粘土砖砌块后墙材料造价
由表5可知，采用秸秆砌块后墙的日光温室砌块建造总费用为11241元，而粘土砖砌块后墙日光温室砌块建造总费用为14645元。则表明，秸秆砌块后墙建造费用远低于粘土砖砌块后墙建造费用。因此，秸秆砌块后墙具有建造成本低与易于施工优势。
运用中国农业大学设施农业工程农业部重点开放实验室开发的日光温室热环境模拟预测软件(RGWSRHJ V1.0)对徐州地区跨度10m、后墙高2.8m、脊高4.0m、后屋面水平投影宽度1.2m、后墙厚0.5m、后墙材料如表3、后墙构成如表4的三种日光温室热环境进行模拟。
考察采用秸秆砌块后墙的日光温室、粘土砖砌块后墙日光温室、纯秸秆后墙日光温室在晴天、阴天的室内墙表温度变化(见图7)、内墙表向室内散热总量(见图8)、室内气温变化(见图9)、内墙表向室内散热量变化(见图10)。
由图7-图10可知，晴天，采用秸秆砌块后墙的日光温室的室内墙表温度、室内气温与粘土砖砌块后墙日光温室相当，纯秸秆后墙日光温室的室内墙表温度、室内气温以及内墙表向室内散热量白天高，夜间低，温度波动性大；温室内墙表向温室散热总量：纯秸秆后墙日光温室＞秸秆砌块后墙日光温室＞粘土砖砌块后墙日光温室。阴天，秸秆砌块后墙日光温室内墙表温度、室内气温以及内墙表向室内散热总量略高于粘土砖砌块后墙日光温室，纯秸秆后墙日光温室白天内墙表温度、室内气温、内墙表向室内散热量最高，夜间最低，内表面向室内散热总量也略低于秸秆砌块后墙日光温室。因此秸秆砌块后墙日光温室蓄热能力强，在晴天与阴天使用效果都高于粘土砖砌块后墙日光温室，纯秸秆后墙日光温室隔热效果好，但蓄热能力差，室内热环境波动大，作物易遭受高温、低温胁迫伤害。
以上是结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对发明的限制。本发明可依据不同的地理和气象条件以及使用者的具体要求设计各种不同高度和厚度的日光温室后墙结构，凡是依据本发明的实质而对以上实施例做出任何简单的修改，均仍属于本发明的方案范围。
Claims (8)
1.一种秸秆砌块日光温室后墙，包括蓄热层、隔热层、保温层，沿着后墙长度方向在后墙的两侧等间距设置立柱；所述的蓄热层和保温层由隔热层隔开；在所述的保温层外侧依次设置铁丝网、卡槽和塑料薄膜，所述的卡槽水平设置并由保温层侧的立柱固定，所述塑料薄膜由温室卡簧固定在卡槽上；其特征在于所述的蓄热层由Ⅰ型秸秆砌块砌筑而成，所述的保温层由Ⅱ型秸秆砌块砌筑而成，所述的隔热层由聚苯板填充而成；
所述的Ⅰ型秸秆砌块是由原料组分秸秆纤维、水泥和沙按照质量比1：6～9：15～24制得的；所述的Ⅱ型秸秆砌块是由原料组分秸秆纤维和水泥按照质量比1：1.5～2.5制得的。
2.根据权利要求1所述的秸秆砌块日光温室后墙，其特征在于所述的Ⅰ型秸秆砌块是由秸秆纤维、水泥和沙按照质量比1：9：24制得的。
3.根据权利要求1所述的秸秆砌块日光温室后墙，其特征在于所述的Ⅱ型秸秆砌块是由秸秆纤维和水泥按照质量比1：1.5制得的。
4.根据权利要求1、2或3所述的秸秆砌块日光温室后墙，其特征在于所述的秸秆纤维由秸秆经秸秆粉碎机粉碎制得，所述的秸秆粉碎机的筛孔直径为20mm，所述的秸秆纤维的长宽比分布为：
5.根据权利要求4所述的秸秆砌块日光温室后墙，其特征在于所述的秸秆纤维的长宽比分布为：
6.根据权利要求1所述的秸秆砌块日光温室后墙，其特征在于所述的秸秆为小麦秸秆、水稻秸秆、棉花杆、油菜杆或玉米秆中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的秸秆砌块日光温室后墙，其特征在于所述的铁丝网和卡槽通过自攻螺丝固定在卡槽与立柱交点处。
8.根据权利要求1所述的秸秆砌块日光温室后墙，其特征在于所述的后墙高为2.8m，厚度为0.5m；所述的蓄热层的厚度为0.24m，隔热层的厚度为0.10m，保温层的厚度0.16m；所述的Ⅰ型秸秆砌块砌筑的尺寸为390mm×240mm×150mm。
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