【摘要】：日光溫室作為我國特有的一種農(nóng)業(yè)設(shè)施類型,以其內(nèi)部優(yōu)良的環(huán)境條件能較好的滿足冬季作物生長而著稱。日光溫室內(nèi)供作物生長的熱環(huán)境主要取決于日光溫室墻體的保溫蓄熱能力,選擇具有較強(qiáng)保溫蓄熱能力的墻體材料及設(shè)計(jì)合理的墻體結(jié)構(gòu)從而提高日光溫室內(nèi)的環(huán)境條件,一直是我國設(shè)施農(nóng)業(yè)工作者的重要任務(wù)。相變蓄熱儲能材料(PCM)是一種新型的節(jié)能環(huán)保材料,其在發(fā)生相狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中,可吸收環(huán)境中大量的熱,并在環(huán)境需要時將熱量釋放出來,從而有效控制環(huán)境溫度。將相變儲能材料應(yīng)用于日光溫室墻體中,通過改變其自身相態(tài)進(jìn)行吸收或釋放熱量(白天蓄熱,夜晚放熱),可顯著提高溫室墻體的蓄放熱能力,為溫室作物的越冬生產(chǎn)提供良好的熱環(huán)境條件,從而提高溫室的生產(chǎn)效益�；诖�,本文從常見相變儲能材料入手,選擇適用于日光溫室生產(chǎn)的相變材料,將其與建筑材料復(fù)合制得相變儲能建筑材料用于日光溫室墻體的內(nèi)保溫,從而達(dá)到較好的保溫、蓄放熱效果,改善日光溫室內(nèi)光、熱環(huán)境,提高溫室內(nèi)作物生長效率和溫室生產(chǎn)效益,為相變蓄能技術(shù)應(yīng)用于日光溫室提供理論支撐。本研究得到山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目、山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目、菏澤學(xué)院科學(xué)研究基金項(xiàng)目的資助,主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括:(1)選擇性能滿足日光溫室生產(chǎn)要求的相變石蠟作為相變儲能材料、保溫隔熱材料多孔膨脹珍珠巖作為其載體材料,采用真空吸附法并經(jīng)石膏粉裹覆制備了復(fù)合定形相變材料。研究發(fā)現(xiàn),石蠟與膨脹珍珠巖質(zhì)量比為60:40制備得到的石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合定形相變材料的熱穩(wěn)定性、耐久性較好,測定此質(zhì)量比下的復(fù)合定形相變顆粒的相變溫度為25.3 ℃,相變潛熱為122.3 kJ/kg,符合日光溫室的生產(chǎn)要求。(2)以石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合定形相變材料為原料,選擇建筑脫硫石膏為膠凝材料,并引入外加劑研究制備石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變儲能保溫砂漿的理想配比。研究表明,各種材料的理想配比為:石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變材料與脫硫石膏的質(zhì)量比為1:3,可再分散乳膠粉、緩凝劑檸檬酸、保水劑羥丙基甲基纖維素醚、聚丙烯纖維的摻入量分別為石膏質(zhì)量的2%、0.15%、0.5%、0.5%。(3)按理想配比制備石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變儲能保溫砂漿,測定其各項(xiàng)性能參數(shù)。測定結(jié)果表明,復(fù)合相變儲能保溫砂漿的干密度為363 kg/m3,抗壓強(qiáng)度為0.73 MPa,軟化系數(shù)為0.65,導(dǎo)熱系數(shù)為0.076W/(m·K),比熱容為1.35×103J/(kg·℃),蓄熱系數(shù)為1.65W/(m2·K),相變溫度為25.6℃,相變潛熱為89.8kJ/kg,復(fù)合相變保溫砂漿滿足國家標(biāo)準(zhǔn)中的性能指標(biāo)要求,且具有合適的相變溫度、較高的相變潛熱。(4)利用ANSYS有限元分析軟件,數(shù)值模擬研究了石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變保溫砂漿用于砌體墻日光溫室中的保溫性能和相變蓄放熱性能。模擬結(jié)果表明,490 mm磚墻+50 mm復(fù)合相變保溫砂裝組成的復(fù)合相變保溫墻體和240 mm混凝土砌塊墻+30 mm復(fù)合相變保溫砂漿組成的復(fù)合相變保溫墻體,具有良好的保溫、蓄放熱性能,相比之下,磚墻復(fù)合相變保溫墻體比混凝土砌塊墻復(fù)合相變保溫墻體的蓄放熱能力更強(qiáng),但材料價(jià)格前者高于后者,綜合考慮兩種不同結(jié)構(gòu)復(fù)合相變保溫墻體的性價(jià)比,磚墻復(fù)合相變保溫墻體更適用于冬季室外溫度較低的地區(qū),而混凝土砌塊墻復(fù)合相變保溫墻體更適用于冬季室外溫度適中的地區(qū),可通過適當(dāng)增加相變保溫砂漿層厚度或混凝土砌塊墻厚度的方法來提高復(fù)合相變保溫墻體的蓄放熱能力。(5)將白色石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變儲能保溫砂漿作為后墻內(nèi)保溫砂漿應(yīng)用于磚墻日光溫室,與原對照溫室進(jìn)行對比試驗(yàn)研究了其保溫、蓄放熱效果。試驗(yàn)結(jié)果表明,冬季生產(chǎn)中,相變溫室的室內(nèi)日最低溫度比對照溫室的室內(nèi)日最低溫度平均高1.5 ℃;典型天氣日,相變溫室的平均室內(nèi)溫度比對照溫室高,但白天相變溫室的室內(nèi)溫度均低于對照溫室的室內(nèi)溫度,相變溫室的室內(nèi)最大溫差也均比對照溫室的室內(nèi)最大溫差小,復(fù)合相變儲能保溫砂漿的保溫、蓄/放熱效果明顯,有效的改善了白天日光溫室內(nèi)的高溫環(huán)境,同時降低了溫室內(nèi)的溫度波動,起到了“削峰填谷”的作用;典型天氣日,相變溫室靠近北墻處的平均光照強(qiáng)度均比對照溫室高,石膏基白色墻體具有光的漫反射作用,有效改善了溫室內(nèi)光照環(huán)境;兩溫室內(nèi)種植同齡期的黃瓜,相變溫室內(nèi)黃瓜植株的株高、莖粗及黃瓜的單果質(zhì)量、結(jié)果總數(shù)、總產(chǎn)量等指標(biāo)均高于對照溫室,相變溫室內(nèi)光照環(huán)境和溫度環(huán)境的提高有利于黃瓜的生長。夏季典型天氣日,相變溫室的室內(nèi)溫度均比對照溫室的室內(nèi)溫度低,且高溫持續(xù)時間比對照溫室的短,可見復(fù)合相變砂漿的相變吸熱作用可明顯降低室內(nèi)溫度,同時使作物經(jīng)受高溫的時間大大縮短,可從一定程度上降低高溫傷害的發(fā)生幾率。本文研究得到的石膏基石蠟/膨脹珍珠巖復(fù)合相變儲能保溫砂漿具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值和實(shí)用性,可為相變儲能材料應(yīng)用于日光溫室建筑提供理論依據(jù)和參考。
【學(xué)位授予單位】：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S625.1
【圖文】：

２．３．１實(shí)驗(yàn)原材料逡逑石蠟：２５＃相變石蠟，茂名市科成精細(xì)化工有限公司，其性能見表２－３，常溫和熔融逡逑狀態(tài)下的形態(tài)如圖２－１所示。逡逑表２－３邋２５＃相變石蠟性能參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋２５＃邋Ｐｈａｓｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｐａｒａｆｆｉｎ逡逑￣ｍｋ邐比熱容邐導(dǎo)熱系數(shù)邋相變溫度邐相變潛熱￣逡逑邐／ｋｇ－ｍ－３邐／ｋＪ－ｋｇ－＇－Ｋ－１邐／Ｗ－ｍ－＇－Ｋ－１邐／Ｖ邐／ｋＪｋｇ－１逡逑２５＃邋石蠟邐８９０邐２．３邐０．２５邐２４．９邐１８６逡逑０——逡逑圖２－１邋２５＃相變石蠟逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋２５＃邋Ｐｈａｓｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｐａｒａｆｆｉｎ逡逑膨脹珍珠巖：粒徑０．５？１．５邋ｍｍ，河南信陽匯通珍珠巖實(shí)業(yè)有限公司，實(shí)物如圖２－２逡逑所示，其組成成分和性能見表２－４、２－５＇。逡逑－１９邋－逡逑

２．３．１實(shí)驗(yàn)原材料逡逑石蠟：２５＃相變石蠟，茂名市科成精細(xì)化工有限公司，其性能見表２－３，常溫和熔融逡逑狀態(tài)下的形態(tài)如圖２－１所示。逡逑表２－３邋２５＃相變石蠟性能參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋２５＃邋Ｐｈａｓｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｐａｒａｆｆｉｎ逡逑￣ｍｋ邐比熱容邐導(dǎo)熱系數(shù)邋相變溫度邐相變潛熱￣逡逑邐／ｋｇ－ｍ－３邐／ｋＪ－ｋｇ－＇－Ｋ－１邐／Ｗ－ｍ－＇－Ｋ－１邐／Ｖ邐／ｋＪｋｇ－１逡逑２５＃邋石蠟邐８９０邐２．３邐０．２５邐２４．９邐１８６逡逑０——逡逑圖２－１邋２５＃相變石蠟逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋２５＃邋Ｐｈａｓｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｐａｒａｆｆｉｎ逡逑膨脹珍珠巖：粒徑０．５？１．５邋ｍｍ，河南信陽匯通珍珠巖實(shí)業(yè)有限公司，實(shí)物如圖２－２逡逑所示，其組成成分和性能見表２－４、２－５＇。逡逑－１９邋－逡逑

＿逡逑圖２－２膨脹珍珠巖實(shí)物圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｅｘｐａｎｄｅｄ邋ｐｅｒｌｉｔｅ逡逑表２－４膨脹珍珠巖組成成分逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－４邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｅｘｐａｎｄｅｄ邋ｐｅｒｌｉｔｅ逡逑主要成分邋Ｓｉ0２邐ＡｈＯｓ邐Ｋ２０邐Ｎａ２０邐ＣａＯ邐Ｆｅ２0３邐ＭｇＯ逡逑含量／％邐７０－７５邐１２－１５邐３￣５邐３￣５邐１￣２邐０．１邋？１邐０．１邋？１逡逑表２－５膨脹珍珠巖性能參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－５邋Ｔｈｅ邋ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ｅｘｐａｎｄｅｄ邋ｐｅｒｌｉｔｅ逡逑含水率邐堆

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