淺談日光溫室新型墻體
光溫室三面環墻，一面覆蓋有透明材料，是我國特有的園藝栽培設施，可在冬季最低氣溫為-10~-20℃的地區不加溫生產喜溫蔬菜。自20世紀90年代起，日光溫室在我國山東、河北、河南等地得到了大面積的推廣應用，為解決我國北方地區冬季蔬菜供應做出了巨大貢獻，成為各地促進農民增收，調整農業產業結構，節約能源的重要手段。
日光溫室墻體可在白天（日光溫室保溫被揭開期間）吸收并儲存來自太陽輻射和室內空氣的熱量，然后在夜間（日光溫室保溫被閉合期間）向室內釋放熱量，使得日光溫室室內氣溫維持在較高水平，從而保證室內作物安全越冬。根據研究，墻體在晴天夜間的放熱量約為日光溫室夜間所需總熱量的1/3，可使室內氣溫提高4~8℃。由于大多數日光溫室不安裝輔助加溫設備，墻體就成為保證室內氣溫、滿足作物生長需求的核心要素。如果墻體的保溫蓄熱性能差，則會導致室內氣溫較低，使作物遭受凍害，影響產量。
目前最常見的日光溫室墻體類型是土墻和黏土磚墻。土墻多為機械建造的厚土墻，具有施工速度快、保溫蓄熱性能好、成本低廉等優點，但是土墻厚度較大，不僅占地面積大，而且造墻所需的土方量較大，對土層有一定破壞。黏土磚墻占地少、外形美觀、承重能力強。但是黏土磚或砌塊單塊體積小，需要采用人工進行砌筑，不僅施工效率低下，而且磚縫之間的砂漿不易飽滿，容易形成貫通縫，影響墻體保溫性能。因此，土墻和黏土磚墻均不是理想的日光溫室墻體，應開發新型墻體來促進日光溫室的可持續發展。
隨著新材料和新技術在日光溫室上的應用，近年來出現了一批各種各樣的新型墻體。根據墻體的傳熱特性，這些新型墻體可劃分為新型保溫蓄熱墻體和新型保溫墻體兩類。新型保溫蓄熱墻體主要是對現有保溫蓄熱墻體進行改造，通過新技術或新材料的應用來提升墻體的保溫蓄熱性能，增加墻體在夜間的放熱量。新型保溫墻體主要采用保溫材料建造，取消了傳統日光溫室墻體的蓄熱功能，僅保留保溫功能。這兩種墻體各有優點，分別代表了日光溫室墻體的一種發展趨勢。本文的目的是對目前日光溫室墻體的發展動態進行梳理和分析，以期為日光溫室的健康發展提供參考。
日光溫室墻體主要通過升高或降低自身溫度來儲蓄或釋放熱量[7]。受自身熱工材料的影響，墻體可儲蓄熱量的范圍有限，而且越往墻體深處，墻體的儲熱量越小。另外，由于墻體內部溫度較高，墻體內的熱量會持續向室外流失，進而影響墻體在夜間向室內的放熱量。為此，新型保溫蓄熱墻體的發展方向主要集中在以下兩方面：（1）通過增加墻體內熱交換面積或使用相變材料來改善墻體的儲放熱性能；（2）通過加強墻體保溫性能來減少墻體向室外的熱損失，以此增加墻體在夜間的放熱量。該類墻體的典型代表有以下幾種。
主動蓄熱墻體
該墻體的特點是在黏土磚夾心固化土復合墻的基礎上增加了內置風道和風機系統。在日間，可通過風機將室內的熱空氣吹入內置風道，與墻體進行熱交換，從而增加墻體的儲熱量。然后夜晚再通過風機將室內冷空氣吹入墻體內進行熱交換，增加墻體在夜間釋放的熱量，用于提高室內氣溫。
相變蓄熱墻體
相變蓄熱材料可通過自身相狀態的改變來吸收或釋放熱量，具有較高的儲放熱的性能。將相變材料與建筑材料混合制成板材或砌塊并構筑在日光溫室墻體內側后，可顯著提高墻體的蓄熱能力，進而達到改善室內環境的效果。
帶豎向空氣通道的太陽能相變蓄熱墻體
該墻體的主體結構由相變蓄熱層復合相變蓄熱墻體板、空心砌塊和導熱系數較小的保溫材料復合而成。隨后再安裝日光溫室專用多曲面槽式空氣集熱器、小型管道風機和PVC風管道后即完成墻體建造。該墻體一方面可利用相變材料盡可能多的在日間儲蓄投射到墻體內表面的太陽輻射熱量，另一方面可利用風機將專用多曲面槽式空氣集熱器加熱空氣，然后將熱空氣吹入由空心砌塊形成的豎向空氣通道并進行熱交換，從而進一步增強墻體儲熱量。
聚苯乙烯型磚復合墻
根據研究，合理的日光溫室墻體結構應由蓄熱層和保溫層復合而成。蓄熱層主要承擔儲放熱的功能，而保溫層主要承擔防止蓄熱層內部熱量向室外損失的功能。基于上述考慮，河北省永清金天馬塑料包裝廠開發了一種聚苯乙烯型磚復合墻體。該墻體由填充有混凝土的聚苯乙烯型磚，填土和混凝土板復合而成。其中，填土和混凝土板具有較大比熱容和導熱系數，可在日間吸收并儲蓄來自太陽輻射和室內熱空氣的熱量。聚苯乙烯型磚由聚苯乙烯材料制成，熱阻較高，可以有效防止填土和混凝土板內的熱量向室外流失，進而增加墻體在夜間的放熱量。
裝配式保溫蓄熱墻體
該墻體由預制混凝土板夾芯夯土和聚苯板復合而成。在施工上，墻體建造時的預制混凝土板安裝和填土等施工內容可采用機械操作，施工效率較高。而在材料選用上，該墻體可使用粘結性較差的戈壁土或粉土作為填土，使得在戈壁或沙漠地區建造日光溫室成為可能。此外，采用填土作為主要蓄熱材料可密封預制板之間的縫隙，從而有效改善墻體的密封性能和保溫性能。
隨著日光溫室主動儲放熱技術的發展，取消日光溫室墻體蓄熱性能成為可能。因此，新型保溫墻體也就應運而生。目前，該類墻體的典型代表有：
聚苯板/保溫被墻體
聚苯板墻體是在鋼框架上安裝一定厚度聚苯板構成的。聚苯乙烯材料導熱系數較小，其厚度只需達到0.1~0.2m的厚度即可滿足日光溫室的保溫需求。因此，該類墻體厚度較小。另外，鋼框架可采用現場拼接的方式建造，不僅施工效率較高，而且墻體可根據需要進行拆裝，靈活性較大。筆者在調研中也發現有的日光溫室直接將保溫被搭在落地式骨架上，構成了一種保溫被墻體。
聚苯乙烯型磚墻體
聚苯乙烯型磚墻體使用聚苯乙烯型磚砌筑的墻體。由于聚苯乙烯型磚傳熱系數小且內部注有混凝土，整個墻體不僅熱阻大，而且密封性能較高，具有較好的保溫性能，但其靈活性不如聚苯板墻體。
發泡水泥墻體
發泡水泥是水泥與氣泡混合硬化后形成的內部有大量封閉氣孔的輕質保溫材料，其導熱系數較小，只需30~50cm的厚度即可滿足日光溫室的保溫需求。基于該考慮，北京臥龍農林科技有限公司開發了一種發泡水泥墻體。在墻體建造時，首先在現場支放模板，然后澆筑發泡水泥，待水泥凝固之后，拆除模板再稍加養護后即完成建造。由于采用一體化澆筑，不僅施工效率高，而且墻體密封性能好，不宜出現貫通縫。
目前日光溫室墻體正處于向保溫蓄熱墻體還是向保溫墻體發展的十字路口上。究竟哪種墻體會成為未來的主流還有待進一步的實踐和研究。就目前而言，我們對日光溫室墻體保溫蓄熱性能及墻體對室內熱環境的影響尚不明確，合理的墻體設計方法還未開發。在設計和選用不同墻體的時候需要注意以下問題：
合理選用墻體
由于不同墻體的保溫蓄熱性能各不相同，在使用時必須要根據溫室所在地氣候特點以及栽培作物合理的選擇墻體。以北京為例，對栽培草莓、葉菜等耐寒作物的溫室，由于作物對室內氣溫要求較低，可選擇保溫性能較好的墻體；但對栽培番茄、黃瓜等喜溫作物的溫室，則需選擇有較強儲放熱性能和保溫性能的墻體，確保室內氣溫處于較高水平以滿足作物生長要求。
合理設計墻體熱阻
一般保溫蓄熱墻體在夜間釋放熱量的大小主要取決于日間太陽輻射照度的大小。一旦出現陰天，墻體會因日間儲熱不足而導致其在夜間的放熱量急劇減少。而遭遇連陰天時，墻體則會由于日間蓄熱不足和長時間蓄放熱而最終喪失儲放熱功能，只承擔保溫功能。因此，在設計墻體時，必須保證墻體具有較高的保溫性能，以防止日光溫室室內空氣在陰天熱量通過墻體向室外流失。
合理設計保溫蓄熱墻體結構
合理的日光溫室保溫蓄熱墻體應由蓄熱層和保溫層復合而成。蓄熱層承擔儲放熱功能，應采用密度和比熱容較大的材料建造。保溫層主要用于防止蓄熱層熱量流失，宜采用導熱系數低的材料建造。因此，在改善墻體保溫蓄熱性能的同時，應做好以下工作：（1）確保墻體蓄熱層有足夠的厚度儲蓄熱量；（2）保證保溫層熱阻以防止蓄熱層熱量向室外流失，影響墻體蓄放熱性能。
合理選用保溫墻體
在傳統日光溫室中，保溫蓄熱墻體是日光溫室夜間最重要的熱源之一。當采用保溫墻體時，必須配置額外熱源來補償由于取消墻體儲放熱性能而導致的日光溫室供熱不足，或通過提高前屋面保溫被熱阻來減少日光溫室在夜間的熱損失，以此來補償取消墻體儲放熱功能而帶來的日光溫室夜間供熱不足的問題。
作者：李明，周長吉，曹楠（ 農業部規劃設計研究院設施農業研究所，農業部農業設施結構工程重點實驗室）；齊飛（農業部規劃設計研究院，農業部農業設施結構工程重點實驗室）
