东北农村节能住宅

随着全球对能源和环保问题的日趋重视,建筑节能技术推广和可持续能源利用已成为各个国家住宅发展趋势.我国东北农村住宅中,普遍存在维护结构保温性能差、能耗大、室内舒适性差等问题,给农民生活质量的提高和生活环境的改善都造成很大影响.该文从维护结构保温技术、太阳能利用技术对住宅建设进行总体性和系统性优化. 总结农村现有农村住房在节能方面存在问题,在新建农村住宅上采用新型墙体材料、采用保温技术、提高窗户的热功能性能、加强窗户夜间保温和墙体保温的探讨,期望能够使维护结构达到理想的保温效果;该文还讨论太阳能技术在东北农村住宅上的应用.     

京郊农村住宅保温节能方案的探讨

本文在对京郊农宅发展现状进行了大量社会调查的基础上,分析了农宅能耗现状及设计与建设中存在的弊端,并选取模拟计算单体,应用《民用建筑节能设计标准》中的计算方法,对农宅围护结构能耗情况进行了定量计算。通过改变围护结构方案后的能耗与经济性比较,提出了“七·五”期间以及其后的十年中(即1990～2000年)农宅围护结构的适宜作法。按这种作法确定的农宅建筑,可以达到保温性能好、节约能源、经济的要求,对改变目前农村能源不足的状况很有价值,而且为农民创造了舒适的生活条件。     

长沙地区低温粮仓双层通风屋顶最佳保温隔热层厚度分析

粮仓围护结构保温隔热性能对储粮安全和粮仓能耗有重要影响。粮仓屋顶面积大,是粮仓围护结构接受太阳辐射最强的部位,外界热量主要通过屋顶传入粮仓,因此屋顶是粮仓围护结构保温隔热设计的最重要部位。双层通风屋顶、高反射率的屋面隔热涂料和保温隔热材料等节能技术近年来在粮仓屋顶设计中得到迅速发展和应用。考虑屋顶不同外表面太阳辐射反射率和自然通风对双层通风屋顶传热的影响,该文给出并试验验证了多层屋顶非稳态传热模型和双层通风屋顶传热模型,利用经过验证的屋顶传热模型进行屋顶能耗计算,采用经济性模型和全生命周期理论对长沙地区低温粮仓普通屋顶和双层通风屋顶最佳保温隔热层厚度进行分析,并对采用最佳保温隔热层厚度时的生命周期总投资、净收益及回收周期进行计算和比较分析。研究结果表明:屋顶外表面太阳辐射反射率对长沙地区低温粮仓屋顶最佳保温隔热层厚度和经济性有较大影响,双层通风屋顶可以减小屋顶最佳保温隔热层厚度,长沙地区低温粮仓可采用双层通风屋顶和高反射率的屋面隔热涂料降低粮仓能耗,减少因能源消耗而引起的环境污染问题。长沙地区低温粮仓普通屋顶挤塑聚苯乙烯和膨胀聚苯乙烯最佳保温隔热层厚度为0.106~0.183 m,生命周期内最大净现值为417~633.38元/m2,投资回收年限为2.39~2.96 a。低温粮仓屋顶最佳保温隔热层厚度随屋顶外表面太阳辐射反射率的增大而减小,双层通风屋顶可以减少屋顶保温隔热层投资回收年限。该屋顶最佳保温隔热层厚度确定方法对于指导低温粮仓屋顶保温隔热设计具有一定指导意义。     

基于Galerkin法的地下粮仓围护结构传热特性数值模拟

无网格伽辽金法是一种新兴的数值计算方法,具有无需单元或网格、节点任意增减、计算精度高、收敛快等优点。该文提出利用无网格伽辽金法研究地下粮仓围护结构的传热问题。以实际地下粮仓为实例,利用MATLAB软件开发了无网格伽辽金法程序,采用无网格伽辽金法实现了地下粮仓围护结构传热规律的数值模拟。将MATLAB数值模拟结果与实际地下粮仓的实测数据进行对比分析,验证了无网格伽辽金法的预测精度。分析了土壤导热系数、地表风速及顶板距地表面距离对地下粮仓围护结构传热的敏感性,探讨了保温层厚度及布置方式对围护结构传热的影响。数值模拟研究结果显示夏季地下粮仓围护结构温度实测值与预测值之间的最大偏差为-0.17℃,冬季地下粮仓围护结构温度实测值与预测值之间的最大偏差为0.24℃,说明无网格伽辽金法具有较高的预测精度。地下粮仓围护结构传热对土壤导热系数的变化非常灵敏,因此需要谨慎确定土壤导热系数。地下粮仓顶板上部区域的温度梯度较大,顶板安装保温隔热层可显著减小地下粮仓顶板的热流密度,采用内保温比外保温有更好的保温隔热效果,因此地下粮仓顶板应采用内保温的保温隔热方式。地下粮仓围护结构传热的数值模拟结果可为地下粮仓的工程设计提供参考和依据。     

密闭式蛋鸡舍外围护结构冬季保温性能分析与试验

蛋鸡舍围护结构的保温隔热性能是影响鸡舍温度的稳定性,进而影响蛋鸡健康和生产性能的关键因素。由于蛋鸡舍一般不采暖,依靠蛋鸡的自身显热产热量来维持冬季蛋鸡舍内温度,因此如果蛋鸡舍冬季饲养密度较低、通风过度或围护结构保温性能不足,都难以满足蛋鸡舍温度环境的要求。如何确定不同气候区鸡舍围护结构必要的保温性能和饲养密度要求是解决蛋鸡舍冬季通风和保温矛盾问题的关键。该文通过建立蛋鸡舍动态热平衡理论模型,系统分析了不同气候区鸡舍围护结构的最低热阻需求,得出不同气候区鸡舍围护结构的保温性能要求与蛋鸡饲养方式(密度)的关系。结果表明:冬季舍外计算温度分别为-25℃(东北、内蒙古)、-15℃(华北、西北)、0℃(长江以南)的地区,蛋鸡舍墙体、屋面的最小热阻应分别不小于0.778、0.972;0.573、0.716;0.266、0.333(m~2·℃)/W;对应3层全阶梯笼养、4层半阶梯笼养和4层叠层、6层叠层、8层叠层笼养等饲养模式最大饲养密度下,所能够适应的围护结构冬季室外计算温度应分别不低于-14、-17、-19、-22、-23℃。研究结果为不同气候地区选择适宜饲养模式以及密闭式蛋鸡舍围护结构保温系统的设计提供了理论依据。     

装配式配种妊娠猪舍冬季保温与能耗特征

为了解规模化猪场装配式配种妊娠猪舍冬季保温以及能源消耗情况,通过对试验猪舍围护结构传热系数、墙体内表面温度以及耗热量理论计算与现场试验监测相结合的方法,对猪舍围护结构热工性能与猪舍能耗特征进行分析。结果表明：试验猪舍复合保温墙体主体部位和外保温砖墙墙体的理论计算值分别为0.31和0.23 W/(m2·K),实测传热系数分别为0.39和0.69 W/(m2·K),复合保温墙体钢梁部位传热系数的实测值为0.97 W/(m2·K)。在试验期间舍外平均温度下,墙体各部位不会产生结露现象,而围护结构彼此的连接处、屋架下弦和钢柱与天棚连接部位则易发生冷凝情况。试验期间,猪舍理论总耗热量和理论+实测总耗热量的平均值分别为10.73和11.84 W/m2,该类猪舍围护结构耗热量平均值小于通风耗热量平均值的20%。所需供热量和实际天然气供热量的每日平均值分别为0.28和0.39 kW·h/m2。该研究可为猪舍设计的节能保温方案提供理论依据。     

日光温室装配式土质夹心墙体热湿迁移及蓄放热性能研究

为研究日光温室装配式土质夹心墙体的热湿迁移及蓄放热性能,通过可控式墙体热湿耦合试验台控制墙体两侧温度、相对湿度的不同,实测墙内温度、相对湿度的稳态分布及瞬态变化,并对墙体的蓄放热性能进行定量计算与分析。结果表明：该层状异质结构复合墙体,热湿迁移存在耦合但并不明显;墙内填土始终保持高湿状态,有利于墙体蓄放热,是该墙体的主要蓄放热体;外侧墙板保温隔热效能明显,室外环境变化对墙体保温蓄热性能影响较小,且能使墙内热量主要向室内单向释放;墙内热量释放存在滞后效应,最长可持续6 d+6.5 h,但以快速放热期（4 d+8 h内）所释放热量为主,约占总放热量的85.64%～91.21%;所建立的数值分析方法可为不同厚度的同类墙体设计与建造提供参考,具有指导生产意义。该新型墙体设计理念先进,蓄放热性能优越,且能够快速装配、重复利用、就地还田,适于在中国大面积推广应用。     

日光温室装配式土质夹心墙体热湿迁移及蓄放热性能

为研究日光温室装配式土质夹心墙体的热湿迁移及蓄放热性能,通过可控式墙体热湿耦合试验台控制墙体两侧温度、相对湿度的不同,实测墙内温度、相对湿度的稳态分布及瞬态变化,并对墙体的蓄放热性能进行定量计算与分析。结果表明:该层状异质结构复合墙体,热湿迁移存在耦合但并不明显;墙内填土始终保持高湿状态,有利于墙体蓄放热,是该墙体的主要蓄放热体;外侧墙板保温隔热效能明显,室外环境变化对墙体保温蓄热性能影响较小,且能使墙内热量主要向室内单向释放;墙内热量释放存在滞后效应,最长可持续6 d+6.5 h,但以快速放热期(4 d+8 h内)所释放热量为主,约占总放热量的85.64%～91.21%;所建立的数值分析方法可为不同厚度的同类墙体设计与建造提供参考,具有指导生产意义。该新型墙体设计理念先进,蓄放热性能优越,且能够快速装配、重复利用、就地还田,适于在中国大面积推广应用。     

西北地区日光温室土墙厚度及其保温性的优化

西北地区95%以上日光温室为土质墙体围护结构,各地温室墙体厚度差异较大。为寻求西北地区节能日光温室土质墙体的最佳厚度,对西北地区新疆维吾尔族自治区塔城市、陕西省杨凌区、甘肃省白银市和宁夏回族自治区银川市等四省区应用面积最广的不同厚度土质墙体节能日光温室环境指标进行分析,研究墙体保温性能和传热特性。综合建造成本和土地利用率得出陕西杨凌地区的最佳厚度为1.0 m,甘肃白银地区的最佳厚度为1.3 m,宁夏银川地区的最佳厚度为1.5 m,新疆塔城地区的最佳厚度为1.4 m。这样的厚度在当地可以满足保温要求,当达到当地的最佳厚度时,再通过增加墙体厚度对提高温室室内环境温度效果不明显。     

不同节能改造方式猪舍的供暖能耗和经济性比较

为降低猪舍冬季供暖能耗,以12头母猪的分娩猪舍常见围护结构为基础,理论与试验相结合分析了不同节能改造方式的供暖能耗和经济指标。结果表明:未保温猪舍、外墙保温猪舍、外墙天棚保温门窗进风猪舍和外墙天棚保温天棚进风猪舍1个供暖季总能耗分别为118.2、45.2、35.3和0.2 kW·h/m~2。4种猪舍不需要供暖的时长占供暖期总时长的比例分别为10%、28%、33%和96%。外墙保温猪舍与未保温猪舍相比、外墙天棚保温门窗进风猪舍与外墙保温猪舍相比、外墙天棚保温天棚进风猪舍与外墙天棚保温门窗进风猪舍相比、外墙天棚保温天棚进风猪舍与外墙保温猪舍相比,节约的单位能耗的改造成本分别为1.2、40.4、0.2和9.0 Yuan/(kW·h)。以节约单位能耗所需投资最小目标选择猪舍节能改造方式,以墙体保温节能改造最好;以猪舍总能耗最低为目标,则猪舍墙体和天棚均需节能改造并进行天棚预热新风通风。     

北方农村典型住宅的能耗比较分析

为了进行中国北方农村节能型住宅设计,对中国北方寒冷农村地区的建筑能耗进行分析。选取兰州农村地区的典型住宅,分析不同门窗形式、墙体材料对建筑能耗的影响;选取中国北方不同的24个典型寒冷地区,分别进行了典型住宅的采暖季设计热负荷、平均热负荷及采暖期累计热负荷的计算,得出影响能耗主要的因素,并进一步确定了北方寒冷地区农村的最大能耗和累计能耗,为进行农村住宅节能型结构及材料的研究提供基础。     

冬季日光温室北墙内表面热流分析

为了摸清日光温室墙体内表面上辐射、对流传热分量和向墙体内部的传导热分量的日变化情况,以及墙体内部传导传热热流状况,以指导温室生产有针对性的采取保温措施,采用墙体内及表面空气多点多日连续温度监测,用传热学中平板表面对流换热和物体内部热传导传热计算方法进行分析,研究日光温室北墙表面热量收支和墙体热量流动状况。结果表明,墙体内40-50cm深度存在日温不变层;40cm热流仅4W.m-2左右。传热学计算表明北墙内表面自然对流为湍流状态,对流传热系数在1.69～4.43W.m-2.K-1。墙体内表面晴天白天最大对流换热量为26.5W.m-2,而墙面接受最大辐射热交换69.8W.m-2;墙内表面向墙内传导传热量最高达83.6W.m-2;随深度增加,热流降低,位相滞后。阴天时热流量迅速减小。结论:在郑州冬季天气条件下,60cm厚墙体已接近合理水平,再增加厚度增强保温效果的潜力不大;北墙表面空气与墙体间传热为湍流状态,而非平流状态;白天北墙表面以辐射换热量为主,是对流换热量的2.6倍。     

北疆麦壳砂浆砌块填充蓄热材料复合墙体日光温室热性能

针对新疆戈壁沙漠区日光温室在冬季严寒条件下,传统墙体在夜间难以满足作物生长对热环境需求的问题,该文研究新型的保温蓄热墙体材料和结构。将墙体主体结构采用麦壳砂浆砌块,砌块中间空格填充蓄热材料,对麦壳砂浆砌块进行配比试验和性能测试,筛选出抗压强度、导热性能较优的砌块建造温室墙体,把麦壳砂浆砌块+红砖复合墙体日光温室和37 cm砖混墙体日光温室进行热性能对比试验,并种植番茄验证。试验结果表明:在相同外界环境下,室外最低温-20.8℃时,麦壳砂浆砌块复合墙体日光温室内温度为7.5℃,而砖混墙体日光温室内温度为3.2℃,砌块复合墙体日光温室内夜间出现最低室温时间较砖混墙体日光温室延迟42 min;相同条件下砌块复合墙体日光温室栽培的番茄收获期早16 d,单棚产量高18.4%,验证了砌块复合墙体日光温室的保温蓄热性能优于砖混墙体日光温室,且满足果蔬生长对热环境需求。该文提出的适应戈壁沙漠区日光温室麦壳砂浆砌块复合墙体及构造条件,为新型复合墙体在日光温室中的应用研究、设计提供理论参考。     

墙体材料及其组合对日光温室墙体保温性能的影响

利用热反应系数法和日光温室热环境的数学模型模拟分析了日光温室墙体得热量、墙体温度以及室内气温,比较了墙体材料的不同组合对保温性能的影响。结果表明,对不同厚度砖墙聚苯板隔热材料的厚度以0.10m为宜;相同厚度隔热材料在砖墙厚度较薄时保温效果优于较厚的砖墙;砖墙厚度较薄时材料的排列秩序对保温影响较明显。     

基于可再生能源供热的设施水产养殖试验温室设计

养殖温室是设施水产养殖的关键装备,对养殖环境调控和系统运行能耗有极大的影响。在浙江大学的校园内,设计建造了一个设施水产养殖试验温室,用于研究基于可再生能源的供热系统和养殖温室围护结构保温特性。试验温室长13.46 m,宽4.96 m,南墙高0.8 m,北墙高2.5 m。北墙和屋顶各设置有4个独立的洞口,尺寸分别为2.2?m×2.2?m和2.2?m×4.8?m,用于研究各种墙体和屋顶保温构造的湿热性能。太阳能集热器面积可在10~50 m2之间变化,试验温室冬季室内空气温度可控制在15~35°C。可用于测试养殖温室的太阳能-热泵联合集热、围护结构的湿热传递、废水余热回收、养殖新水增温和温室室内采暖等性能。     

秸秆块墙体日光温室在苏北地区应用效果试验

为探讨秸秆块构建日光温室墙体的可行性,分析了小麦秸秆块对空气水分吸附解析性能及其导热性能,并在苏北地区建造了一座小麦秸秆块墙体日光温室,以土墙体和砖墙体日光温室为对照,监测了3种温室室内外空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度及作物产量。结果显示,小麦秸秆具有相对稳定水吸附与解吸性能,高空气湿度下小麦秸秆吸附空气水分,低空气湿度下小麦秸秆所吸附的水发生解吸作用,秸秆含水率与所处空气湿度呈正相关。与砖墙和土墙相比,秸秆块墙热传导率、体积热容和热扩散系数显著低于前两者,这种热工特性利于隔热保温但不利于蓄积热量。田间监测发现,秸秆块墙体温室内平均气温和土温比土墙体温室分别低2.1和1.1℃、比砖墙体温室分别高1.3和1.2℃,但整个冬季秸秆块墙体温室最低气温为9.6℃,最低土温为12.1℃,可以保障所定植彩椒安全越冬;冬季覆膜条件下,秸秆块墙体温室室内空气湿度最低,砖墙和土墙温室空气湿度比秸秆块墙体温室平均高出10个百分点,秸秆块墙体秸秆含水率在12.5%~23.6%区间波动;土墙体、砖墙体和秸秆块墙体日光温室的彩椒产量分别为6 375,7 130和6 833 kg。秸秆块替代土壤、红砖等常规建材构建日光温室保温墙体具有可行性,有利于节约土地资源和实现秸秆综合利用。     

日光温室土质墙体内热流测试与分析

对山东省寿光市下沉式日光温室的土质墙体内不同厚度处的温度、室内外气温及墙体表面太阳辐射进行连续观测,以分析土墙内温度和热流的变化,探明日光温室后墙热传导规律。结果表明:日光温室土质后墙内热量传递呈现一定的日变化规律,墙体热流传导主要沿厚度方向,表层蓄、放热过程明显。在试验条件下,晴天时,白天通过墙体累计吸热量为2657kJ·m-2,夜间向温室内累计放热量为1865kJ·m-2;雪天时,通过墙体累计吸热量为18kJ·m-2,累计放热量为859kJ·m-2。在下沉式日光温室土质墙体内存在有效蓄热层和保温层,墙体各层功能不同,因此建议在墙体建造时选用不同功能材料分层处理,以发挥日光温室墙体的最大蓄热保温能力。     

基于热成像技术的牛舍围护结构传热阻测试方法

针对传统的接触式传热阻测试方法对测试场合要求高、操作复杂、操作时间相对较长等难以应用于环境较为恶劣的畜禽舍问题,该文引入热成像技术,开展了黑龙江地区2种不同类型牛舍的围护结构热特性参数现场测试,获得了基于热成像法和传统接触式测试法下牛舍墙体、屋面、门窗的特征温度值。在此基础上,计算了牛舍围护结构材料的传热阻,并与相应建筑材料的传热阻理论计算值进行了对比分析。结果表明,对于墙体、屋面等围护结构,2种方法所获得的传热阻测试值与理论计算值的偏差小于15%;对于围护结构窗体和门,2种方法所获得的传热阻测试值与理论计算值的偏差在20%~30%之间;虽然热成像法和接触式测试法现场实测值与理论计算值之间都存在偏差,但因现场测试能综合材料老化、脱落、受潮和施工质量等实际情况,相对而言实测值的可信度更高;但综合考虑2种方法,热成像法的操作简单、便捷,可以很好地用于畜禽舍围护结构的热工性能评价。     

相变蓄热砌块墙体在日光温室中的应用效果

日光温室墙体的保温蓄热性能直接影响温室内气温和作物的生长。该文选用石蜡与硬脂酸正丁酯按质量比为5∶5制成复合相变材料,以稻壳为载体采用自然吸附法进行吸附得到相变骨料。相变骨料与建筑材料混合制成相变蓄热砌块,并以其为墙体建造相变蓄热温室。采用差示扫描量热法测试复合相变材料和稻壳骨料DSC（热流-温度）曲线,相变温区为15～45℃;复合相变材料的熔解潜热为116.2 kJ/kg,凝固潜热为118.5 kJ/kg,相变稻壳的凝固潜热值为70.63 kJ/kg,熔解潜热值为58.14 kJ/kg。用多点温度计测量相变温室和普通温室室内外气温和墙体内外表面温度,相变温室室内气温波动幅度比对照温室小4.1℃,最低气温比对照高1.7℃,而最高气温则比对照低2.4℃。通过在温室内栽培金鹏一号番茄试验,表明相变温室中番茄的生长状况明显优于普通温室。因此,该文采用的相变蓄热砌块墙体建成的日光温室比普通温室具有更好的蓄热保温性能,更有利于冬季作物生长。     

下沉式日光温室土质墙体热特性的试验与分析

为探明下沉式日光温室土质后墙温度分布及变化规律,进而正确评价其保温性能,2009年12月-2011年6月在河南省荥阳市对下沉式日光温室的土质墙体的热特性进行了2a的连续监测,并对结果进行系统分析。结果表明:墙面温度受室内、外气温和太阳辐射的共同影响,具有与气温相同的日变化和季节变化规律;墙面温度影响墙内各深度层次的温度分布,沿墙的厚度方向由室内表面向室外表面温度递减;墙内存在热稳定层,其位置及厚度随季节而变化,厚度与墙体厚度正相关;1～3月份,热稳定层位于墙体厚度的中心位置,2m厚的墙体处没有热稳定层,3m厚的墙体处热稳定层厚30cm,4m厚的墙体处热稳定层厚70cm;4、5月份,其位置外移至距外表面100cm处,厚度也比1～3月份增加10～20cm;综合温室造价、墙体保温性及土地利用率等各方面因素,建议在河南地区下沉式日光温室土质后墙建造参数为顶宽2.5m,底厚(后墙与室外地面连接处)4.0m,后墙高度(距室外地面)不宜大于2.5m。该研究为该型温室的建造和发展提供一定的参考。