周博士考察拾零(六)加大日光温室后墙比表面积增强墙体蓄热能力的方法

日光温室的后墙是组成温室围护结构不可或缺的重要组成部分。直观地看，温室后墙的作用主要是围护温室结构、承载后屋面和前屋面骨架传来的各种荷载，但从温室热工性能的角度讲，日光温室后墙却是保证室内作物正常生长温度的核心要素。为此，日光温室的墙体材料、墙体厚度、墙体高度、墙体的结构等一直是学术界研究的热点。目前，公认的学术研究成果认为，日光温室后墙白天接受太阳辐射和室内空气传热吸收并储存热量，夜间室内空气温度降低时向室内反向传热，俗称“放热”，白天接受和储存的热量越多，夜间能够放出的热量也就越多，从而温室内夜间的温度也就能维持在越高的水平。尤其在遇到连阴(雨、雪)天后，墙体的储热能力更是评价和检验目光温室热工性能的重要指标，其放出热量的多寡将直接影响到日光温室生产能否安全度过低温寡照恶劣天气条件，实现产品的稳产和高产。

按照传热学的理论，温室墙体白天吸收热量的多少与墙体材料的导热系数、墙体传热面积以及墙体表面和室内空气之间的温度差直接相关。材料的导热系数是指材料在单位厚度(一般折合到1m)、单位时间(1h)内，材料两侧温差保持在1℃条件下的传热量。它是材料的一种固有特性，主要取决于材料本身，在墙体材料确定后导热系数基本不能改变，墙体材料的表面温度与接收太阳辐射的多寡以及墙体材料自身的导热能力等相关，在墙体材料和温室建设方位以及采光面结构确定后也基本不会改变：温室内白天的空气温度主要取决于温室采光面的角度和弧度，是日光温室前屋面设计的主要参数，墙体的表面积是指温室内能够接受到太阳辐射或与室内空气能直接接触的所有墙体面积，对于传统的平面型墙体，表面积指从温室室内地面到后屋面距离的室内墙体高度与温室室内长度的乘积再加上两堵山墙的室内表面积的总和。

由此可见，温室的热工性能在温室建设完成后就基本确定。所以，要提高温室的热工性能，应该在温室建设之前，也就是在温室的设计中，就要严格计算，慎重选择，在不影响总体造价的前提下，应尽量选择传热和蓄热能力强的材料，并尽量增大其在温室室内的外露表面积。

石材是导热和蓄热能力较强的材料，但因商品化程度低、来源困难、施工难度大，实际目光温室建造中应用很少。生土墙(干打垒、草泥或机打土墙等)和砖墙是日光温室常用的后墙建筑材料。在厚度相同的条件下，同样材质的黏土砖墙较生土墙的导热和蓄热能力强，但由于在具体的设计和建设中生土墙的厚度往往远大干黏土砖墙，所以，实际上表现为生土墙的热工性能要优于黏土砖墙。

为了提高砖墙结构目光温室的热工性能，在温室长度和高度确定的条件下，增大墙体室内的比表面积，是一种有效的解决途径。所谓比表面积，就是墙体实际的表面积与相同墙体高度和长度条件下平面型墙体理论的表面积之间的比值。温室墙体的比表面积越大，其吸热和放热的能力就越强。本文以下介绍几种增大日光温室墙体表面积的方法。

凹凸墙结构

将温室后墙砌成竖直的凹凸表面(图1)，与传统的平面型墙体(图2)相比，其表面积既有了明显的增大，而且施工的难度也不太。但为了能最大限度地接受太阳辐射，也为了便于凹槽内气流的运动，以增强墙体与室内空气换热的能力，凹槽的深度和宽度应保持适当的比例，一般多在1：1左右，且深度不宜过深，按照砖的砌筑模数，以120mm、180mm、240mm为宜。由于建筑模数的限制，事实上也制约了这种砌筑方法对墙体比表面积的进一步提高。同样的墙体比表面积，也可以采用墙体横向凹槽的砌筑方法。但从增强传热的角度分析，由于横向凹槽对气流上下的运动有阻碍作用，不利于室内空气与墙体表面的换热，所以，一般不采用这种砌筑方法。

波浪形墙体结构

将墙体砌筑成波浪形，也是增大墙体比表面积的一种有效措施，如图3。这种结构内外表面均为波浪形状，在增加温室内表面积的同时也增加了温室的外表面积，使温室对外的散热面积也随之增大，而且这种砌筑的工程量较平面型墙体增大不少。为了减少温室外墙的比表面积，建议将这种墙体结构的外表面砌筑成平面型，一则可以减少墙体外表面的散热面积，二则可以增大墙体的厚度，提高温室墙体的保温性能。但由于填实三角形空间需要将大量的整砖打碎，施工消耗的水泥砂浆数量也增加，对墙体建造的成本增大较多。为此，实际施工过程中建议用120mm厚砖墙做外墙护墙，在护墙与波浪墙之间的三角形空间内填充松散保温材料，这样可进一步提高温室的保温性能，而且能加快墙体砌筑的速度。虽然这种方法同时也加大了温室建造的成本，但由于对温室热工性能的提高作用明显，权衡利弊应该是利大于弊，在经济条件许可的情况下，建议尽量采用这种建造方法。

蜂窝型墙体结构

另一种增大墙体比表面积的砖墙砌筑方法是采用蜂窝状砌筑，如图4。这种方法既保持了温室墙体室内整体上的平面型，不占用更多的温室空间，又大大增加了温室墙体的比表面积，而且表面接受太阳辐射更均匀，总体上看室内表面也更美观。试验测定表明，这种墙体结构较传统平面型墙体(图2)室内温度能够提高3℃～5℃，其增温的效果非常显著。与以上两种墙体结构相比，蜂窝型墙体结构的热工性能是最好的。这种砌筑方法的缺点是施工速度慢、建造成本高。在劳动力成本高以及对温室建造时间进度比较紧的地区，推广应用这种形式的墙体结构可能会受到一定程度的影响。