日光溫室牆體多種結構形態及效能

2022-05-03 09:00:02 字數 4028 閱讀 9732

總結過去是為了更好地著眼當前,展望未來。本文作者以30多年對中國日光溫室的所見所聞,以日光溫室牆體的變遷為例,給廣大讀者系統勾畫出我國日光溫室創新發展的歷史軌跡和經驗沉澱,以便梳理發展成果、普及成熟技術、啟迪研究思路,為我國日光溫室未來更好更快地發展提供一些可供借鑑的經驗和智慧型。

日光溫室的牆體結構及建造材料的更新與發展,是隨著人們對日光溫室牆體功能的研究和認識、溫室建設要求的提公升、建築材料的變化以及建造技術的革新而同步發展的。

在近30多年的發展歷程中,日光溫室的牆體結構從最早的土牆結構發展到磚牆結構,從蓄熱保溫的復合牆體發展到隔熱圍護的單功能牆體,建築材料更是因地制宜、就地取材,從生土、磚石、作物秸稈等傳統建材發展到保溫彩鋼板、加氣混凝土塊、大型樓屋面板、發泡水泥等現代建築材料,使溫室建造的工業化、標準化水平不斷提公升,牆體設計的理念也在不斷更新,可以說當前日光溫室牆體結構和材料已經走到了乙個創新與變革的年代。

土牆結構日光溫室牆體承載著溫室的圍護、結構承重和保溫蓄熱等多重功能,因此,牆體材料和牆體結構效能的好壞直接影響日光溫室整體效能。

從日光溫室建設的價效比分析,牆體材料選擇應該考慮以下因素:①易獲取性;②成本;③承載能力;④保溫效能;⑤蓄熱效能;⑥砌築的建設速度;⑦對環境的影響。綜合考慮以上諸多因素,發現土牆是很理想的日光溫室牆體,因此,我國日光溫室建造大部分牆體採用土牆結構,至今仍是廣大農村日光溫室建設的主流。

以土為建築材料的牆體做法有兩種形式:乾打壘和堆土碾壓。早期在我國的西北地區,日光溫室的土牆主要採用乾打壘結構。

這種結構耐久性好,結構占地面積小,尤其適合降雨量較小的乾旱或半乾旱地區;材料主要以黏土和黃土為主,可就地取材,其中若摻雜一些麥草或稻草秸,更能提高牆體的強度。

但打造乾打壘結構主要依靠人工,建造費時費工,所以在我國東部經濟發達地區革新創造了堆土後牆,目前發展為機打土牆結構,就是用履帶機直接碾壓堆土,形成寬厚牆體,再用挖掘機裁出溫室內牆面,即形成寬厚的溫室牆體。由於結構寬厚,這種牆體的保溫性和承載能力都得到了保證,而且施工速度快、造價低,因此,受到廣大農民歡迎,得到快速推廣。

土牆結構也存在一些天然的缺陷:①結構的耐久性差;②各地土質不同,牆體的效能差異較大(沙質土壤不能打牆);③吸濕能力強,潮濕後保溫能力下降很快;④牆體防雨水沖刷的能力差;⑤材料的保溫效能較差,要滿足溫室的保溫,必須建造很厚的牆體,導致占地面積大,土地利用率低;⑥牆體建造對土壤的破壞比較嚴重,尤其對可以用作種植的有機質土層破壞嚴重,土壤肥力恢復時間長,改造花費成本也高。可見,土牆結構的缺點幾乎和優點一樣多。

因此,長久以來,人們一直在研究和探索替代土牆的新的建築材料和建造技術。

磚牆結構黏土磚是最早用於替代土牆的建築材料。與土牆結構相比,磚牆結構具有耐久性好,占地面積小、外觀美觀、承載能力強等優點,但相應造價也較高。此外,由於黏土磚的導熱性與土壤相差無幾,實心的磚牆,不論牆體厚度是24厘公尺、37厘公尺還是49厘公尺,其保溫效能都無法與3公尺至7公尺的寬厚土牆相比較,難以滿足日光溫室的保溫要求,因此,早期的做法是採用空心牆或夾心復合牆,利用空氣或填充保溫材料的絕熱效能來提高牆體的保溫效能。

保溫效能的好壞取決於填充材料的效能。

可填充的保溫材料包括爐渣、珍珠岩、蛭石、陶粒、土等鬆散保溫材料以及聚苯乙烯泡沫板等塊狀材料。研究發現,由於兩堵牆體之間空隙一般寬度在10厘公尺至12厘公尺,空氣在其中容易形成上下對流,使空心牆體的保溫效能遠達不到理想的靜止空氣隔熱的效果,因此,在實踐中基本不採用空心牆體,而採用填充牆體。但鬆散材料的保溫牆體,由於材料容易吸潮,而且隨著時間的延長,保溫材料在自重作用下逐漸被壓實,造成牆體上部自然形成空心,保溫效能下降。

有鑑於此,用吸潮性差的聚苯乙烯泡沫板作牆體保溫層就成了夾心牆體的主流。用這種材料,牆體厚度薄,占地面積少,施工速度快,雖然**較高,但在具有一定經濟實力的示範園區建設中被大量採用。

通過實踐人們逐步認識到,這種夾心結構牆體與日光溫室牆體保溫蓄熱的理論有一定衝突。長期以來大家認為,溫室牆體的內側材料主要起儲熱放熱的作用,而外側保溫層則主要起隔熱的作用,也就是主要抵禦外部冷量侵入,同時阻止內部牆體熱量擴散。從這種理論分析,如果將保溫層設在牆體的中間,保溫層的外側牆體對溫室整體性的保溫基本沒有太大作用,它的存在只是保溫層的乙個圍護結構,對鬆散保溫材料還有其存在的必要性,但對塊狀保溫材料而言則基本沒有存在的必要。

所以,對塊狀保溫材料,牆體結構的革新直接演變成了外貼式,即取消復合牆體的外層磚牆,直接外貼聚苯乙烯泡沫板,而且進一步延伸,用其他保溫效能良好的砌築材料替代傳統的聚苯乙烯泡沫板。這樣不僅革新了牆體結構,而且使牆體材料獲取的渠道也更加豐富.

外貼保溫層的做法,使保溫層與磚牆的結合更加緊密,磚牆也可以從夾心牆的兩堵24厘公尺厚牆體簡化為一堵24厘公尺或37厘公尺厚磚牆,不僅節約了建設用地,而且節約了投資,提高了溫室牆體的建設速度,也增強了溫室的保溫效能。目前這種做法已經成為日光溫室磚牆結構建設的主流。

為進一步增強這種牆體結構內層磚牆的儲熱和放熱能力,新的牆體革新主要體現在:一是採用熱惰性更強的水泥磚材料替代傳統的黏土磚材料,通過提高建築材料的儲放熱能力來提公升牆體的儲放熱效能;二是在建造砌築方法上採用了波浪形或蜂窩狀牆體砌築方法,通過增大牆體內表面的比表面積,加大牆體與溫室內空氣的熱交換,來增強牆體的儲放熱能力。研究表明,這種做法可有效地增加溫室牆體的儲熱和放熱量,對提高溫室夜間溫度具有良好的效果。

但波浪形或蜂窩狀牆體砌築方法,由於施工速度慢,人工成本高,相應增加了牆體的建造成本,因此,沒有得到大量推廣。

新型牆體結構與材料黏土磚由於製造和燒結過程中大量消耗土壤和能源,破壞耕地和生態,因此,早在上世紀80年代國家建設部就開始禁止在民用建築中使用,這一政策目前已擴散到廣大的農村建築中,致使日光溫室建設中黏土磚的**渠道越來越少,**越來越高。在這種客觀形勢的驅動下,人們迫切需要改革傳統日光溫室的磚牆結構,於是產生了各色各樣的新型日光溫室牆體結構和材料。

創新日光溫室牆體結構和材料,首先要突破傳統日光溫室牆體儲熱放熱的理論體系,也就是日光溫室的牆體不再承載儲熱放熱的功能,甚至其承重功能也被框架結構體系所替代,而只是日光溫室的圍護結構,只要能滿足良好的隔熱要求即可。在這裡筆者將其稱之為單一功能牆體,以區別於前述的復合功能牆體。

目前實現單一功能的牆體結構也有多種形式,如草牆、聚苯乙烯泡沫板牆、聚苯乙烯泡沫空心磚牆、整體發泡水泥牆、大型屋面空心板牆等。

草牆結構有兩種建造方法:一種是「草磚」壘砌,另一種是「草苫」鋪掛。

「草磚牆」是將麥草或稻草打成正方體或長方體草捆,像砌築磚牆一樣將草捆堆碼成牆,在草牆內外兩側掛防水層,可以是水泥砂漿防水層,也可以是草泥防水層,有的溫室還在牆體的外側砌築一層泡沫水泥空心磚,可進一步起到保護草牆的作用。

「草苫牆」是用專門的編制機將稻草或玉公尺秸稈如同前屋面保溫草苫一樣編製成厚度約10厘公尺的草苫,直接鋪掛在溫室的支撐骨架上,溫室牆體和後屋面均可以採用相同的材料,內外兩側用塑料薄膜圍護做防水。這種做法充分利用了農作物的秸稈,原料可就地取材,結構自身重量輕,生態環保,在降雨量少的乾旱、半乾旱地區也具有一定的耐久性。

聚苯乙烯泡沫板牆體也有兩種做法:一種是直接用工廠化生產的彩鋼板材料,即在兩層經表面處理的壓型鋼板中間,填充聚苯乙烯、岩棉、玻璃纖維、聚氨酯等保溫材料而形成的整體式板材,現場組裝拼接,形成牆體;另一種就是將聚苯乙烯泡沫板直接掛靠在溫室骨架上,內外兩側掛水泥漿防水。相對而言,前者建造速度快,使用壽命長,材料色澤豐富,但造價較高,而後者造價便宜,但建造速度慢。

聚苯乙烯泡沫空心磚牆就是在工廠將聚苯乙烯發泡成型為空心磚,根據溫室牆體的部位不同,可以成型為不同形狀的空心磚,磚與磚之間採用插接連線,現場組裝,施工速度快,材料浪費少。溫室承重的框架可以直接安裝在空心磚的孔洞中,不再占用溫室空間,溫室內外表面美觀整潔。白色的聚苯乙烯板還具有一定的反光能力,可提高溫室內光照分布的均勻性,特別是提高了溫室北牆附近的光照強度。

發泡水泥牆是先用建築模板搭建牆體外形,之後向模板內注入發泡水泥,待發泡水泥膨脹後,在建築模板中即形成連續的牆體。這種牆體結構一次成型,密封性好,而且由於發泡水泥內部是閉孔結構,表面無需進行防水處理,材料的導熱係數很小,基本與上述聚苯乙烯泡沫板相當,因此,具有良好的保溫隔熱效果。但這種牆體施工需要大量的建築模板,現場澆築後還需要精心養護才能達到理想的效果。

上述新型材料及其牆體結構,目前在生產中已有研究性應用。相信,隨著研究的不斷深入和建造技術的不斷提公升,這些技術將會很快走向實用,成為未來日光溫室建設的新寵,而且未來可能還會有更多、更好的新型牆體材料和牆體結構不斷呈現在溫室建設者的面前,成為我國日光溫室現代化建設的重要技術支撐。

波浪形牆體

蜂窩狀牆體

草磚牆草簾牆

彩鋼板牆體

聚苯乙烯泡沫板牆體

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