本發(fā)明屬于相變材料及其應用領(lǐng)域，具體涉及一種主動蓄熱相變固化土日光溫室及相變固化劑。

背景技術(shù)：

目前，常規(guī)的日光溫室都采用與一般建筑類時的土建操作方法建造溫室的后墻，由于建筑方法未能充分考慮陽光溫室的特殊性，導致現(xiàn)有陽光溫室造價過高，和建造速度慢；而且在生產(chǎn)實踐中由于通常都會壓縮陽光溫室的造價，因此造成溫室絕熱蓄熱條件不但差，而且還很難提高。近年來，雖然很多研究人員投入了大量的時間和精力來研究溫室絕熱保溫的原理和性能，但是由于溫室蓄傳熱問題的復雜性、特殊性，該研究方向尚未觸及改善日光溫室室內(nèi)保溫蓄熱的關(guān)鍵。而且，大量的研究表明，在控制溫室單方造價的剛性條件約束下，單純地改變一兩種土建材料，不能從根本上解決日光溫室現(xiàn)存的絕熱、蓄熱困難等核心問題。

另外，在日光溫室的蓄熱方面，常規(guī)的日光溫室都采用被動蓄熱，導致溫室的蓄熱量嚴重不足，后墻越砌越厚，造價逐步攀升，但同時溫室的蓄熱性能卻沒有多少提高。雖然，很多研究人員投入了大量的時間和精力來研究后墻蓄熱，但是由于后墻蓄熱問題的復雜性、特殊性，該研究方向尚未觸及改善日光溫室保溫性能的關(guān)鍵。日光溫室后墻研究的關(guān)鍵，不僅僅是單純提高后墻的絕熱性能，更重要的是要提高后墻的蓄熱能力。

因此，溫室行業(yè)發(fā)展至今，亟待一次溫室結(jié)構(gòu)和建造方法的顛覆性革命，亟待發(fā)明一種既能夠最大可能地成本快速建造，又能夠具有足夠的絕熱蓄熱性能，而且能夠地成本運行的創(chuàng)新溫室結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有日光溫室在采光結(jié)構(gòu)上存在的缺陷或不足，本發(fā)明給出了一種主動蓄熱相變固化土日光溫室及相變固化劑，本發(fā)明采用相變固化劑加入日光溫室墻體中，墻體可以根據(jù)日光溫室室內(nèi)溫度的不同，自主進行蓄熱和放熱，同時，本發(fā)明還對日光溫室的結(jié)構(gòu)進行改變，可以根據(jù)外界光照條件的不同而主動改變的日光溫室的采光屋面。從而實現(xiàn)日光溫室主動采光，從根本上突破了日光溫室的采光設(shè)計瓶頸。

為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種主動蓄熱日光溫室，包括溫室骨架、溫室后墻和溫室前墻，還包括多個蓄熱風道組件，多個蓄熱風道組件沿溫室后墻長度方向間隔嵌設(shè)在溫室后墻中，溫室后墻的砌筑材料中加入了相變蓄熱材料，溫室后墻中穿設(shè)多個預制蓄熱風道；

通過蓄熱風道組件連通溫室后墻中的預制蓄熱風道與日光溫室內(nèi)的空氣形成空氣流動循環(huán)，實現(xiàn)溫室內(nèi)空氣在預制蓄熱風道內(nèi)的流動，將日光溫室內(nèi)空氣的熱量儲存在溫室后墻中或?qū)厥液髩︶尫诺臒崃總鬟f給日光溫室內(nèi)的空氣。

具體的，所述的蓄熱風道組件為混凝土空心板，在混凝土空心板的側(cè)壁上設(shè)置多個連通口，每個連通口與一個相變固化土中的預制蓄熱風道連通，且每個蓄熱風道組件的頂部和下部分別設(shè)置通風管道。

進一步的，所述的蓄熱風道組件頂部的通風管道上安裝第一軸流風機。

或者，所述的蓄熱風道組件頂部的通風管道上安裝鼓風機。

進一步的，還包括地下蓄熱風道組件，地下蓄熱風道組件與蓄熱風道組件下部的通風管道連通，地下蓄熱風道組件包括溫室地下蓄熱通風主管和溫室地下蓄熱通風支管，溫室地下蓄熱通風主管沿溫室長度方向靠近溫室后墻埋設(shè)，溫室地下蓄熱通風支管沿溫室寬度方向朝向溫室前墻埋設(shè)。

更進一步的，在溫室地下蓄熱通風支管的出風口上設(shè)置第二軸流風機。

所述的相變蓄熱材料為相變固化劑，相變固化劑包括S95礦粉、硅酸鹽水泥、木質(zhì)磺酸鈣、無水硫酸鈉和水玻璃；按質(zhì)量份數(shù)計，S95礦粉100份，硅酸鹽水泥80份，木質(zhì)磺酸鈣0.2份，無水硫酸鈉40份，水玻璃5份。

所述的砌筑材料為相變固化土，相變固化土包括將所述的相變固化劑按照與土、沙或者戈壁礫石土按照重量比5％～10％的比例進行混合，并攪拌均勻即得相變固化土。

所述的相變固化劑還包括生石灰和Al₂O₃；按質(zhì)量份數(shù)計，Al₂O₃ 10份，硅酸鹽水泥80份，木質(zhì)磺酸鈣0.2份，無水硫酸鈉40份，水玻璃5份，生石灰16份。

所述的砌筑材料為相變固化土，相變固化土包括將所述的相變固化劑按照與土、沙或者戈壁礫石土按照重量比5％～10％的比例進行混合，并攪拌均勻即得相變固化土。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

其一，在陽光溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計上,創(chuàng)新性地將溫室骨架的后坡支點后移到溫室后墻頂端的外側(cè)。該設(shè)計一方面可以在不降低溫室保溫絕熱性能的同時,大大簡化溫室后坡的絕熱和防水的構(gòu)造做法,另一方面,也使得后墻完全由絕熱材料在外側(cè)進行包裹絕熱,因此完全避免了冷橋的貫流熱損失,從溫室結(jié)構(gòu)上提高了絕熱性能。

其二，在溫室后墻建造的材料上首次采用了相變固化土技術(shù)，所利用的儲能材料為添加了十水硫酸鈉的黃土、沙子或者戈壁礫石土等，這些材料均可以就地取材，成本低廉。而本發(fā)明的自主蓄熱相變固化土裝配式后墻溫室，由于建筑材料的寬泛要求，使得該結(jié)構(gòu)的日光溫室能夠適應不同地區(qū)不同地質(zhì)條件的溫室建設(shè)要求，因此可以極大地推動日光溫室標準化的進程，為新型日光溫室的科學設(shè)計提供了樣板。

其三，本發(fā)明的自主蓄熱相變固化土裝配式后墻溫室在建筑結(jié)構(gòu)上采用了快速成型結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)，可以結(jié)合日光溫室的后墻進行一體化建造，因此大大降低溫室土建的建筑成本，同時還可以增強日光溫室后墻的穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明的固化土中加入了十水硫酸鈉，因此該固化土可以實現(xiàn)部分相變，進而達到最大限度地提高固化土的蓄熱容量。

其四，創(chuàng)新性地在溫室后墻建造中采用了絕熱維護材料與墻體主體一次快速成型技術(shù)，在蓄熱風道的構(gòu)造上也采取了模型化成型技術(shù)，并且將溫室后墻的蓄熱風道和溫室地面的蓄熱風道連成自主蓄熱通風系統(tǒng)。因此，不但主動蓄熱通風系統(tǒng)幾乎沒有材料的消耗，而且進一步提高了傳熱的效率和穩(wěn)定性。

其五，運行采用光伏板直接驅(qū)動直流風機，而且采用了生態(tài)智能控制策略，因此相比一般的風機驅(qū)動省去了控制系統(tǒng)和電力供應系統(tǒng)等機構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)造簡化，運行穩(wěn)定和低能耗，安裝調(diào)試完成后，不需要運行費用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自主蓄熱日光溫室的帶有預留溫室后墻內(nèi)預制蓄熱風道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的第一種自主蓄熱日光溫室的帶有蓄熱風道組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的第二種自主蓄熱日光溫室的帶有蓄熱風道組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的第三種自主蓄熱日光溫室的帶有蓄熱風道組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的地下蓄熱風道組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是第一次相變固化沙土試驗應力應變曲線圖；

圖7是第二次相變固化沙土試驗應力應變曲線圖；

圖8是第三次相變固化沙土試驗應力應變曲線圖；

圖9是第一次相變固化礫石圖試驗應力應變曲線圖；

圖10是第二次相變固化礫石圖試驗應力應變曲線圖；

圖11是第三次相變固化礫石圖試驗應力應變曲線圖；

圖12是實施例一中相變固化土的DSC曲線圖；

圖13是實施例二中相變固化土的DSC曲線圖；

圖14是實施例三的蓄熱效果比較曲線圖；

圖中的標號分別表示：1-溫室骨架、11-絕熱板、12-防水層、2-溫室后墻、21-溫室后墻定現(xiàn)澆板、22-溫室后墻頂圈梁、23-預埋鋼板、24-外墻保溫板、25-相變固化土、26-預制蓄熱風道、3-蓄熱風道組件、31-第一軸流風機、31’-鼓風機、31”-通風管道、32-連通口、33-溫室地下蓄熱通風主管、34-溫室地下蓄熱通風支管、35-出風口、36-第二軸流風機、4-溫室前墻；

下面結(jié)合說明書附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

具體實施方式

本發(fā)明中采用了大量應用溫室項目地土地本身作為主要建筑材料，實現(xiàn)最大限度降低成本的目的；采用了在土地材料里加入相變組分，來高效提高溫室后墻體的蓄熱容量的設(shè)計理念和方法；而且在建造方法上采用了，模塊化組件式干法快速建造技術(shù)，為我國溫室建筑的革新提供一種新的發(fā)展思路。

本發(fā)明涉及一種陽光溫室，特別涉及一種利用相變固化土快速成型技術(shù)實現(xiàn)快速裝配,并且能夠自主通過內(nèi)部預留的蓄熱孔道進行蓄熱的陽光溫室，該日光溫室可以根據(jù)溫室內(nèi)的溫度狀況,主動利用風機向溫室后墻體大量蓄熱，加之由于后墻體大量采用了相變固化土砌筑技術(shù)，特別是采用了不同于一般土壤固化的相變固化方法和配方,因此可以在降低溫室土造價的基礎(chǔ)上，高效大量蓄熱,從根本上提高日光溫室的低成本快速建造和高效蓄熱能力,進而從根本上解決陽光溫室的溫度性能。

該陽光溫室的后墻由相變固化土通過快速成型技術(shù)建成，其中，后墻的基礎(chǔ)砌筑材料為各溫室項目地的黃土、沙子或者戈壁礫石土，將基礎(chǔ)砌筑材料與相變固化劑按一定的用量混合后進行溫室后墻的成型砌筑，且在溫室后墻的砌筑中間隔一定距離設(shè)置多個蓄熱風道組件，該蓄熱風道組件是自行設(shè)計成的風道系統(tǒng)，具體為帶有空腔的板體，板體側(cè)壁上設(shè)置多個連通口，連通口與后墻的相變固化土中預留的通道連通，溫室內(nèi)的高溫空氣流入蓄熱風道組件內(nèi)，再通過相變固化土中預留的通道實現(xiàn)溫室熱量的儲蓄和釋放，從而達到在低成本建造陽光溫室的同時，高效地提高溫室的蓄熱、放熱性能。

為了增加空氣流動的主動性，在蓄熱風道組件的頂部的通風管道上設(shè)置第一軸流風機或鼓風機，在日光室內(nèi)的溫度超過設(shè)定值時，開啟軸流風機或鼓風機使熱空氣主動通過蓄熱風道組件向溫室后墻內(nèi)的相變固化土傳遞熱量進行蓄熱，當日光溫室內(nèi)的溫度降低時，同樣通過軸流風機或鼓風機將后墻中的熱量送到日光溫室內(nèi)部。

為了實現(xiàn)溫室地溫的提高，本發(fā)明還設(shè)置了地下蓄熱風道組件，地下蓄熱風道組件與蓄熱風道組件下部的通風管道連通，地下蓄熱風道組件包括溫室地下蓄熱通風主管和溫室地下蓄熱通風支管，埋設(shè)在地下，還可在溫室地下蓄熱通風支管的出風口上設(shè)置第二軸流風機，提高通風的主動性。

本發(fā)明還可通過太陽能光伏板與軸流風機或鼓風機的電連接控制實現(xiàn)主動蓄熱送風的效果，具體為太陽能光伏板與軸流風機或鼓風機電連接，當太陽升起后，溫室內(nèi)的溫度開始升高，光伏發(fā)電量也隨之增加，軸流風機或鼓風機的風量也會和溫室內(nèi)的溫度實現(xiàn)正向耦合；當光照減弱時，軸流風機或鼓風機風量伴隨電量的減少而降低，進而實現(xiàn)了完全無單片機的生態(tài)智能耦合系統(tǒng)。

其中，相變固化劑由以下的原料按重量份組成：

配方一：Al₂O₃：10份，普通硅酸鹽水泥：80份，生石灰：16份，木質(zhì)磺酸鈣：0.2份，無水硫酸鈉：40份，水玻璃5；

配方二：礦粉(95)：100份，普通硅酸鹽水泥：100份，木質(zhì)磺酸鈣：0.2份，無水硫酸鈉：40份，水玻璃5；

相變固化土為將相變固化劑(上述配方一或者配方二的相變固化劑)按照與土、沙或者戈壁礫石土重量比為1～2:20的比例進行混合，并攪拌均勻得到的建筑材料，用于填充溫室后墻，具體按下列步驟進行：

步驟一，按照建筑后墻模板的相關(guān)搭建方法建造后墻模具，其中模板內(nèi)側(cè)為保溫絕熱材料層；

步驟二，將相變固化劑(上述配方一或者配方二所配比的相變固化劑)按照與土、沙或者戈壁礫石土重量比為1～2:20的比例進行混合，并攪拌均勻得到相變固化土；

步驟三，將上述攪拌均勻的相變固化土調(diào)整到適宜夯實的最佳含水量，砂土的最佳含水量為8％～12％；粉土的最佳含水量為16％～22％；黏土的最佳含水量為15％～25％；

步驟四，將拌制好的相變固化土填入后墻成型模板當中,并用氣動夯實設(shè)備進行逐層夯實；

步驟五，待后墻逐層夯實完畢，即可拆掉后墻成型外模板，并保留事先預留的保溫絕熱層。再配合本發(fā)明的配圖中采用的后期加固做法，即可建成具有相變功能的裝配式后墻。

本發(fā)明的主動蓄熱日光溫室結(jié)構(gòu)合理，與現(xiàn)有日光溫室相比可以大幅降低建造成本和加快施工速度，而可以大大提高溫室的自動化水平。具有蓄熱保溫效果好，制造、操作簡單，使用壽命長等優(yōu)點。

實施例一：

本實施例采用的相變固化劑的配方為配方一，采用非耕地區(qū)域內(nèi)的廣泛分布的沙土為基本建筑材料，配制關(guān)系為固化劑：沙土(質(zhì)量比)＝1：12.5最終得到砌筑溫室保溫后墻的材料。

對本實施例的砌筑溫室保溫后墻的材料進行了壓力測試，為了保持測試的科學性每組試驗重復3次，測試結(jié)果見圖7-9。

從圖可中以得到，試驗重復三次，相比原狀的沙土大約為0.2的強度，各次的相變固化土抗壓強度均超過3MPa，平均抗壓強度為3.462MPa，遠遠超過了國際上關(guān)于固化土1MPa的抗壓強度要求。因此，本固化土配方完全能夠達到溫室工程的強度要求。

進行了本配方的相變固化劑的相變蓄熱效果實驗，實驗結(jié)果見圖12，由圖12中的DSC曲線可以知道，當外界溫度升高時，該相變材料從0℃開始大量吸熱，在15.18℃達到吸熱的峰值，該階段的吸熱達到了161.0J/g。當外界溫度降低時，該相變材料從40℃開始大量放熱，在29℃左右達到放熱的峰值，該階段的放熱達到了68.19J/g；從10℃之后，該相變材料的放熱速度開始減慢，放熱趨于平緩。

實施例二：

本實施例采用的相變固化劑的配方為配方二，采用了非耕地區(qū)域內(nèi)的另一種廣泛分布的礫石土為基本建筑材料，配制關(guān)系為固化劑：礫石土(質(zhì)量比)＝1：12.5最終得到砌筑溫室保溫后墻的材料。

對本實施例的砌筑溫室保溫后墻的材料進行了壓力測試，為了保持測試的科學性每組試驗重復3次，測試結(jié)果見圖10-12。

從圖中可以得到，試驗重復三次，相比原狀礫石土約為0.2～0.4MPa的強度，測試試塊各次的相變固化土抗壓強度均超過2.4MPa，平均抗壓強度為3.568MPa，遠遠超過了國際上關(guān)于固化土1MPa的抗壓強度要求。因此，本固化土配方完全能夠達到溫室工程的強度要求。

進行了本配方的相變固化劑的相變蓄熱效果實驗，實驗結(jié)果見圖13，從圖13中的DSC曲線可以知道，當外界溫度升高時，該相變材料從0℃開始吸熱，在17.21℃已經(jīng)吸熱達到了133.61J/g。一直到38.81℃左右，該復合相變材料都保持了較高的吸熱速度，因此證明該材料具有較強的蓄熱性能。

實施例三：

參見圖1～5，本實施例給出了一種主動蓄熱日光溫室，包括溫室骨架1、溫室后墻2、蓄熱風道組件3和溫室前墻4，多個蓄熱風道組3件沿溫室后墻2長度方向間隔并列嵌設(shè)在溫室后墻2中。其中：

溫室骨架1一邊安裝在溫室前墻4前屋角預埋件上，另一邊安裝在溫室后墻2的預埋鋼板23上，形成溫室的骨架系統(tǒng)；然后在溫室骨架后坡外側(cè)順次安裝絕熱板11和防水層12，形成陽光溫室絕熱拒水后坡，絕熱板11為EPS，防水層12為SBS120防水卷材；

溫室后墻2由溫室后墻內(nèi)彩鋼板和外墻保溫板24(EPS聚苯板單面彩鋼)形成溫室的后墻內(nèi)外面，內(nèi)部填充相變固化土25(相變固化土采用實施例一中的配制方案)并分層夯實，相變固化土25中穿設(shè)預留有預制蓄熱風道26；在溫室后墻2墻體頂部構(gòu)造溫室后墻頂圈梁22，并在填充完相變固化土25后，澆注溫室后墻定現(xiàn)澆板21，形成完整的溫室后墻2；

在溫室后墻2的相變固化土25內(nèi)沿溫室后墻2長度方向垂直間隔并列設(shè)置多個蓄熱風道組件3，蓄熱風道組件3為混凝土空心板，在混凝土空心板的側(cè)壁上設(shè)置多個連通口32，每個連通口32與一個相變固化土25中預留的預制蓄熱風道26連通，且每個混凝土空心板的頂部和下部分別設(shè)置通風管道31”，用于連通日光溫室內(nèi)與混凝土空心板的中空空間，實現(xiàn)溫室內(nèi)冷或熱空氣依次沿通風管道進入混凝土空心板、沿相變固化土25中預留的預制蓄熱風道26進行相變固化土的熱量的儲存或釋放；

為了實現(xiàn)溫室地溫的提高，本實施例還包括地下蓄熱風道組件，地下蓄熱風道組件與蓄熱風道組件3下部的通風管道連通，地下蓄熱風道組件包括溫室地下蓄熱通風主管33(PVC或鋼絲網(wǎng)管)和溫室地下蓄熱通風支管34(PVC或鋼絲網(wǎng)管)，可將蓄熱風道組件3內(nèi)的熱空氣的熱量通過地下蓄熱風道組件傳遞給日光溫室的地面，實現(xiàn)溫室的快速升溫，保證作物生長的溫度需求。

為了測試本發(fā)明的科學性，對本發(fā)明所設(shè)計的溫室進行了實際的建造和蓄熱性能測試。

以2014年冬季1月份的測試數(shù)據(jù)為例，對采用了相變固化土的溫室蓄熱性能進行了試驗，試驗數(shù)據(jù)如圖14所示：可見，主動蓄熱日光溫室較普通的日光溫室室內(nèi)溫度提高4.0～6.0℃。

實施例四：

結(jié)合圖2，本實施例與實施例三不同的是：蓄熱風道組件3至少安裝5組，蓄熱風道組件3通過頂部的通風管道31”上安裝的第一軸流風機31與溫室后墻2內(nèi)的預制蓄熱風道26和地下蓄熱風道組件連通，進而形成系統(tǒng)的主動蓄熱風道。

經(jīng)檢測，頂部的通風管道31”處空氣相對濕度60％～70％，出風口處的空氣溫度相對濕度為95％～99％，因此可以得出安裝了主動蓄熱軸流風機的日光溫室，熱空氣中的水分在后墻蓄熱風道內(nèi)發(fā)生了凝結(jié)，因此主動蓄熱日光溫室最終能夠降低日光溫室內(nèi)的空氣濕度。

實施例五：

結(jié)合圖3，本實施例與實施例四不同的是將第一軸流風機31替換為鼓風機31’。

經(jīng)檢測，頂部的通風管道31”處空氣相對濕度60％～70％，出風口處的空氣溫度相對濕度為95％～99％，因此可以得出安裝了主動蓄熱鼓風機31’的日光溫室，熱空氣中的水分在后墻蓄熱風道內(nèi)發(fā)生了凝結(jié)，因此主動蓄熱日光溫室最終能夠降低日光溫室內(nèi)的空氣濕度。

實施例六：

結(jié)合圖4，本實施例與實施例五不同的是：在出風口35上設(shè)置第二軸流風機36，頂部的通風管道31”上未設(shè)置任何風機，將溫室后墻2中的熱量抽送到日光溫室的地面及內(nèi)部。

經(jīng)檢測，頂部的通風管道31”處空氣相對濕度60％～70％，出風口處的空氣溫度相對濕度為95％～99％，因此可以得出安裝了第二軸流風機36的日光溫室，熱空氣中的水分在后墻蓄熱風道內(nèi)發(fā)生了凝結(jié)，因此主動蓄熱日光溫室最終能夠降低日光溫室內(nèi)的空氣濕度。