木塑与钢材复合温室骨架设计及力学性能试验

木塑复合材料是近几年发展较快的一种新型材料,具有易加工、密度高、硬度强的特点。为探究木塑在温室建筑上的应用,设计了一种适合温室使用的木塑与钢材复合骨架,并进行力学性能试验。该试验以木塑和钢材为试材,采用拉伸、压缩、人工气候老化及复合骨架应用于温室的方法,研究了其抗拉、抗压强度及其在温室中应用情况,以期能够开发一种在性能和价格上与钢骨架结构材料相媲美的新材料。结果表明:在低温、室温和高温条件下,木塑的抗拉强度分别为28.391、24.954、15.000 MPa,木塑的抗压强度分别为63.633、42.438、32.547 MPa,木塑的抗拉强度和抗压强度均与环境温度呈负相关关系。木塑在经过250 h的人工气候老化后的抗弯强度为37.040 MPa,比未进行老化处理下降了22.083%。将木塑与钢材结合制作成不同形式的复合骨架,与普通木塑骨架对比,在室温下测试发现复合骨架比普通木塑骨架抗弯性能显著提高,其延展性提高约3倍,其中钢材添加在下缘的复合骨架的抗弯性能显著较钢材在上缘的复合骨架优越;带卡簧卡槽复合骨架的最大抗弯屈服力为19.112 kN,较钢材在下缘的复合骨架提高88.74%,达到了温室骨架的承载力要求。通过供试带卡簧卡槽复合骨架温室的荷载试验得出,跨度8.0 m、顶高3.3 m的拱形屋面温室,其骨架间距为1.2 m时,供试温室承受荷载为0.436 kN·m^-2;当骨架间距为1.0 m时,其承受荷载为0.527 kN·m^-2。与传统钢骨架温室对比,复合骨架温室的建筑成本减少了10.4元·m^-2。该复合骨架可以同时发挥木塑的环保、价廉、可塑性优势和钢材的优良力学性能,为温室建筑的轻简化、装配化提供了有益参考。

光伏驱动基质控温系统对温室番茄根区的降温效果

在温室中经常出现短期或持续的高温工况,通常温室内温度环境调控的方法为整体降温,该方法通常会出现无法达到有效降温或高能耗的问题。为解决上述问题,更好地实现温室的周年生产,该研究提出了一种以光伏作为能量来源,以无机相变材料作为储能工质,结合生态智能的环境控制策略,对番茄根区应对高温工况,实现安全连续生产进行了试验研究。结果表明,在温度较高的夏季晴天需2次各约1 h的降温,阴、雨天各仅需1次约1 h降温,其余时段充分利用系统的保冷作用即可达到维持作物舒适生长环境的要求。在试验工况下,典型晴天(2018年7月18日)、阴天(2018年6月30日)、雨天(2018年7月1日)与对照组温度变化相比,该系统实际将试验组基质的平均温度分别降低了8.65、11.38、11.47℃,使番茄根区温度在日间始终低于最高耐受温度(33℃),夜间温度控制在发育的最适温度(22℃)左右。试验进行到第17天时对照组植株全部死亡,试验组保持良好生长状况。该研究所提出的温室控温方法中,保温种植槽单位面积的制冷功率为510.42 W/m^2,基质平均温度降低9.03℃,实现了温室能耗的大幅度降低,而且能够长时间维持降温的效果。使用生态智能种植基质控温的方法和系统,可以实现在超低能耗条件下,解决温室番茄的抗高温安全生产问题。

新型相变材料蓄放热性能测试及在温室内的应用

日光温室现行的温度调控方法对太阳能无法进行有效利用,造成大量浪费,在极端天气条件下不能取得良好效果,无法持续为植物提供适宜的生长环境。为解决上述问题,更好地改善温室墙体性能,该研究以复合无机相变材料为主体,再配以水泥、锯末等原料,制备成相变材料模块,并进行相关试验,测试相变材料水泥模块的蓄放热性能。而后将其固定于日光温室后墙骨架上,采集温室内温度数据,来研究其在实际生产环境中的蓄放热效果。结果表明一块F1、F2、F3相变材料水泥模块温度由8.3升到32℃分别吸收2575.2、3041.5、3286.8 kJ热量,单位体积蓄热量分别为74.5、88.0、95.1 MJ/m^(3);一块F1、F2、F3相变材料水泥模块温度由32降到7.8℃分别放出热量2067.0、2344.6、2910.2 kJ,单位体积放热量分别为59.8、67.8、84.2 MJ/m^(3)。在夏季不同天气条件下,三种相变材料都可吸收大量热量,降低温室温度峰值;在冬天夜间又可释放大量热量,提高温室最低温度,使植物始终处于环境相对适宜、温度变化较为平缓的生长环境中。