一种主动蓄热相变固化土日光温室及相变固化剂的制作方法

本发明属于相变材料及其应用领域，具体涉及一种主动蓄热相变固化土日光温室及相变固化剂。

背景技术：

目前，常规的日光温室都采用与一般建筑类时的土建操作方法建造温室的后墙，由于建筑方法未能充分考虑阳光温室的特殊性，导致现有阳光温室造价过高，和建造速度慢；而且在生产实践中由于通常都会压缩阳光温室的造价，因此造成温室绝热蓄热条件不但差，而且还很难提高。近年来，虽然很多研究人员投入了大量的时间和精力来研究温室绝热保温的原理和性能，但是由于温室蓄传热问题的复杂性、特殊性，该研究方向尚未触及改善日光温室室内保温蓄热的关键。而且，大量的研究表明，在控制温室单方造价的刚性条件约束下，单纯地改变一两种土建材料，不能从根本上解决日光温室现存的绝热、蓄热困难等核心问题。

另外，在日光温室的蓄热方面，常规的日光温室都采用被动蓄热，导致温室的蓄热量严重不足，后墙越砌越厚，造价逐步攀升，但同时温室的蓄热性能却没有多少提高。虽然，很多研究人员投入了大量的时间和精力来研究后墙蓄热，但是由于后墙蓄热问题的复杂性、特殊性，该研究方向尚未触及改善日光温室保温性能的关键。日光温室后墙研究的关键，不仅仅是单纯提高后墙的绝热性能，更重要的是要提高后墙的蓄热能力。

因此，温室行业发展至今，亟待一次温室结构和建造方法的颠覆性革命，亟待发明一种既能够最大可能地成本快速建造，又能够具有足够的绝热蓄热性能，而且能够地成本运行的创新温室结构。

技术实现要素：

针对现有日光温室在采光结构上存在的缺陷或不足，本发明给出了一种主动蓄热相变固化土日光温室及相变固化剂，本发明采用相变固化剂加入日光温室墙体中，墙体可以根据日光温室室内温度的不同，自主进行蓄热和放热，同时，本发明还对日光温室的结构进行改变，可以根据外界光照条件的不同而主动改变的日光温室的采光屋面。从而实现日光温室主动采光，从根本上突破了日光温室的采光设计瓶颈。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种主动蓄热日光温室，包括温室骨架、温室后墙和温室前墙，还包括多个蓄热风道组件，多个蓄热风道组件沿温室后墙长度方向间隔嵌设在温室后墙中，温室后墙的砌筑材料中加入了相变蓄热材料，温室后墙中穿设多个预制蓄热风道；

通过蓄热风道组件连通温室后墙中的预制蓄热风道与日光温室内的空气形成空气流动循环，实现温室内空气在预制蓄热风道内的流动，将日光温室内空气的热量储存在温室后墙中或将温室后墙释放的热量传递给日光温室内的空气。

具体的，所述的蓄热风道组件为混凝土空心板，在混凝土空心板的侧壁上设置多个连通口，每个连通口与一个相变固化土中的预制蓄热风道连通，且每个蓄热风道组件的顶部和下部分别设置通风管道。

进一步的，所述的蓄热风道组件顶部的通风管道上安装第一轴流风机。

或者，所述的蓄热风道组件顶部的通风管道上安装鼓风机。

进一步的，还包括地下蓄热风道组件，地下蓄热风道组件与蓄热风道组件下部的通风管道连通，地下蓄热风道组件包括温室地下蓄热通风主管和温室地下蓄热通风支管，温室地下蓄热通风主管沿温室长度方向靠近温室后墙埋设，温室地下蓄热通风支管沿温室宽度方向朝向温室前墙埋设。

更进一步的，在温室地下蓄热通风支管的出风口上设置第二轴流风机。

所述的相变蓄热材料为相变固化剂，相变固化剂包括S95矿粉、硅酸盐水泥、木质磺酸钙、无水硫酸钠和水玻璃；按质量份数计，S95矿粉100份，硅酸盐水泥80份，木质磺酸钙0.2份，无水硫酸钠40份，水玻璃5份。

所述的砌筑材料为相变固化土，相变固化土包括将所述的相变固化剂按照与土、沙或者戈壁砾石土按照重量比5％～10％的比例进行混合，并搅拌均匀即得相变固化土。

所述的相变固化剂还包括生石灰和Al₂O₃；按质量份数计，Al₂O₃ 10份，硅酸盐水泥80份，木质磺酸钙0.2份，无水硫酸钠40份，水玻璃5份，生石灰16份。

所述的砌筑材料为相变固化土，相变固化土包括将所述的相变固化剂按照与土、沙或者戈壁砾石土按照重量比5％～10％的比例进行混合，并搅拌均匀即得相变固化土。

本发明的优点在于：

其一，在阳光温室结构设计上,创新性地将温室骨架的后坡支点后移到温室后墙顶端的外侧。该设计一方面可以在不降低温室保温绝热性能的同时,大大简化温室后坡的绝热和防水的构造做法,另一方面,也使得后墙完全由绝热材料在外侧进行包裹绝热,因此完全避免了冷桥的贯流热损失,从温室结构上提高了绝热性能。

其二，在温室后墙建造的材料上首次采用了相变固化土技术，所利用的储能材料为添加了十水硫酸钠的黄土、沙子或者戈壁砾石土等，这些材料均可以就地取材，成本低廉。而本发明的自主蓄热相变固化土装配式后墙温室，由于建筑材料的宽泛要求，使得该结构的日光温室能够适应不同地区不同地质条件的温室建设要求，因此可以极大地推动日光温室标准化的进程，为新型日光温室的科学设计提供了样板。

其三，本发明的自主蓄热相变固化土装配式后墙温室在建筑结构上采用了快速成型结构设计和施工技术，可以结合日光温室的后墙进行一体化建造，因此大大降低温室土建的建筑成本，同时还可以增强日光温室后墙的稳定性。另外，本发明的固化土中加入了十水硫酸钠，因此该固化土可以实现部分相变，进而达到最大限度地提高固化土的蓄热容量。

其四，创新性地在温室后墙建造中采用了绝热维护材料与墙体主体一次快速成型技术，在蓄热风道的构造上也采取了模型化成型技术，并且将温室后墙的蓄热风道和温室地面的蓄热风道连成自主蓄热通风系统。因此，不但主动蓄热通风系统几乎没有材料的消耗，而且进一步提高了传热的效率和稳定性。

其五，运行采用光伏板直接驱动直流风机，而且采用了生态智能控制策略，因此相比一般的风机驱动省去了控制系统和电力供应系统等机构，系统构造简化，运行稳定和低能耗，安装调试完成后，不需要运行费用。

附图说明

图1是本发明的自主蓄热日光温室的带有预留温室后墙内预制蓄热风道的结构示意图；

图2是本发明的第一种自主蓄热日光温室的带有蓄热风道组件的结构示意图；

图3是本发明的第二种自主蓄热日光温室的带有蓄热风道组件的结构示意图；

图4是本发明的第三种自主蓄热日光温室的带有蓄热风道组件的结构示意图；

图5是本发明的地下蓄热风道组件的结构示意图；

图6是第一次相变固化沙土试验应力应变曲线图；

图7是第二次相变固化沙土试验应力应变曲线图；

图8是第三次相变固化沙土试验应力应变曲线图；

图9是第一次相变固化砾石图试验应力应变曲线图；

图10是第二次相变固化砾石图试验应力应变曲线图；

图11是第三次相变固化砾石图试验应力应变曲线图；

图12是实施例一中相变固化土的DSC曲线图；

图13是实施例二中相变固化土的DSC曲线图；

图14是实施例三的蓄热效果比较曲线图；

图中的标号分别表示：1-温室骨架、11-绝热板、12-防水层、2-温室后墙、21-温室后墙定现浇板、22-温室后墙顶圈梁、23-预埋钢板、24-外墙保温板、25-相变固化土、26-预制蓄热风道、3-蓄热风道组件、31-第一轴流风机、31’-鼓风机、31”-通风管道、32-连通口、33-温室地下蓄热通风主管、34-温室地下蓄热通风支管、35-出风口、36-第二轴流风机、4-温室前墙；

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明中采用了大量应用温室项目地土地本身作为主要建筑材料，实现最大限度降低成本的目的；采用了在土地材料里加入相变组分，来高效提高温室后墙体的蓄热容量的设计理念和方法；而且在建造方法上采用了，模块化组件式干法快速建造技术，为我国温室建筑的革新提供一种新的发展思路。

本发明涉及一种阳光温室，特别涉及一种利用相变固化土快速成型技术实现快速装配,并且能够自主通过内部预留的蓄热孔道进行蓄热的阳光温室，该日光温室可以根据温室内的温度状况,主动利用风机向温室后墙体大量蓄热，加之由于后墙体大量采用了相变固化土砌筑技术，特别是采用了不同于一般土壤固化的相变固化方法和配方,因此可以在降低温室土造价的基础上，高效大量蓄热,从根本上提高日光温室的低成本快速建造和高效蓄热能力,进而从根本上解决阳光温室的温度性能。

该阳光温室的后墙由相变固化土通过快速成型技术建成，其中，后墙的基础砌筑材料为各温室项目地的黄土、沙子或者戈壁砾石土，将基础砌筑材料与相变固化剂按一定的用量混合后进行温室后墙的成型砌筑，且在温室后墙的砌筑中间隔一定距离设置多个蓄热风道组件，该蓄热风道组件是自行设计成的风道系统，具体为带有空腔的板体，板体侧壁上设置多个连通口，连通口与后墙的相变固化土中预留的通道连通，温室内的高温空气流入蓄热风道组件内，再通过相变固化土中预留的通道实现温室热量的储蓄和释放，从而达到在低成本建造阳光温室的同时，高效地提高温室的蓄热、放热性能。

为了增加空气流动的主动性，在蓄热风道组件的顶部的通风管道上设置第一轴流风机或鼓风机，在日光室内的温度超过设定值时，开启轴流风机或鼓风机使热空气主动通过蓄热风道组件向温室后墙内的相变固化土传递热量进行蓄热，当日光温室内的温度降低时，同样通过轴流风机或鼓风机将后墙中的热量送到日光温室内部。

为了实现温室地温的提高，本发明还设置了地下蓄热风道组件，地下蓄热风道组件与蓄热风道组件下部的通风管道连通，地下蓄热风道组件包括温室地下蓄热通风主管和温室地下蓄热通风支管，埋设在地下，还可在温室地下蓄热通风支管的出风口上设置第二轴流风机，提高通风的主动性。

本发明还可通过太阳能光伏板与轴流风机或鼓风机的电连接控制实现主动蓄热送风的效果，具体为太阳能光伏板与轴流风机或鼓风机电连接，当太阳升起后，温室内的温度开始升高，光伏发电量也随之增加，轴流风机或鼓风机的风量也会和温室内的温度实现正向耦合；当光照减弱时，轴流风机或鼓风机风量伴随电量的减少而降低，进而实现了完全无单片机的生态智能耦合系统。

其中，相变固化剂由以下的原料按重量份组成：

配方一：Al₂O₃：10份，普通硅酸盐水泥：80份，生石灰：16份，木质磺酸钙：0.2份，无水硫酸钠：40份，水玻璃5；

配方二：矿粉(95)：100份，普通硅酸盐水泥：100份，木质磺酸钙：0.2份，无水硫酸钠：40份，水玻璃5；

相变固化土为将相变固化剂(上述配方一或者配方二的相变固化剂)按照与土、沙或者戈壁砾石土重量比为1～2:20的比例进行混合，并搅拌均匀得到的建筑材料，用于填充温室后墙，具体按下列步骤进行：

步骤一，按照建筑后墙模板的相关搭建方法建造后墙模具，其中模板内侧为保温绝热材料层；

步骤二，将相变固化剂(上述配方一或者配方二所配比的相变固化剂)按照与土、沙或者戈壁砾石土重量比为1～2:20的比例进行混合，并搅拌均匀得到相变固化土；

步骤三，将上述搅拌均匀的相变固化土调整到适宜夯实的最佳含水量，砂土的最佳含水量为8％～12％；粉土的最佳含水量为16％～22％；黏土的最佳含水量为15％～25％；

步骤四，将拌制好的相变固化土填入后墙成型模板当中,并用气动夯实设备进行逐层夯实；

步骤五，待后墙逐层夯实完毕，即可拆掉后墙成型外模板，并保留事先预留的保温绝热层。再配合本发明的配图中采用的后期加固做法，即可建成具有相变功能的装配式后墙。

本发明的主动蓄热日光温室结构合理，与现有日光温室相比可以大幅降低建造成本和加快施工速度，而可以大大提高温室的自动化水平。具有蓄热保温效果好，制造、操作简单，使用寿命长等优点。

实施例一：

本实施例采用的相变固化剂的配方为配方一，采用非耕地区域内的广泛分布的沙土为基本建筑材料，配制关系为固化剂：沙土(质量比)＝1：12.5最终得到砌筑温室保温后墙的材料。

对本实施例的砌筑温室保温后墙的材料进行了压力测试，为了保持测试的科学性每组试验重复3次，测试结果见图7-9。

从图可中以得到，试验重复三次，相比原状的沙土大约为0.2的强度，各次的相变固化土抗压强度均超过3MPa，平均抗压强度为3.462MPa，远远超过了国际上关于固化土1MPa的抗压强度要求。因此，本固化土配方完全能够达到温室工程的强度要求。

进行了本配方的相变固化剂的相变蓄热效果实验，实验结果见图12，由图12中的DSC曲线可以知道，当外界温度升高时，该相变材料从0℃开始大量吸热，在15.18℃达到吸热的峰值，该阶段的吸热达到了161.0J/g。当外界温度降低时，该相变材料从40℃开始大量放热，在29℃左右达到放热的峰值，该阶段的放热达到了68.19J/g；从10℃之后，该相变材料的放热速度开始减慢，放热趋于平缓。

实施例二：

本实施例采用的相变固化剂的配方为配方二，采用了非耕地区域内的另一种广泛分布的砾石土为基本建筑材料，配制关系为固化剂：砾石土(质量比)＝1：12.5最终得到砌筑温室保温后墙的材料。

对本实施例的砌筑温室保温后墙的材料进行了压力测试，为了保持测试的科学性每组试验重复3次，测试结果见图10-12。

从图中可以得到，试验重复三次，相比原状砾石土约为0.2～0.4MPa的强度，测试试块各次的相变固化土抗压强度均超过2.4MPa，平均抗压强度为3.568MPa，远远超过了国际上关于固化土1MPa的抗压强度要求。因此，本固化土配方完全能够达到温室工程的强度要求。

进行了本配方的相变固化剂的相变蓄热效果实验，实验结果见图13，从图13中的DSC曲线可以知道，当外界温度升高时，该相变材料从0℃开始吸热，在17.21℃已经吸热达到了133.61J/g。一直到38.81℃左右，该复合相变材料都保持了较高的吸热速度，因此证明该材料具有较强的蓄热性能。

实施例三：

参见图1～5，本实施例给出了一种主动蓄热日光温室，包括温室骨架1、温室后墙2、蓄热风道组件3和温室前墙4，多个蓄热风道组3件沿温室后墙2长度方向间隔并列嵌设在温室后墙2中。其中：

温室骨架1一边安装在温室前墙4前屋角预埋件上，另一边安装在温室后墙2的预埋钢板23上，形成温室的骨架系统；然后在温室骨架后坡外侧顺次安装绝热板11和防水层12，形成阳光温室绝热拒水后坡，绝热板11为EPS，防水层12为SBS120防水卷材；

温室后墙2由温室后墙内彩钢板和外墙保温板24(EPS聚苯板单面彩钢)形成温室的后墙内外面，内部填充相变固化土25(相变固化土采用实施例一中的配制方案)并分层夯实，相变固化土25中穿设预留有预制蓄热风道26；在温室后墙2墙体顶部构造温室后墙顶圈梁22，并在填充完相变固化土25后，浇注温室后墙定现浇板21，形成完整的温室后墙2；

在温室后墙2的相变固化土25内沿温室后墙2长度方向垂直间隔并列设置多个蓄热风道组件3，蓄热风道组件3为混凝土空心板，在混凝土空心板的侧壁上设置多个连通口32，每个连通口32与一个相变固化土25中预留的预制蓄热风道26连通，且每个混凝土空心板的顶部和下部分别设置通风管道31”，用于连通日光温室内与混凝土空心板的中空空间，实现温室内冷或热空气依次沿通风管道进入混凝土空心板、沿相变固化土25中预留的预制蓄热风道26进行相变固化土的热量的储存或释放；

为了实现温室地温的提高，本实施例还包括地下蓄热风道组件，地下蓄热风道组件与蓄热风道组件3下部的通风管道连通，地下蓄热风道组件包括温室地下蓄热通风主管33(PVC或钢丝网管)和温室地下蓄热通风支管34(PVC或钢丝网管)，可将蓄热风道组件3内的热空气的热量通过地下蓄热风道组件传递给日光温室的地面，实现温室的快速升温，保证作物生长的温度需求。

为了测试本发明的科学性，对本发明所设计的温室进行了实际的建造和蓄热性能测试。

以2014年冬季1月份的测试数据为例，对采用了相变固化土的温室蓄热性能进行了试验，试验数据如图14所示：可见，主动蓄热日光温室较普通的日光温室室内温度提高4.0～6.0℃。

实施例四：

结合图2，本实施例与实施例三不同的是：蓄热风道组件3至少安装5组，蓄热风道组件3通过顶部的通风管道31”上安装的第一轴流风机31与温室后墙2内的预制蓄热风道26和地下蓄热风道组件连通，进而形成系统的主动蓄热风道。

经检测，顶部的通风管道31”处空气相对湿度60％～70％，出风口处的空气温度相对湿度为95％～99％，因此可以得出安装了主动蓄热轴流风机的日光温室，热空气中的水分在后墙蓄热风道内发生了凝结，因此主动蓄热日光温室最终能够降低日光温室内的空气湿度。

实施例五：

结合图3，本实施例与实施例四不同的是将第一轴流风机31替换为鼓风机31’。

经检测，顶部的通风管道31”处空气相对湿度60％～70％，出风口处的空气温度相对湿度为95％～99％，因此可以得出安装了主动蓄热鼓风机31’的日光温室，热空气中的水分在后墙蓄热风道内发生了凝结，因此主动蓄热日光温室最终能够降低日光温室内的空气湿度。

实施例六：

结合图4，本实施例与实施例五不同的是：在出风口35上设置第二轴流风机36，顶部的通风管道31”上未设置任何风机，将温室后墙2中的热量抽送到日光温室的地面及内部。

经检测，顶部的通风管道31”处空气相对湿度60％～70％，出风口处的空气温度相对湿度为95％～99％，因此可以得出安装了第二轴流风机36的日光温室，热空气中的水分在后墙蓄热风道内发生了凝结，因此主动蓄热日光温室最终能够降低日光温室内的空气湿度。