佟國(guó)紅 ，David M. Christopher

（1. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，沈陽(yáng)110866； 2. 清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系，北京100084）

0 引 言

對(duì)于越冬生產(chǎn)的溫室來(lái)說(shuō)，墻體在溫室節(jié)能中起到非常重要的作用[1]。馬承偉等[2]指出日光溫室墻體對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境的作用除了要阻止熱量的散失，更重要的是夜間向室內(nèi)釋放白天蓄積的熱量。此外，墻體夜間要能夠持續(xù)不斷地向溫室內(nèi)提供熱量[3]。在選擇、評(píng)價(jià)墻體時(shí)，Bastien和 Athienitis[4]研究表明對(duì)于吸熱與放熱在同一表面的熱慣性大的物體不能用時(shí)間延遲及衰減系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)熱性能，因?yàn)樘?yáng)能貯熱墻的吸熱、貯熱及放熱性能受到很多因素的影響[5]。重要的熱參數(shù)不易獲得，很難準(zhǔn)確估計(jì)[6]。對(duì)于日光溫室墻體，其傳熱是復(fù)雜環(huán)境條件下的非穩(wěn)態(tài)過程，對(duì)其熱性能做出準(zhǔn)確定量的判斷非常困難[2]，而以墻體夜間向室內(nèi)放熱效率評(píng)價(jià)墻體蓄放熱性能是不全面的[7-8]，正確評(píng)價(jià)墻體的蓄放熱性能，就需要進(jìn)行熱流量的計(jì)算，但是計(jì)算熱流量的前提是計(jì)算溫度場(chǎng)，也就是要確定墻體內(nèi)部溫度分布及變化，因此，研究日光溫室墻體溫度變化對(duì)于評(píng)價(jià)墻體的蓄熱保溫性能具有重要的意義。

在單一材料墻體溫度的研究方面，陳端生等[9]根據(jù)墻體內(nèi)溫度變化情況，提出日光溫室墻體從內(nèi)側(cè)到外側(cè)由蓄熱層、穩(wěn)定層及保溫層構(gòu)成，其中蓄熱層是指白天貯存太陽(yáng)能、夜間向室內(nèi)釋放熱量的溫度波動(dòng)層（本文后面用“蓄放熱層”表示該波動(dòng)層），穩(wěn)定層指墻體溫度變化很小的墻段，張志錄等[10]]等眾多學(xué)者在不同地點(diǎn)、對(duì)不同厚度土墻的溫度測(cè)試研究中均發(fā)現(xiàn)在墻體厚度中間存在溫度日變化幅度很小的穩(wěn)定層區(qū)域。近年來(lái)專家學(xué)者關(guān)注日光溫室墻體的蓄放熱層定義、蓄放熱層厚度的界定，目前確定方法是根據(jù)墻體內(nèi)熱量傳遞方向（指向墻體外側(cè)或內(nèi)測(cè)）[11]或根據(jù)室內(nèi)側(cè)墻體一天內(nèi)溫度波幅變化，比如波幅超過0.5[12]、0.2 ℃[13]等。白青等[13]詳盡闡述了界定蓄放熱層、穩(wěn)定層、保溫層之間的邏輯關(guān)系，指出墻體各點(diǎn)溫度均高于室內(nèi)日最低氣溫的這部分墻體厚度就是墻體蓄放熱層厚度?？梢?，對(duì)于單一材料墻體，蓄放熱層的定義及厚度還缺乏一致的結(jié)論，了解其內(nèi)部溫度變化規(guī)律是十分必要的。

對(duì)于復(fù)合材料墻體，Zhang等[14]研究表明墻體用復(fù)合墻在嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)冬季節(jié)能十分顯著，管勇等[15]指出通過節(jié)能量等指標(biāo)還無(wú)法獲得日光溫室復(fù)合墻體最佳保溫材料層厚度。確定復(fù)合墻體組成、分析其內(nèi)部的蓄放熱規(guī)律，還需要了解墻體的溫度變化。溫祥珍和李亞靈[16]測(cè)試磚混結(jié)構(gòu)復(fù)合墻體溫度，發(fā)現(xiàn)近室內(nèi)0.2 m的墻體是影響室內(nèi)溫度的主要界面層；管勇等[17]研究表明日光溫室三重結(jié)構(gòu)墻體的室內(nèi)側(cè)墻體溫度變化區(qū)厚度約為0.3 m；李明等[18]指出聚苯乙烯型磚復(fù)合墻在晴天的放熱區(qū)域?yàn)?.3 m；鮑恩財(cái)?shù)萚19]試驗(yàn)表明多孔磚與苯復(fù)合墻晴天蓄放熱層厚度為 0.26 m。在以上文獻(xiàn)研究結(jié)果中，墻體蓄放熱層厚度與測(cè)試地點(diǎn)、復(fù)合墻體的材料密切相關(guān)。Tong等[20]在復(fù)合材料墻體方面的研究表明墻體隔熱材料層位置的設(shè)置也影響蓄熱層內(nèi)的溫度分布。由于復(fù)合墻體溫度影響因素較多，對(duì)其內(nèi)部溫度變化規(guī)律有待進(jìn)一步研究。

單一材料墻體及復(fù)合墻體的蓄放熱區(qū)域溫度均表現(xiàn)出隨時(shí)間、空間變化的特點(diǎn)，目前揭示這種變化特點(diǎn)的方法主要是通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，雖然相關(guān)的測(cè)試研究提供了直觀的、有價(jià)值的墻體內(nèi)部溫度分布趨勢(shì)，但是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，得出的結(jié)論依賴于測(cè)試儀器的布點(diǎn)、特定的溫室結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)場(chǎng)的特定環(huán)境，缺乏普適性，況且通過目前的測(cè)試研究結(jié)果還無(wú)法梳理出統(tǒng)一的、規(guī)律性的結(jié)論。因此，本研究擬建立針對(duì)單一材料墻體的溫度變化估算模型，探索單一材料墻體蓄放熱層溫度變化規(guī)律及相應(yīng)的蓄放熱層厚度；采用數(shù)值模擬的研究方法，探索復(fù)合墻體蓄熱材料層的溫度變化特點(diǎn)。

1 材料和方法

1.1 墻體方案

1.1.1 單一材料墻體方案

為了掌握目前常用厚重墻體的溫度變化特點(diǎn)，本研究采用目前常見的4種厚重墻體作為單一材料墻體方案，分別為黏土磚墻、礫石墻、加草黏土墻及夯土墻。4種厚重墻體的材料熱物性如表1所示。

表1 墻體材料熱物性Table 1 Thermal properties for wall materials

1.1.2 復(fù)合墻體方案

日光溫室復(fù)合墻體最小厚度為 0.44 m，最大厚度為1.08 m，大部分墻體厚度在0.50～0.70 m之間，以0.60 m厚度最為常見，多為磚苯復(fù)合墻[22]。本研究以黏土磚為蓄熱材料層，苯板作為隔熱層。

為探討復(fù)合墻體蓄熱層厚度內(nèi)溫度變化特點(diǎn)，對(duì)表 2所示的 2種墻體方案進(jìn)行研究。對(duì)于復(fù)合墻體總厚度為0.60 m的方案（W1），4個(gè)墻體蓄熱材料層厚度的選擇是依據(jù)黏土磚的模數(shù)，分別為0.12、0.24、0.36及0.48 m；對(duì)于復(fù)合墻體總厚度分別為0.60 m和0.72 m的方案（W2），其中0.60 m厚墻體方案（W2-1）是佟國(guó)紅等[23]測(cè)試的12 m跨度日光溫室的現(xiàn)有復(fù)合墻體，在其外側(cè)附0.12 m厚磚墻，墻體總厚度則由0.60 m增加到0.72 m（W2-2），本研究觀察墻體總厚度變化時(shí)內(nèi)側(cè)蓄熱材料層溫度變化。

表2 復(fù)合墻體方案Table 2 Layered wall cases

1.2 墻體溫度變化研究方法

1.2.1 單一材料墻體內(nèi)溫度變化估算模型

建立模型對(duì)單一材料墻體內(nèi)部溫度變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，首先需要墻體厚度的半無(wú)限大平板假設(shè)判斷，然后通過求解平板內(nèi)溫度響應(yīng)模型獲得內(nèi)部溫度振幅變化規(guī)律，進(jìn)而確定平板內(nèi)溫度衰減幅度及溫度波動(dòng)層厚度。

1）單一材料墻體半無(wú)限大平板假設(shè)

日光溫室墻體表面受周期性溫度波的作用，墻體內(nèi)溫度分布與半無(wú)限大平板相似。假設(shè)傳熱沿墻體厚度方向，根據(jù)Pitts和Sissom[24]，一維傳熱的有限厚平板看作半無(wú)限大平板需滿足以下判據(jù)

式中x0為平板的半厚度，m；a為導(dǎo)溫系數(shù)，m2/s；τ0為表面溫度變化周期，h。

式中τ為時(shí)間，h；T(x0,τ)為τ時(shí)刻平板中心處的溫度，℃；Ti為初始溫度，℃；Ts為表面溫度，℃。

同時(shí)滿足式（1）和式（2），則該墻體（有限厚平板）可視為半無(wú)限大平板。

2）半無(wú)限大平板內(nèi)溫度響應(yīng)求解模型

假設(shè)半無(wú)限大平板表面溫度按余弦規(guī)律變化，周期為 24 h，求解半無(wú)限大物體內(nèi)的溫度響應(yīng)所采用的求解模型為[25]

式中x為距表面的厚度，m；T指當(dāng)時(shí)間為τ時(shí)在點(diǎn)x處與表面平均溫度相比較的振幅，℃；Tω指當(dāng)時(shí)間為τ時(shí)表面溫度與表面平均溫度相比較的振幅，℃；Tm表示表面溫度的一級(jí)諧量振幅（零級(jí)諧量為表面的平均溫度），℃。

3）半無(wú)限大平板內(nèi)溫度振幅及波長(zhǎng)

由溫度響應(yīng)模型，可以求得平板內(nèi)部溫度變化及溫度波波長(zhǎng)。

距平板表面x（m）厚度處的溫度振幅

平板內(nèi)部溫度波波長(zhǎng)XL

4）半無(wú)限大平板內(nèi)溫度衰減幅度及溫度波動(dòng)層厚度平板內(nèi)部溫度振幅隨厚度呈指數(shù)遞減。令

則T1x和T2x是公式（5）T的波動(dòng)范圍曲線，且滿足

距平板表面x（m）厚度處的內(nèi)部溫度振幅衰減成平板表面振幅1/δ（δ為大于1的整數(shù)）所需的厚度xδ[25]見式 （10）。

該模型假設(shè)墻體為一維傳熱、導(dǎo)溫系數(shù)不變，因此可應(yīng)用于符合半無(wú)限大平板假設(shè)的任何單一材料墻體。

1.2.2 復(fù)合墻體蓄放熱層溫度變化模擬分析

由于復(fù)合墻體的組成及傳熱特點(diǎn)不同于單一材料墻體，因此單一材料墻體內(nèi)溫度變化估算模型不能應(yīng)用到復(fù)合墻體內(nèi)的溫度分析。日光溫室墻體的傳熱是復(fù)雜的過程，很難確定非常理想和準(zhǔn)確的模型[26]，因?yàn)橐紤]墻體所在的整個(gè)溫室系統(tǒng)的顯熱和潛熱以及導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射傳熱過程。佟國(guó)紅等[27-28]建立了包括溫室本身及溫室下面1 m深土壤的幾何模型，以室外氣象條件作為輸入，考慮了導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射的傳熱機(jī)制，同時(shí)考慮了顯熱和潛熱子模型，構(gòu)建了求解日光溫室溫度的 CFD模擬模型并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。本研究采用上述模型，所采用的邊界條件同文獻(xiàn)[29-30]的晴天邊界條件,采用2004年2月17日（晴天）23:00的溫室溫度測(cè)試值作為模擬初始條件，以2004年2月18日（晴天）00:00至次日08:00室外的空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速及太陽(yáng)輻射作為模擬輸入，用CFD技術(shù)求解，分析同一邊界條件下日光溫室各復(fù)合墻體內(nèi)側(cè)蓄熱材料層溫度變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一材料墻體內(nèi)溫度變化分析

2.1.1 墻體半無(wú)限大平板判斷

根據(jù)判斷有限厚平板視為半無(wú)限大平板的條件，若同時(shí)滿足公式（1）的最小厚度要求及公式（2）的溫度分布要求，則單一材料墻體可視為半無(wú)限大平板。

1）墻體最小厚度判斷

常見的單一材料墻體方案材料的導(dǎo)溫系數(shù)及波長(zhǎng)如表3所示。

由表3可知，礫石導(dǎo)溫系數(shù)及波長(zhǎng)均大于其他3種墻體材料，這是由于其導(dǎo)熱系數(shù)及熱容與其他 3種墻體材料相比數(shù)值較大，導(dǎo)溫快且貯熱多。根據(jù)表 3墻體材料的導(dǎo)溫系數(shù)，并假設(shè)墻體表面溫度變化周期為 24 h，則根據(jù)公式（1）可得到4種常見的單一材料墻體看作半無(wú)限大平板時(shí)所需的最小墻體厚度，黏土磚墻 1.38 m、礫石墻2.02 m、加草黏土墻1.44 m及夯土墻1.60 m。目前測(cè)試的厚重土墻厚度都大于1.60 m。

表3 墻體材料導(dǎo)溫系數(shù)及波長(zhǎng)Table 3 Thermal diffusivity and wavelength for various wall materials

2）墻體溫度分布判斷

若各時(shí)刻墻體中間的溫度與初始溫度相等，則有

根據(jù)公式（2），可得

文獻(xiàn)[10-13]在測(cè)試研究中所發(fā)現(xiàn)的墻體厚度中間存在溫度日變化幅度很小的穩(wěn)定層，符合式（11）假設(shè)，進(jìn)而得到式（12）的結(jié)果，符合有限厚平板視為半無(wú)限大平板判斷中式（2）的要求。

可見，目前溫室中所采用的厚重土墻滿足式（1）的最小厚度要求及式（2）的溫度分布要求，可視為半無(wú)限大平板。

2.1.2 單一材料墻體內(nèi)溫度變化及溫度波動(dòng)衰減

1）沿土墻厚度溫度變化的估算與驗(yàn)證

依據(jù)本研究建立的單一材料墻體溫度估算模型，輸入墻體材料導(dǎo)溫系數(shù)及表面溫度振幅，就可以預(yù)測(cè)墻體內(nèi)的溫度變化。白青等[13]測(cè)試的土墻厚度為3.3 m且內(nèi)部存在溫度穩(wěn)定層，符合式（1）的最小厚度要求及式（2）的溫度分布要求，可視為半無(wú)限大平板。由模型估算的土墻不同厚度溫度振幅與白青等[13]的土墻測(cè)試結(jié)果對(duì)比如表4所示。

表4 土墻體不同厚度溫度振幅Table 4 Temperature variation amplitudes at various earthen wall thickness

由表 4可知，在墻體同一厚度處模型估算值與實(shí)際測(cè)試值對(duì)比，除20、30 cm厚度處二者振幅對(duì)比值相差較大外，其他位置二者吻合很好，說(shuō)明模型能夠很好地預(yù)測(cè)墻體內(nèi)的溫度變化。對(duì)現(xiàn)有墻體內(nèi)部溫度進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要將現(xiàn)有墻體沿厚度打孔布點(diǎn)，再回填土，回填土與原狀土要盡可能一致，而且保證溫度傳感器測(cè)點(diǎn)位置精確。如果土墻內(nèi)的溫度按模型假設(shè)的規(guī)律衰減，那么20、30 cm厚度處的測(cè)試值可能受到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不確定因素影響。采用模型估算就可以避免現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中存在的不確定性因素，此外，由于模型假設(shè)墻體材料導(dǎo)溫系數(shù)不變，因此該模型可用于估算任何符合半無(wú)限大平板假設(shè)的單一材料墻體內(nèi)的溫度變化。

2）單一材料墻體內(nèi)溫度變化特點(diǎn)

墻體內(nèi)部的溫度分布受到墻體材料的導(dǎo)溫系數(shù)影響，黏土和礫石導(dǎo)溫系數(shù)不同，為探尋 2種材料墻體內(nèi)的溫度變化特點(diǎn)，假定二者表面溫度振幅按15、10、5 ℃變化，由公式（7）和（8）計(jì)算得到的墻體溫度變化輪廓線（溫度振幅波動(dòng)漸近線）如圖1所示。

圖1 墻體不同表面溫度振幅下黏土磚墻和礫石墻沿墻厚溫度波動(dòng)Fig.1 Wall temperature variation along thickness for brick wall and gravel wall under different wall surface temperature amplitudes

圖 1曲線代表單一材料墻體內(nèi)溫度傳播時(shí)溫度振幅的輪廓。由于礫石導(dǎo)溫系數(shù)大于黏土磚導(dǎo)溫系數(shù)，相同的表面溫度振幅條件下，礫石墻內(nèi)溫度變化傳播的速度快于黏土磚墻，表面振幅 15℃時(shí)，墻體內(nèi)部溫度振幅達(dá)到0.1 ℃時(shí)二者厚度差0.25 m；表面振幅5 ℃時(shí)，二者厚度差達(dá)到 0.20 m；同種材料墻體，表面振幅越大，達(dá)到同樣內(nèi)部振幅波動(dòng)時(shí)的厚度越大，黏土磚墻表面振幅從5 ℃增加到15 ℃時(shí)，內(nèi)部振幅達(dá)到0.1 ℃時(shí)所處的墻厚從0.42 m增加到0.54 m。

3）單一材料墻體內(nèi)溫度波動(dòng)衰減

墻體內(nèi)部溫度振幅隨厚度呈指數(shù)遞減，由公式（10）計(jì)算各方案墻體內(nèi)部溫度振幅衰減到墻體內(nèi)表面溫度振幅不同倍數(shù)時(shí)，所需要的墻體厚度如表5所示。

“我也要親一下那個(gè)白大褂衣襟上總愛插一朵花的護(hù)士！”恭建兵一蹦三尺高，將隨身攜帶的軍用水壺敲得當(dāng)當(dāng)作響，“我都想了好長(zhǎng)時(shí)間！”

由表5可知，對(duì)于4種墻體方案，當(dāng)內(nèi)部溫度振幅衰減到墻體內(nèi)表面溫度振幅相同倍數(shù)時(shí)，礫石墻所需的墻體厚度最大，夯土墻次之，黏土磚墻所需厚度最小。若夯土墻內(nèi)表面振幅為14 ℃，墻體內(nèi)溫度振幅縮減到表面溫度振幅的100倍（0.14 ℃），由表5可知所需厚度為0.58 m，與表4中白青等[13]測(cè)試結(jié)果接近。因此，模型中的公式（10）是根據(jù)墻體溫度變化確定墻體蓄放熱層厚度的重要參考，對(duì)于選擇墻體新的蓄熱材料及厚度尤為重要。

表5 單一材料墻體內(nèi)溫度衰減對(duì)應(yīng)的墻體厚度Table 5 Wall thickness for temperature variation amplitude reduction inside walls for single material wall cases

2.2 復(fù)合墻體蓄放熱層溫度變化

2.2.1 墻體總厚度相同蓄熱材料層厚度不同（W1）

為了比較墻體總厚度（0.6 m厚）相同而蓄熱材料層厚度不同時(shí)的墻體溫度變化特點(diǎn)，選取典型時(shí)間點(diǎn)從08:00至次日04:00每隔5 h的時(shí)間點(diǎn)，觀察W1-1至W1-4墻體方案晴天內(nèi)部溫度分布，如圖2所示。

圖 2顯示墻體總厚度相同但蓄熱材料層厚度不同時(shí)，相同的邊界條件下各方案墻體蓄熱材料層內(nèi)的溫度變化不同，W1-1方案（圖2a）的墻體內(nèi)表面溫度在18:00、23:00及第2天04:00高于其他墻體，這與Ohanessian和Charters[31]的不同厚度蓄熱墻體內(nèi)的溫度分布特點(diǎn)結(jié)論一致，原因是隔熱層內(nèi)側(cè)墻體薄，白天內(nèi)表面受熱使其升溫快，而其他厚度大的蓄熱材料層內(nèi)的熱量向墻體深處傳遞。早晨08:00揭簾前，W1-1方案（圖2a）的墻體近室內(nèi)0.1 m一段墻體均溫與其他3個(gè)墻體相比較低，說(shuō)明蓄熱材料層0.12 m厚蓄積的熱量在早晨揭簾前作為熱貯備略顯不足。

圖2 還顯示由于蓄熱材料層厚度不同，距墻體內(nèi)表面相同厚度處溫度波動(dòng)不同。由圖2b至圖2d可知，在0.24 m厚度處，W1-2、W1-3、W1-4各方案的墻體溫度波動(dòng)值分別為 2.7、1.4、1.1 ℃；在 0.36 m厚度處，W1-3、W1-4的墻體溫度波動(dòng)值分別為0.8、0.3 ℃?？梢娡缓穸忍帲驂w隔熱層前蓄熱材料層的厚度不同，導(dǎo)致距表面同一厚度處溫度波動(dòng)不同，這也是復(fù)合墻體不能用單一材料墻體溫度變化估算模型的原因，由此可見，與單一材料墻體相比，隔熱層的設(shè)置改變了復(fù)合墻體內(nèi)的溫度分布，蓄熱材料層的厚度越大、溫度衰減越快。

W1-4方案從距墻內(nèi)表面0.4到0.48 m墻段不同時(shí)刻溫度波動(dòng)最大差值約為0.2 ℃，各點(diǎn)溫度變化很小，通過與圖 1比較可知，復(fù)合墻體較厚的蓄熱層比同材料單一材料墻體略早進(jìn)入溫度穩(wěn)定層區(qū)域。

2.2.2 墻體總厚度不同蓄熱材料層厚度相同（W2）

為了觀察蓄熱材料層厚度相同而墻體總厚度不同（0.60和0.72 m）時(shí)墻體內(nèi)部的溫度變化，W2-1和W2-2方案在晴天08:00至次日04:00每隔5 h墻體內(nèi)部溫度分布，如圖3所示。

圖3 0.6 m厚及0.72 m厚復(fù)合墻體方案中蓄熱材料層內(nèi)溫度隨時(shí)間變化Fig.3 Temperature changes with time in energy storage layer for layered wall cases with total thicknesses of 0.6 m and 0.72 m

圖3 中W2-2（圖3b）復(fù)合墻體內(nèi)表面及內(nèi)部溫度始終高于W2-1（圖3a）復(fù)合墻體，前者的蓄熱材料層平均溫度與后者相比最大差值為 1.7 ℃（13:00），最小差值為1.3 ℃（23:00和第2天04:00）。由此可見，增加墻體厚度則提高了內(nèi)側(cè)墻體的溫度，在關(guān)于墻體厚度影響的數(shù)值模擬中，李小芳和陳青云[32]將純磚墻厚度從0.12 m增加到0.84 m（每次增加0.12 m），提高了空氣溫度及墻體均溫；將0.24 m磚墻+0.10 m聚苯板+0.12 m磚墻的復(fù)合墻外部0.12 m磚墻厚度分別增加到0.24、0.36 m，室內(nèi)平均空氣溫度由13.8 ℃增加到13.9、14 ℃，可見，增加墻體厚度可以提高墻溫和室內(nèi)氣溫。李明等[33]將原有對(duì)照溫室的復(fù)合墻（0.12 m磚墻+0.10 m聚苯板+0.24 m磚墻）的外部0.24 m磚墻后面加了一層0.2 m厚的發(fā)泡水泥，使墻體總厚度由對(duì)照溫室的0.46 m增加到0.66 m，顯著提高了晴天溫室內(nèi)側(cè)墻體的溫度。圖 3的模擬結(jié)果與上述文獻(xiàn)模擬和測(cè)試的結(jié)果一致。此外，從圖 3的墻體內(nèi)側(cè)蓄熱材料層溫度分布可知，在墻體外側(cè)增加墻厚，內(nèi)側(cè)墻體溫度升高而各厚度處溫度振幅沒有明顯變化。與圖 2對(duì)比，可以看出通過墻體內(nèi)部溫度衰減確定復(fù)合墻體的蓄熱材料層厚度時(shí)，絕熱層的位置起到關(guān)鍵作用而墻體的總厚度對(duì)其影響較小。

3 結(jié) 論

本文建立了單一材料墻體的溫度變化估算模型，采用前期驗(yàn)證的CFD模型分析了復(fù)合墻體蓄熱材料層的溫度變化特點(diǎn)，具體結(jié)論如下：

1）建立了單一材料墻體的溫度變化估算模型。對(duì)于滿足半無(wú)限大平板假設(shè)的墻體，可以求出墻體內(nèi)部任一厚度處的溫度值、確定出內(nèi)部溫度與表面溫度相比溫度波動(dòng)縮減的幅度及所處的墻體厚度，從而確定蓄放熱層厚度。估算的夯土墻內(nèi)部溫度變化及蓄放熱層厚度與現(xiàn)有文獻(xiàn)測(cè)試值對(duì)比，吻合較好。

2）對(duì)于單一材料墻體，內(nèi)部溫度變化受到墻體材料物性及表面溫度變化的影響。礫石導(dǎo)溫系數(shù)較大，則礫石墻內(nèi)溫度變化傳播的速度快于導(dǎo)溫系數(shù)較低的其他墻體；墻體表面溫度振幅越大，內(nèi)部溫度波動(dòng)厚度越大，黏土磚墻表面振幅由 5 ℃增加到 15 ℃，內(nèi)部振幅達(dá)到0.1 ℃時(shí)所處的厚度從0.42 m增加到0.54 m。

3）復(fù)合墻體總厚度相同但蓄熱材料層厚度不同時(shí)，蓄熱材料層越厚，內(nèi)部溫度衰減越快。距墻體表面 0.24 m時(shí)，蓄熱材料層厚度分別為0.24、0.36及0.48 m的墻體溫度波動(dòng)值分別為 2.7、1.4、1.1 ℃。此外，與同材料單一材料墻體相比，復(fù)合墻較厚的蓄熱材料層略早進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。

4）0.72 m 和0.60 m厚復(fù)合墻體室內(nèi)側(cè)具有相同的0.36 m厚蓄熱材料層，前者蓄熱材料層內(nèi)部溫度始終高于后者，但各厚度處溫度振幅沒有明顯變化。根據(jù)墻體內(nèi)部溫度衰減確定復(fù)合墻體的蓄熱材料層厚度，絕熱層的位置起到關(guān)鍵作用。

墻體內(nèi)溫度變化受多因素的影響，除了與墻體厚度、墻體材料及構(gòu)筑方法等墻體自身因素有關(guān)外，還受到室外溫度、太陽(yáng)輻射等氣候條件的影響，以上因素導(dǎo)致了單一材料墻體的蓄放熱層厚度不同、復(fù)合墻體內(nèi)的蓄熱材料層溫度變化及分布不同。本研究在理論上探索了單一材料墻體、復(fù)合墻體的蓄熱材料層溫度變化規(guī)律及影響因素，在此研究基礎(chǔ)上期待下一步綜合氣候條件、溫室建筑尺寸及構(gòu)造方法、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料等因素，研究墻體蓄熱層厚度的變化規(guī)律及影響因素，進(jìn)而為溫室墻體厚度的設(shè)計(jì)提供直接技術(shù)支持。