日光溫室是我國北方一類重要的生產(chǎn)溫室。目前，在陜西、青海部分地區(qū)出現(xiàn)的一類日光溫室，其外表跟一般溫室沒有差異，但在同樣的保溫條件下，該類溫室晚上溫度要高2℃至3℃。此項技術(shù)研究和推廣人、陜西西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院副院長鄒志榮告訴記者，這類溫室的不同之處就在墻體改造上，內(nèi)部添加的特殊物質(zhì)，使其成為了一面可儲熱的特殊墻體。
在陜西楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)中科航天示范園基地內(nèi)，有這樣一棟日光溫室：坐北朝南，東西長60米，跨度8米，后墻高2.2米，脊高3.5米，前屋面使用pet薄膜覆蓋。這跟一般常見的溫室似乎沒有差別，但它的夜晚溫度比常規(guī)溫室高。原來，“蹊蹺”在后墻里。這個日光溫室的后墻由24厘米厚的砌塊和5厘米厚的夾心彩鋼板組成。常見溫室的后墻常常由外側(cè)12厘米厚磚、中間8厘米厚夾層、內(nèi)側(cè)24厘米厚磚組成，中間夾層還填充厚聚苯板。
24厘米厚的砌塊為什么能讓溫室在晚上保持較高的溫度呢？鄒志榮告訴記者，這是采用了相變儲熱物質(zhì)制作而成的砌塊，白天，當(dāng)外界溫度升高時，該相變砌塊大量吸熱，通常能在32℃達(dá)到吸熱的最大值，到43℃時吸熱基本平穩(wěn)，處于保存熱量的階段。從傍晚到晚上外界溫度降低時，相變砌塊開始大量放熱，從而使溫室內(nèi)的溫度高于常規(guī)日光溫室。
原來，這類日光溫室的后墻里融合了相變儲能材料，在其發(fā)生相變的過程中，可以吸收環(huán)境的熱量或者冷量，并在需要的時候向環(huán)境釋放，從而達(dá)到更好控制周圍環(huán)境溫度的目的。這也被有些專家稱為被動式太陽能溫室，即溫室的墻體是吸收和儲存太陽能的載體，白天蓄存太陽能，晚上釋放，減少夜間采暖需要的能耗。鄒志榮認(rèn)為，相變材料制成的砌塊，是一類典型的環(huán)保節(jié)能型復(fù)合材料，是近年來能源利用領(lǐng)域中十分活躍的前沿研究方向，將其應(yīng)用到溫室建筑中，對溫室節(jié)能有重要的意義，一方面可以使日光溫室的推廣北限進(jìn)一步拓寬，可以在緯度更高的地區(qū)使用這種生產(chǎn)設(shè)施，一方面也使日光溫室適宜的栽培植物種類進(jìn)一步豐富，降低所需的采暖能耗。
什么樣的材料適合用作相變材料呢？鄒志榮表示，自然界適合用于相變的材料有上千種，但實際應(yīng)用的相變材料必須滿足一些要求，包括合適的相變溫度、較大的相變潛熱、合適的導(dǎo)熱性能等，從而保證在相變過程中，相變介質(zhì)化學(xué)成分不會產(chǎn)生變化，并能在恒定的溫度下熔化或者固化，有穩(wěn)定的性能。同時，考慮到實際應(yīng)用場所的特殊性，相變材料也應(yīng)無毒，對人體不會產(chǎn)生毒副作用。對于溫室而言，材料的相變溫度需在植物生長的適宜溫度附近。
目前，西北農(nóng)林科技大學(xué)推廣應(yīng)用的相變砌塊是空心砌塊，這涉及到相變保溫材料的封裝問題。據(jù)學(xué)校該項目課題組李建明老師介紹，為使相變材料在砌塊中穩(wěn)定發(fā)揮功能，封裝必須密封性好，同時可以打造成不同的成型尺寸，用來滿足不同空心砌塊的要求。相變材料必須在不與空氣接觸或滲漏的前提下，才可以反復(fù)使用，因此，封裝材料需具備結(jié)實、韌性強(qiáng)、耐磨的特質(zhì)。實際應(yīng)用中，常用可熱封且防滲漏的復(fù)合包裝材料或?qū)I(yè)液體包裝膜。
使用具有相變材料的墻體，跟常見具有厚聚苯板的墻體，在成本上沒有明顯差異，這也有利于相變墻體的推廣應(yīng)用。不過，目前還沒有專業(yè)生產(chǎn)相變砌塊的企業(yè)，大面積的推廣應(yīng)用，還有待研究單位與推廣企業(yè)進(jìn)一步合作。
圖為使用了相變材料的日光溫室墻體。其中，制作砌塊的材料主要由下列組分組成：石灰粉10%至30％、水泥30%至55％，珍珠巖2%至5％，水8%至12％及防凍劑。