本发明属于农业设施设备技术领域，具体涉及一种蓄热块、其制备方法及蓄热温室大棚。
背景技术：
随着我国经济的发展和农村种植业结构的调整，温室大棚栽培得到了飞速发展。利用温室大棚进行蔬菜等作物的栽培，提高菜农经济效益的同时，社会效益也非常显著。日光温室是我国北方地区独有的一种温室类型，在寒冷的冬季，白天阳光充足时，蓄热北墙吸收室内多余热量，夜晚气温降低时，蓄热北墙将吸收的热量放出，从而维持室内在一定的温度值，满足温室内作物生长需要。
通常，温室的北墙多采用普通粘土砖砌筑，结合墙体外保温，实现承重、保温和蓄放热功能，由于普通粘土砖的蓄放热能力有限、蓄放热速度过慢等原因，白天温室内温度过高时，需进行开窗通风来调节室内温度，以免因温度过高影响作物生长。当夜晚室内温度较低时，普通粘土砖释放的热量不足以满足室内作物生长需求，温室需要加温，从而导致温室生产费用增加。
现有技术中，如专利号为201822164158.9的中国实用新型专利公开了一种相变蓄热型日光温室大棚，包括自保温墙体，相变蓄热板，相变蓄热骨架，混凝土横梁和混凝土基础，所述的自保温墙体，包括后墙和侧墙，采用断桥式自保温混凝土砌块砌筑而成，保温和承重性能好，所述的相变蓄热板，由薄壁不锈钢制成薄的长方体状，里面有铁丝网和相变材料，悬挂于后墙上，所述的相变骨架包括内管和外管，内部钢管填细石混凝土，外部采用薄壁不锈钢管，二者形成的空腔内填充相变材料，混凝土横梁进一步保证了自保温墙体的整体性，便于骨架连接，混凝土基础位于后墙的南部，便于骨架的连接，整个温室保温性好，蓄热能力强，满足室内作物生长需要，实现冬季北方地区日光温室的不加温或少加温生产，具有节能减排的特点。
然而，现有的主流的相变材料主要包括有机类和无机类，有机类相变材料不仅价格高，长期运行后性能会发生改变，而且传热能力较差，在储热时需要较高的传热温差作为驱动力，储热、取热所需时间较长。但是，温室大棚，尤其是北方地区的温室大棚，一方面温度变化范围较小，另一方面温度变化速率较快，显然，有机类相变材料难以直接作为温室大棚的蓄热材料被应用。无机类相变材料主要包括无机盐等，其来源广、价格低，属于固-固相变材料，相变过程体积变化小，相变潜热能高，但是无机类相变材料容易出现过冷及相分离现象，如直接作为温室大棚的蓄热材料，有效蓄热时间较短，不能满足长期蓄热保温的要求。同时，颗粒或粉状的无机类相变材料直接填充于温室大棚的蓄热墙体中，一方面成本较高，另一方面，导热效率受相变材料堆积影响，导热效率降低，储热、取热所需时间较长，不能不能满足温室大棚的温度调节需要。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种蓄热块，填充于温室大棚的蓄热墙体中，以解决现有技术中存在的储热、取热所需时间较长，填充相变材料成本高的技术问题。
本发明还提供了一种上述蓄热块的制备方法，原材料来源广泛，价格低廉，制作工艺简单，同时实现了废弃物的循环利用。
本发明还提供一种使用上述蓄热块进行蓄热、保温的蓄热温室大棚，实现冬季北方地区日光温室的不加温或少加温生产，具有节能减排的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种蓄热块，由蓄热材模压成型，且所述蓄热块为球形或类球形，其中，所述蓄热材至少由工业炉渣、固化粘结剂、比热增强剂及蓄热增强剂经均匀混合后制备；其中，蓄热增强剂为相变材料。
优选地，按重量份计，所述蓄热材包括工业炉渣60份～85份、固化粘结剂5份～15份、比热增强剂5份～15份以及蓄热增强剂3份～8份。
优选地，所述蓄热块的体积为4cm3～200cm3。
优选地，所述蓄热块为椭球型，且所述蓄热块的长半轴的长度为1cm～4cm，短半轴的长度为0.5cm～2.5cm，半厚度为0.5cm～2.5cm。
优选地，所述蓄热块上贯通开设有若干导热孔。
优选地，按重量份计，所述蓄热材还包括1份～3份的防潮剂。
一种如上所述的蓄热块的制备方法，包括以下步骤：
a.准备材料：工业炉渣粉碎，并过200目筛，留取筛下物；固化粘结剂粉碎，并过200目筛，留取筛下物；比热增强剂粉碎，并过200目筛，留取筛下物；
b.按预定重量份，称取经步骤a处理的工业炉渣、固化粘结剂及比热增强剂，称取蓄热增强剂；
c.将步骤b称取得到的工业炉渣、固化粘结剂、比热增强剂及蓄热增强剂混合均匀，并加适量水，使混合物料的相对含水率为10％～15％，得到蓄热材；
d.将步骤c得到蓄热材模压成型，制备所述蓄热块。
优选地，步骤b中，按重量份计，称取工业炉渣60份～85份、固化粘结剂5份～15份、比热增强剂5份～15份以及蓄热增强剂3份～8份。
优选地，步骤c中，还加入1份～3份的防潮剂。
一种蓄热温室大棚，包括蓄热墙体和大棚框架，所述蓄热墙体和/或所述大棚框架中填充有如上所述的蓄热块。
本发明采用上述技术方案，其有益效果在于：
首先，本发明提供一种蓄热块，由工业矿渣、固化粘结剂、比热增强剂及蓄热增强剂混合后，模压成型，制成球状或类球状的块体。一方面，该蓄热块中回收利用了大量的工业矿渣，有效地降低了蓄热成本，降低固体废物处置成本。另一方面，将该蓄热块作为蓄热材料，无规则填充于温室大棚的蓄热墙体和/或框架中，相邻的蓄热块之间难以完全贴合，形成大量的不规则分布的孔道，大幅度提高了热量交换的面积，当温室大棚内的温度升高时，蓄热块快速地吸收温室大棚内的热量，并利用相变材料的蓄热原理，将热量储存于蓄热块中，而当温室大棚内温度降低时，储存于蓄热块中的热量被释放，调节温室大棚内的温度。由于热交换面积大，所以无需较大的传热温差作为驱动力，从而能够实现快速的储热、取热。同时，该蓄热块主要由无机相变材料(工业矿渣中含有大量的金属氧化物及无机盐类，是一种优秀的无机相变材料)，具有高的导热系数，有利于快速储热、取热。被模压成型的所述蓄热块具有较大的密度，从而具有较高的比热容，使得蓄热块具有高的能量储存效率，实践证明，填充有该蓄热块的温室大棚的在冬季时的夜间平均温度，相比传统温室大棚，高出2℃～4℃。
其次，本发明提供一种蓄热块的制备方法，以工业矿渣、固化粘结剂、比热增强剂及蓄热增强剂为原料，经模压成型，工艺过程简单，原料来源广泛，制备成本低廉。
再者，本发明还提供一种在蓄热墙体和/或框架中填充蓄热块的蓄热温室大棚，实践证明，填充有该蓄热块的温室大棚的在冬季时的夜间平均温度，相比传统温室大棚，高出2℃～4℃左右，具有优秀的蓄热能力和温度调节功能。
具体实施方式
本发明其中一个具体实施方式中，提供了一种蓄热块，由蓄热材经模压成型制备，整体外观呈球形或类球形，其中，所述蓄热材至少由工业炉渣、固化粘结剂、比热增强剂及蓄热增强剂经均匀混合后制备；其中，蓄热增强剂为相变材料。
其中，类球形指类似球体的形状，例如呈椭球型、呈类似鸡蛋的形状、呈类似扁豆的形状，包括但不限于本体上具有球面的规则的或不规则的形状。
其中，工业炉渣包括电厂或热力公司的锅炉煤渣、以及冶炼炉渣等，其主要组成以氧化物(二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁)为主，还常含有硫化物并夹带少量金属。
其中，固化粘结剂是指能够使混合物凝结、固化成型的物质，优选为水泥。
其中，比热增强剂是指能够提高混合物比热容或体积储热密度的材料，优选为沙土、黄土或黏土，本实施例中采用黄土或黏土。
其中，蓄热增强剂为相变材料，具体是指能够提高混合物相变储能效率的相变材料，包括固-固或固-液相变材料，例如，本发明实施例中，采用水合盐类相变材料。
一方面，该蓄热块以工业炉渣作为主要蓄热材，回收利用了大量的工业矿渣，有效地降低了蓄热成本，降低固体废物处置成本。另一方面，将该蓄热块作为蓄热材料，无规则填充于温室大棚的蓄热墙体和/或框架中，相邻的蓄热块之间难以完全贴合，形成大量的不规则分布的孔道，大幅度提高了热量交换的面积，当温室大棚内的温度升高时，蓄热块快速地吸收温室大棚内的热量，并利用相变材料的蓄热原理，将热量储存于蓄热块中，而当温室大棚内温度降低时，储存于蓄热块中的热量被释放，调节温室大棚内的温度。由于热交换面积大，所以无需较大的传热温差作为驱动力，从而能够实现快速的储热、取热。同时，该蓄热块主要由无机相变材料(工业矿渣中含有大量的金属氧化物及无机盐类，是一种优秀的无机相变材料)，具有高的导热系数，有利于快速储热、取热。被模压成型的所述蓄热块具有较大的密度，从而具有较高的比热容，使得蓄热块具有高的能量储存效率，实践证明，填充有该蓄热块的温室大棚的在冬季时的夜间平均温度，相比传统温室大棚，高出2℃～4℃。
具体地，以工业炉渣作为主要蓄热材，向工业炉渣中添加固化粘结剂(水泥、黄土或黏土)，以改善工业炉渣的表面性能，使其容易被模压成型，且经模压成型后获得的蓄热块具有足够的强度，不易破损。同时，水泥在具有一定水份存在的情况下，形成单硫形水合硫铝酸钙，不仅使蓄热块结构致密，硬度提高，且能够改善工业炉渣的蓄热能力。另一方面，向工业炉渣中加入比热增强剂(黄土或黏土)，以进一步提高所形成的蓄热块的比热容，提高其相变潜热能。同时，在模压压力作用下，使得所形成的蓄热块具有较大的密度，而随着密度的增加，比热增强剂(黄土或黏土)的比热容将会进一步被提高，从而改善了蓄热块的蓄热能力。再一方面，向工业炉渣中加入蓄热增强剂，主要为固-固型相变材料，以通过相变蓄能的原理，提高蓄热块的导热系数，提高蓄热块的蓄热能力。同时，固-固型相变材料被有效密封于蓄热块中，能够有效延缓固-固型相变材料出现过冷及相分离现象。
在其中一个实施例中，按重量份计，所述蓄热材包括工业炉渣60份～85份、固化粘结剂5份～15份、比热增强剂5份～15份以及蓄热增强剂3份～8份。
作为优选，所述蓄热材包括工业炉渣70份～85份、固化粘结剂5份～10份、比热增强剂5份～10份以及蓄热增强剂3份～5份。
作为优选，所述蓄热材包括工业炉渣85份、固化粘结剂5份、比热增强剂5份以及蓄热增强剂5份。
在其中一个实施例中，所述蓄热块的体积为4cm3～200cm3，所述蓄热块的密度为1.7g/cm3～2.3g/cm3，作为优选，所述蓄热块的体积为20cm3～50cm3；作为优选，所述蓄热块的体积为30cm3。
在其中一个优选实施例中，所述蓄热块为椭球型，且所述蓄热块的长半轴的长度为1cm～4cm，短半轴的长度为0.5cm～2.5cm，半厚度为0.5cm～2.5cm。例如，所述蓄热块为椭球型，且所述蓄热块的长半轴的长度为4cm，短半轴的长度为2cm，半厚度为2cm。
在其中一个优选实施例中，所述蓄热块为类似鸡蛋的形状，以及类似鸡蛋大小。
椭球型或类似鸡蛋的形状使得相邻的蓄热块之间难以完全贴合，形成大量的不规则分布的孔道，大幅度提高了热量交换的面积。
在其中一个优选实施例中，所述蓄热块上贯通开设有若干导热孔11，以进一步增加热量交换的面积，提高储热、取热的速率。作为优选，所述蓄热块沿平行于轴线的方向开设有至少一条孔径为0.2cm～0.5cm的所述导热孔11，一方面保证所述蓄热块的支撑强度，另一面，提高所述蓄热块的比表面积，提高热量交换的面积，提高储热、取热的速率。
在其中一个实施例中，为防止长期使用情况下，蓄热块与温室大棚内部的湿度较大的空气长期进行交换，蓄热块受潮，蓄热材还包括1份～3份的防潮剂。防潮剂包括能够减缓水份进入蓄热块内部的疏水材料，本实施例中，采用石蜡。一方面，石蜡在所述蓄热块的表面形成均匀的蜡膜，减缓水份浸入蓄热块的速率。另一方面，石蜡作为一种有机相变蓄热材料，能进一步提高蓄热块的蓄热能力。
又一具体实施方式中，一种如上所述的蓄热块的制备方法，包括以下步骤：
a.准备材料：工业炉渣粉碎，并过200目筛，留取筛下物；固化粘结剂(水泥或黄土)粉碎，并过200目筛，留取筛下物；比热增强剂粉碎(黄土或黏土)，并过200目筛，留取筛下物；
b.按预定重量份，称取经步骤a处理的工业炉渣、固化粘结剂及比热增强剂，称取蓄热增强剂；
c.将步骤b称取得到的工业炉渣、固化粘结剂、比热增强剂及蓄热增强剂混合均匀，并加适量水，使混合物料的相对含水率为10％～15％，得到蓄热材；
d.将步骤c得到蓄热材模压成型，制备所述蓄热块。
一实施例中，步骤b中，按重量份计，称取工业炉渣60份～85份、固化粘结剂5份～15份、比热增强剂5份～15份以及蓄热增强剂3份～8份。
作为优选，步骤b中，按重量份计，称取工业炉渣70份～85份、固化粘结剂5份～10份、比热增强剂5份～10份以及蓄热增强剂3份～5份。
作为优选，步骤b中，按重量份计，称取工业炉渣85份、固化粘结剂5份、比热增强剂5份以及蓄热增强剂5份。
一实施例中，步骤c中，还加入1份～3份的防潮剂。
以下通过对比传统温室大棚、仅仅填充固-固型相变材料的温室大棚和填充本发明提供的蓄热块的温室大棚的蓄热保温性能，以进一步解释说明本发明所取得的进步。
值得说明的是，传统温室大棚的蓄热北墙由普通粘土砖砌筑(以下简称普通组)，仅仅填充固-固型相变材料的温室大棚是指温室大棚的蓄热北墙中填充有无机盐相变材料的温室大棚(以下简称对照组)，填充本发明提供的蓄热块的温室大棚是指蓄热北墙填充有本发明提供的蓄热块的温室大棚(以下简称实验组)。
其中，实验组分为以下小组：
实验组1：蓄热北墙填充组分为工业炉渣85份，水泥5份，黄土5份及相变材料5份的未经模压处理的蓄热材。
实验组2：蓄热北墙填充组分为工业炉渣85份，水泥5份，黄土5份及相变材料5份的，经模压成型制备的半径为5cm的球状蓄热块。
实验组3：蓄热北墙填充组分为工业炉渣85份，水泥5份，黄土5份及相变材料5份的，经模压成型制备的椭球状蓄热块，椭球的长半轴为4cm，短半轴的长度为2cm，半厚度为2cm。
实验组4：蓄热北墙填充组分为工业炉渣85份，水泥5份，黄土5份及相变材料5份的，经模压成型制备的鸡蛋形状、鸡蛋大小的蓄热块。
在宁夏某地，11月中旬至12月底，以相同的通风条件，相同的保温措施下，检测夜间20时左右、凌晨4时、早晨8时的温室大棚内的温度，检测结果如下表：
表1蓄热块性能检测统计表
由上表不难发现，蓄热北墙填充有本发明提供的蓄热块时，在温度较低时，温室大棚内的平均温度相比传统的温室大棚高处约2℃～4℃，相比填充仅仅填充有相变材料的，温室大棚内的平均温度相比传统的温室大棚高处约0℃～2℃。同时不难发现，在温度较高时，蓄热北墙填充有本发明提供的蓄热块具有比仅仅填充相变材料的具有更为优良的温度调控性能。对比实验组1与实验组2～4，容易发现，如果蓄热材不经过模压成型，直接填充于蓄热北墙中，则其蓄热保温效果将大打折扣。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
1.一种蓄热块，其特征在于，所述蓄热块由蓄热材模压成型，且所述蓄热块为球形或类球形，其中，所述蓄热材至少由工业炉渣、固化粘结剂、比热增强剂及蓄热增强剂经均匀混合后制备；其中，蓄热增强剂为相变材料。
2.如权利要求1所述的蓄热块，其特征在于，按重量份计，所述蓄热材包括工业炉渣60份～85份、固化粘结剂5份～15份、比热增强剂5份～15份以及蓄热增强剂3份～8份。
3.如权利要求1或2所述的蓄热块，其特征在于，所述蓄热块的体积为4cm3～200cm3。
4.如权利要求3所述的蓄热块，其特征在于，所述蓄热块为椭球型，且所述蓄热块的长半轴的长度为1cm～4cm，短半轴的长度为0.5cm～2.5cm，半厚度为0.5cm～2.5cm。
5.如权利要求4所述的蓄热块，其特征在于，所述蓄热块上贯通开设有若干导热孔。
6.如权利要求2所述的蓄热块，其特征在于，按重量份计，所述蓄热材还包括1份～3份的防潮剂。
7.一种如权利要求1～6中任意一项所述的蓄热块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.准备材料：工业炉渣粉碎，并过200目筛，留取筛下物；固化粘结剂粉碎，并过200目筛，留取筛下物；比热增强剂粉碎，并过200目筛，留取筛下物；
b.按预定重量份，称取经步骤a处理的工业炉渣、固化粘结剂及比热增强剂，称取蓄热增强剂；
c.将步骤b称取得到的工业炉渣、固化粘结剂、比热增强剂及蓄热增强剂混合均匀，并加适量水，使混合物料的相对含水率为10%～15%，得到蓄热材；
d.将步骤c得到蓄热材模压成型，制备所述蓄热块。
8.如权利要求7所述的蓄热块的制备方法，其特征在于，步骤b中，按重量份计，称取工业炉渣60份～85份、固化粘结剂5份～15份、比热增强剂5份～15份以及蓄热增强剂3份～8份。
9.如权利要求8所述的蓄热块的制备方法，其特征在于，步骤c中，还加入1份～3份的防潮剂。
10.一种蓄热温室大棚，包括蓄热墙体和大棚框架，其特征在于，所述蓄热墙体和/或所述大棚框架中填充有如权利要求1～6中任意一项所述的蓄热块。
技术总结