日光溫室保溫被同層材料的性能對比分析及選型

姜魯艷 張彩虹 鄒平

|摘要|溫室的保溫性能與前屋面保溫覆蓋材料的保溫性能有極大關(guān)系?；诒乇桓鲗硬牧闲阅芴攸c，通過實驗對同層保溫材料的性能進(jìn)行對比分析，可看出芯層為太空棉時保溫性能最佳;表層為覆膜黑氈和PE織布的防水性能相近，但在抗拉強度方面，覆膜黑氈的抗拉強度更為突出。

新疆光熱資源豐富，地域廣闊，特殊的自然條件對日光溫室保溫被材料及熱工性能提出了特殊的要求，研究新疆地區(qū)獨特的氣候特點和地理特征，探索區(qū)域性保溫被的傳熱特性，從而合理有效地減少溫室前屋面的熱損失，降低能耗，對于解決日光溫室越冬生產(chǎn)實際問題具有重要的意義。

日光溫室能夠在不加溫或少加溫的條件下進(jìn)行安全越冬生產(chǎn)，與溫室前屋面夜間覆蓋保溫材料是分不開的。目前廣大種植者使用草簾、蒲席等傳統(tǒng)保溫覆蓋材料，材料存在制作質(zhì)量不均、笨重、卷放費工費力、防水性差、嚴(yán)重污染薄膜而降低室內(nèi)采光性能等缺點。當(dāng)前保溫被的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展[1-3]，研究人員研制了保溫性優(yōu)于草簾、由鍍鋁膜和微孔泡沫塑料組成的保溫被，綜合性能良好的PE發(fā)泡自防水保溫被，分析了發(fā)泡聚乙烯、針刺毛氈、自防水發(fā)泡聚乙烯、毛氈、無紡布?xì)旨搬槾搪闅值?種保溫被的保溫性，發(fā)現(xiàn)除毛氈外的5種保溫被的保溫性均達(dá)到或超過了單層草簾，還將針刺非織造布與PE膜熱壓制成保溫被[4-6]。

前人在保溫被的保溫性能影響因素方面的研究，為保溫被的研究、開發(fā)和應(yīng)用提供了很有參考價值的研究成果。保溫被的保溫性能的影響因素分為自身因素和外部因素兩部分，自身因素包括保溫被材料的自身熱物理性質(zhì)，即上、下表面的發(fā)射率g，材料的厚度d、材料的導(dǎo)熱系數(shù)A等。外部因素包括室外天空輻射背景溫度T、室外的風(fēng)速V、室內(nèi)及室外的氣溫，對保溫性能的影響以面密度大于針刺密度，對剝離強力的影響以針刺密度大于面密度，并據(jù)此確定了該種保溫被的生產(chǎn)工藝[7-9]。文章主要對同層材料的保溫被的性能進(jìn)行對比，通過保溫材料的性能特點及優(yōu)勢，來指導(dǎo)廣大農(nóng)戶選擇適合自己溫室的保溫被類型。

保溫被的基本性能

保溫性能

保溫性能是保溫被最基本也是最重要的性能。保溫被作為溫室的外保溫覆蓋材料，保溫效果主要是靠芯材中柔質(zhì)保溫材料的絕熱能力來實現(xiàn)的[10]。

防水性能

保溫被的防水性是表征材料阻止水滲入保溫層內(nèi)部能力的指標(biāo)。當(dāng)水進(jìn)入材料空隙時，增加了材料之間的接觸，使傳熱系數(shù)顯著增加，降低保溫被的保溫效果，所以良好的防水性能也是保溫被的衡量指標(biāo)之一[11-13]。

力學(xué)性能

由卷簾機對保溫被的作用力方式可知，抗拉強度是保溫被主要的力學(xué)性能參數(shù)。保溫被在卷鋪過程中會反復(fù)承受拉力作用，長此以往會導(dǎo)致表層材料變形、斷裂、涂層脫落等[14]。表層材料的抗拉強度直接影響保溫芯材的儲存和使用壽命。

老化性能

當(dāng)材料老化時，其物理性能（包括抗拉性能、斷裂伸長率、低溫彎曲和彎曲強度）和化學(xué)性能均會有所降低。保溫材料的老化與其所處的環(huán)境、工作條件以及其外保護(hù)層有關(guān)[15]。

不同組合保溫被的基本性能對比分析研究

保溫被材料分析

覆膜氈的氈合性較好，手感柔軟但是結(jié)構(gòu)不易變形，有很好的保溫性，覆膜黑氈常作為保溫被的外層用來防雨雪，覆膜花氈的抗拉力、防老化性能較好;牛津布多用滌棉混紡紗與棉紗交織，采用緯重平或方平組織，耐磨性好，快干，吸濕性好;鍍鋁PE織布強度高，耐候性好，耐磨防水，反射率達(dá)90%以上，起到防水、隔熱保溫等功效;PE織布以PE材質(zhì)材質(zhì)為主，手感柔軟、有一定彈性，拉力強度好，能抗陽光紫外線，具有防老化、耐低溫的特點;拉力氈，保溫性好、抗拉、抗老化，常用于溫室保溫、公路養(yǎng)護(hù)。

芯層的材料，一般具有良好的蓬松度和較好的保溫性能，材質(zhì)的密度有所區(qū)別;太空棉是一種超輕、超薄的高效保溫材料，在防寒、保溫、抗熱等性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)保溫材料，透氣性好;無膠棉是一種毛氈，由聚合物纖維與熱塑性塑料聚合物，或者是聚合物纖維與聚氯乙烯/丙烯酸合成的，非常松軟，但強度好;再生棉是由廢棄的棉花、工業(yè)下腳料和紡織企業(yè)的布頭和紗線頭回收再利用制成;PE發(fā)泡棉是一種新型環(huán)保材料，具有無毒、無味、隔音、吸音、隔熱、焚燒時對大氣無污染、回彈力好、可隨意調(diào)整軟硬度和厚度、重量輕等特點;噴膠棉又稱噴漿絮棉，是非織造布的一種，具有保暖、抗拉、回彈、防潮、耐水洗等特點。

不同防水表層材料組合防水性分析

在相同保溫被芯、不同防水表層材料的情況下，分析覆膜黑氈、覆膜花氈、PE織布、鍍鋁PE織布、牛津布、拉力氈6種表層材料的防水性能。如表1，可以看出組合6吸水率明顯高于其他5種組合，而組合1和組合4的吸水率接近，也是最低值，可見覆膜黑氈和PE織布的防水性能良好。

保溫被表層材料抗拉強度分析

如表2所示，分別對覆膜花氈、覆膜黑氈、拉力氈、鍍鋁PE織布、PE織布、牛津布6種表層材料進(jìn)行拉力試驗檢測，測得其斷裂強度和拉伸率。

由表2可以看出，在經(jīng)向上，PE織布的斷裂強度最高，鍍鋁PE織布次之，覆膜黑氈、覆膜花氈及拉力氈的強度較低;緯向上，鍍鋁PE織布的斷裂強度最高，PE織布次之，覆膜黑氈、覆膜花氈及拉力氈的強度較低?？梢奝E織布和鍍鋁PE織布的抗拉性能良好。

保溫被表層材料耐老化性能分析

同樣分別對覆膜花氈、覆膜黑氈、牛津布、鍍鋁PE織布、PE織布、拉力氈6種表層材料放入老化箱，利用紫外燈模擬陽光照射效果進(jìn)行老化試驗檢測。在相同的時長下，測得這6種表層材料老化后的斷裂強度和拉伸率，如表3所示。

對比表2、3，大部分材料，經(jīng)過老化后，在斷裂強度上都有一定的降低，但是覆膜黑氈在經(jīng)向上和緯向上抗拉強度及拉伸率都有一定程度的提高，覆膜花氈在緯向上有略微增加，PE織布在緯向上有一定程度的提高。

對比后還可以看出，經(jīng)向上，斷裂強度降幅最大的表層材料是鍍鋁PE織布，降低了30.8%，拉力氈排名第二，降低了19.95%，PE織布降幅最低。緯向上，牛津布的斷裂強度變化最大，也是降幅最大的，達(dá)到了47.28%?？梢奝E織布和覆膜黑氈在經(jīng)向和緯向上，無論是斷裂強度還是拉伸率，降幅都不大，甚至有不降反升的現(xiàn)象，抗老化性能良好。

相同厚度、相同表層材料、不同保溫被內(nèi)芯組合保溫性能

在相同防水表層材料，相同厚度的情況下，分析太空棉、無膠棉、再生棉、PE發(fā)泡棉、噴膠棉、毛氈6種保溫被芯層的厚度、單位面積質(zhì)量、傳熱系數(shù)、熱節(jié)省率指標(biāo)，可以看出再生棉的傳熱系數(shù)最高，其他均在1.0～1.4，測的數(shù)值最小的是太空棉，保溫性能最佳。

總結(jié)

保溫被從外到內(nèi)由外表層材料、保溫芯層材料和內(nèi)表層材料組成，外表層材料主要對中間的保溫芯層起到保護(hù)作用，防水防老化，保溫芯層為了達(dá)到更好的保溫隔熱效果，常采用多種材料疊加使用，內(nèi)表層材料也具有一定的保護(hù)作用，有的會采用低反射率材料，增強保溫效果。不同結(jié)構(gòu)的保溫被其性能有所不同，各種材料取長補短，發(fā)揮其各自的效用。

綜合各個材料的性能參數(shù)，太空棉的保溫性能相比其他5種保溫被芯層材料性能最佳;覆膜黑氈和PE織布的防水性能不相上下，優(yōu)于其他4種表層材料;在抗拉強度方面，PE織布和鍍鋁PE織布的抗拉性能良好，而且PE織布在經(jīng)過老化后，抗拉強度少量降低，覆膜黑氈的抗拉強度和拉伸率不降反升。

材料的各個性能參數(shù)，作為一種參考量，不僅是一種約定條件下的表征，也是在微觀條件下反映了材料的某些特質(zhì)和特征。不同的生產(chǎn)工藝，外表層、隔熱層、內(nèi)表層的不同材料組合結(jié)構(gòu)也會影響保溫被的性能。

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*項目支持：新疆維吾爾自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費資助項目“戈壁日光溫室保溫被性能動態(tài)變化的原因及影響機理研究”（KY2019025）;自治區(qū)重點實驗室項目“新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化管控技術(shù)重點實驗室”（2019043315）;新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化管控技術(shù)重點實驗室（XJYS1703）。

作者簡介：姜魯艷（1982-），女，山東萊州人，高級工程師，研究方向為設(shè)施農(nóng)業(yè)。

**通信作者：張彩虹（1981-），女，甘肅張掖人，副研究員，研究方向為蔬菜栽培與生理。

[引用信息]姜魯艷，張彩虹，鄒平.日光溫室保溫被同層材料的性能對比分析及選型[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2021，41（07）：48-51.