日光溫室新型保溫被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與保溫性能研究

肖 棠，張海云，吳海峰，金顯明，王 斌

(青海省機(jī)械科學(xué)研究所，青海西寧 810021)

?

日光溫室新型保溫被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與保溫性能研究

肖 棠，張海云，吳海峰，金顯明，王 斌

(青海省機(jī)械科學(xué)研究所，青海西寧 810021)

[目的]研發(fā)能代替?zhèn)鹘y(tǒng)保溫被且性價(jià)比更高的新型日光溫室保溫被。[方法]朝外面料分別選用了淋膜無紡布、淋膜軍用基布、珍珠棉(EPE)復(fù)合黑色PE編織布、無紡布復(fù)合黑色PE編織布，朝里面料選用了強(qiáng)力無紡布；芯材分別選用了噴膠棉、雜羊毛、珍珠棉(EPE)、化纖棉、微孔發(fā)泡材料，試制了5 種保溫被，通過靜態(tài)檢測(cè)及室外試驗(yàn)，以市場(chǎng)主流保溫被(牛津布+化纖棉)和(淋膜無紡布+化纖棉)為基準(zhǔn)，對(duì)照分析了其保溫性，且對(duì)面料測(cè)試了抗拉強(qiáng)度。[結(jié)果]靜態(tài)檢測(cè)報(bào)告表明，噴膠棉保溫被和雜羊絨保溫被的保溫率分別為 84.0%和83.3%，而淋膜化纖棉保溫被和牛津布化纖棉保溫被的保溫率分別為 75.0%和65.0%。室外試驗(yàn)表明，當(dāng)室外溫度最冷為-24.4 ℃時(shí)，噴膠棉保溫被保溫效果最好，室內(nèi)溫度達(dá)5.4 ℃；室外平均溫度為-9.3 ℃時(shí)，室內(nèi)平均溫度為14.7 ℃；其次是雜羊絨保溫被，室外溫度為-24.4和-9.3 ℃時(shí)，室內(nèi)溫度分別達(dá)4.2和14.3 ℃；最差是牛津布化纖棉保溫被和淋膜化纖棉保溫被，室外溫度為-24.4 ℃時(shí)，室內(nèi)溫度分別是2.8和3.6 ℃。[結(jié)論]噴膠棉保溫被和雜羊毛保溫被性能良好，可作為日光溫室的新型高效保溫材料推廣。

日光溫室；保溫被；噴膠棉；珍珠棉(EPE)；雜羊絨；性能測(cè)試；保溫性；機(jī)械強(qiáng)度

在北方，冬季寒冷，種植蔬菜一般在日光溫室中進(jìn)行，為提高溫室內(nèi)的溫度，通常在溫室外的前透明坡面覆蓋保溫層。目前廣大農(nóng)民使用的傳統(tǒng)保溫覆蓋材料有草苫、再生棉保溫被等，這些材料雖然具有一定的保溫效果，但它們也存在各種缺點(diǎn)，如：自重大、卷放費(fèi)工、費(fèi)力；防水性能不好，易導(dǎo)致溫室坍塌，給用戶帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失；抗紫外線較差，使用壽命短，在陽光充足的地方，保溫被的外層經(jīng)紫外線輻射大大降低了使用壽命；勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染棚體、易傷薄膜、不易保存、防火性能差、折舊成本及維護(hù)費(fèi)過高。

近幾年隨著草價(jià)的不斷上漲，一次性投入的成本也大幅度增加。20世紀(jì) 80 年代以來，保溫被行業(yè)的科技人員開展了大量的研發(fā)工作，應(yīng)用大量的紡織品開發(fā)出了各種不同結(jié)構(gòu)、 不同材料的保溫被，但到目前為止，保溫被行業(yè)規(guī)模小、技術(shù)含量低，大部分產(chǎn)品保溫性能不如草簾，而且價(jià)格高于草簾，很難大規(guī)模推廣應(yīng)用。尋找適合不同條件，農(nóng)民能承擔(dān)起的溫室保溫覆蓋材料一直是制約日光溫室高效生產(chǎn)的難題。因此，開發(fā)生產(chǎn)適合不同自然條件現(xiàn)代化日光溫室的保溫覆蓋材料顯得尤為重要，研發(fā)質(zhì)輕、保溫效果更好的保溫被取代傳統(tǒng)草簾是我國(guó)溫室發(fā)展的迫切需求。

1　研究范圍和目標(biāo)

1.1研究范圍根據(jù)保溫被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和常用材料的導(dǎo)熱系數(shù)，必須選用導(dǎo)熱系數(shù)小、吸濕度小的保溫材料，同時(shí)盡量避免水蒸氣對(duì)材料的影響，必須要有防水膜。另外，保溫被設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮：強(qiáng)度、質(zhì)量(合理的平方米重量)、壽命、防紫外線效果、性價(jià)比等因素。

1.2研究目標(biāo)根據(jù)該課題的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)，研發(fā)出性價(jià)比高的農(nóng)用新型復(fù)合保溫被，為廣大用戶提供物美價(jià)廉的產(chǎn)品。

2　研究思路

保溫被作為一個(gè)整體在極寒環(huán)境中使用，需要有一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以保證材料傳熱性能的穩(wěn)定發(fā)揮，保溫率是評(píng)價(jià)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)熱性能的常見指標(biāo)，它的數(shù)值變化范圍很大，與保溫被兩側(cè)氣流體的性質(zhì)、流動(dòng)情況，保溫被材料、面積及形狀等諸多因素有關(guān)。以下是幾項(xiàng)重要的影響因素。

2.1容重大多數(shù)建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)都隨著密度的增加而增大，這是因?yàn)椴牧系膶?dǎo)熱系數(shù)是由骨架與氣孔中空氣的導(dǎo)熱系數(shù)共同決定的。一般情況下，靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是最小的。保溫層中含有的靜止空氣越多，保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)也就越小。良好的絕熱材料還應(yīng)具有細(xì)小均勻的孔隙。而對(duì)于膨松狀的保溫層而言，由于其密度變化幅度較大，導(dǎo)熱系數(shù)隨著密度的減少而降低，當(dāng)密度小到一定程度時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)變化趨緩。因此，對(duì)用松散狀纖維制作的保溫被來說存在著一個(gè)最佳的密度值。在保溫被的生產(chǎn)與研發(fā)過程中，必須采用膨松體制作保溫被的保溫層，同時(shí)需研究測(cè)試獲得最佳的密度值，以達(dá)到最好的保溫性。

2.2溫度在一定的溫度范圍內(nèi)，導(dǎo)熱系數(shù)可以被認(rèn)為是溫度的線性函數(shù)。一般來講，材料隨著溫度的升高，其分子的熱運(yùn)動(dòng)增加，孔隙中空氣的導(dǎo)熱和孔壁的輻射熱也增強(qiáng)，從而使導(dǎo)熱系數(shù)增加。然而，對(duì)于晶體結(jié)構(gòu)材料來說，情況則正好相反，導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而降低。因此，只有孔隙率大的材料，其導(dǎo)熱系數(shù)才會(huì)隨著溫度的升高而增大。保溫被實(shí)際在寒地氣候下使用，而紡織材料的保暖性測(cè)試在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度下采用靜態(tài)熱箱測(cè)試，測(cè)試環(huán)境與實(shí)際使用環(huán)境無可比性，因此測(cè)量出的傳熱系數(shù)也無效。故需在研究過程中探索低溫狀態(tài)下材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度降低的變化規(guī)律。

2.3濕度材料的濕度是說明材料中含游離水分多少的一個(gè)指標(biāo)，是影響導(dǎo)熱系數(shù)的又一重要因素。當(dāng)材料孔隙中的部分空氣被水分替代時(shí)，由于水的導(dǎo)熱系數(shù)[0.58 W/(m·K)]比空氣大20倍，同時(shí)水分的存在增加了材料分子間的接觸間隙，所以隨著材料濕度的增加，其導(dǎo)熱系數(shù)顯著增大。特別是在潮濕低溫(冰點(diǎn)以下)狀態(tài)下，其導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)增加更多，因?yàn)楸膶?dǎo)熱系數(shù)達(dá)2.33 W/(m·K)，比水的導(dǎo)熱系數(shù)要大3倍。因此，保溫被在戶外使用過程中必須要防止雨雪、霜凍、大霧天氣中水對(duì)材料導(dǎo)熱系數(shù)的負(fù)面影響，制作時(shí)其表層必須有一定的防水性，以減少水分子進(jìn)入保溫層。

2.4熱流方向?qū)嵯禂?shù)只有在各向異性材料中，由于材料不同方向上孔隙不同，即各個(gè)方向構(gòu)造不同的材料中，才受到熱力方向的影響；保溫被的保溫材料不能方向均勻，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成各向異性材料的混合，以減小導(dǎo)熱系數(shù)。

綜上所述，保溫被必須選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、各向異性的材料混合，采用膨松、防水、隔氣且容重穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)制作。

3　研究過程和結(jié)構(gòu)

3.1研究過程針對(duì)以上要求，筆者課題組于2015年3月通過網(wǎng)絡(luò)、報(bào)刊文獻(xiàn)、有關(guān)專利、電話等多種方式方法查詢了國(guó)內(nèi)溫室保溫被的發(fā)展現(xiàn)狀并收集了相關(guān)技術(shù)資料。在此基礎(chǔ)上，2015年4～5月在北京、天津、河北、山東等地進(jìn)行了日光溫室保溫被生產(chǎn)廠家的調(diào)研、論證工作，完成了新型保溫被所需要的面料、芯材選型工作，完成調(diào)查報(bào)告1份。經(jīng)充分討論拿出了5種方案，所訂方案采用分層復(fù)合生產(chǎn)技術(shù)，將多種具有不同優(yōu)點(diǎn)的材料，復(fù)合成集多種性能于一體的農(nóng)牧業(yè)用保溫覆蓋材料。采用微孔發(fā)泡技術(shù)對(duì)冷滲透進(jìn)行阻隔，使材料內(nèi)部形成致密的密合氣孔，形成靜止空氣層，起到保溫作用；用非織造布技術(shù)并共混入紅外阻隔劑，最大限度地阻止溫室內(nèi)熱量的散失，使保溫率居國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

通過以上技術(shù)的集成、綜合和創(chuàng)新，將保證保溫覆蓋材料的優(yōu)良性能，保溫被的保溫率將大幅度得到提高，實(shí)現(xiàn)溫室大棚的產(chǎn)出最大化，提高溫室的綜合效益。

3.25種研究結(jié)構(gòu)的具體確定針對(duì)保溫被面料抗紫外線、防水問題進(jìn)行了集中攻關(guān)，通過篩選確定了一種淋膜無紡布或淋膜軍用基布作為保溫被表層朝外面料。淋膜無紡布就是在無紡布上涂上一層塑料薄膜，一般都是高溫加熱成熱熔狀態(tài)的塑料涂覆在無紡布上冷卻形成的產(chǎn)品；淋膜厚度僅0.20～0.24 cm，每平方米重量?jī)H160 g，不及一般棉紗帆篷油布重量的1/10，但其縱橫向抗拉強(qiáng)度最高能達(dá)120 kg，抗溫能力-40～70 ℃，而且無味、無毒、耐磨、耐搓，能在紅外線、紫外線等環(huán)境下長(zhǎng)期使用。以強(qiáng)力無紡布和軍用基布為表層朝里面料，其次進(jìn)行了保溫被芯材的對(duì)比、選擇與復(fù)合，分別以噴膠棉、針刺廢羊絨毛氈、聚苯丙烯發(fā)泡材料、針刺廢棉氈和珍珠棉一起制作保溫被芯材，設(shè)計(jì)了每平米重量為1.60 kg的5種不同芯材優(yōu)化組合的保溫被方案。另外，還準(zhǔn)備了市場(chǎng)上使用率很高，每平米重1.60 kg的牛津布化纖棉保溫被和淋膜化纖棉保溫被作為對(duì)比試驗(yàn)的基準(zhǔn)保溫被。

3.2.1基準(zhǔn)方案保溫被結(jié)構(gòu)。由圖1可見，基準(zhǔn)方案保溫被結(jié)構(gòu)從上到下依次為灰色牛津布、化纖棉(1 000 g/m2)、珍珠棉(EPE)(厚2 mm)、針刺無紡布，保溫被幅寬2 m，厚18 mm，每平方米重量1.60 kg。

注：1.牛津布或淋膜無紡布；2.化纖棉(1 000 g/m2)；3.珍珠棉(EPE)(厚2 mm)；4.針刺無紡布。Note：1.Nylon oxford or coated nonwoven；2.Chemical fiber cotton(1 000 g/mL)；3.Pearl cotton(EPE)(thickness 2 mm)；4.Needle punched non-woven fabric.圖1　基準(zhǔn)方案保溫被Fig.1　Reference scheme thermal insulation

隨著日光溫室的不斷增多，與日光溫室的配套保溫覆蓋物也基本由原來價(jià)格比較低廉的草苫逐漸被不斷增多的保溫被所代替。特別是化纖保溫被以其工業(yè)化廢料為主、來源廣、單位面積重量小、價(jià)格低廉、使用壽命長(zhǎng)、保溫效果好的特點(diǎn)，越來越受到用戶的歡迎，目前已經(jīng)在日光溫室覆蓋物中占有了80%比例。所以，該研究以目前市場(chǎng)上推廣應(yīng)用最廣，面料為牛津布、淋膜無紡布，保溫芯料為化纖棉的保溫被作為這次對(duì)比試驗(yàn)的基準(zhǔn)保溫被。

3.2.2第一方案保溫被結(jié)構(gòu)。由圖2可見，第一方案保溫被結(jié)構(gòu)從上到下依次為淋膜無紡布、化纖棉(600 g/m2)、微孔發(fā)泡材料(聚丙烯)、珍珠棉(EPE)(厚4 mm)、紅外線阻隔無紡布，保溫被幅寬2 m，保溫被厚20 mm，每平方米重量1.60 kg。

注：淋膜無紡布(淋膜面朝里)；2.化纖棉(600 g/m2)；3.微孔發(fā)泡材料(厚0.5 mm)；4.珍珠棉(EPE)(厚4 mm)；5.紅外線阻隔無紡布。Note：1.Coated nonwoven；2.Chemical fiber cotton(600 g/m2)；3.Microcellular foam materials(thickness 0.5 mm)；4.Pearl cotton(EPE)(thickness 4 mm)；5.Infrared blocking non-woven fabrics.圖2　第一方案保溫被結(jié)構(gòu)Fig.2　The structure of first scheme thermal insulation

考慮到青海日照時(shí)間長(zhǎng)，紫外線強(qiáng)的特點(diǎn)，淋膜無紡布的淋膜面朝里，這樣既延長(zhǎng)了淋膜面壽命，又起到了防雨功能，以淋膜防水、表面無針洞是最關(guān)鍵的因素，因此在保溫被加工工藝上采用了分層加工，淋膜無紡布與其他材料層分層加工，淋膜無紡布中間無針洞，只在四周與其他材料絎縫，有效地降低了保溫被針洞滲水的弊端?；w棉作為再生棉材料，材料來源廣泛，價(jià)格較低，在一定程度上可以滿足日光溫室的保溫需要。現(xiàn)有的發(fā)泡材料大多數(shù)是聚乙烯微孔發(fā)泡材料，要么硬而脆(大多數(shù)的結(jié)構(gòu)泡沫)，要么軟而韌(大多數(shù)的軟質(zhì)泡沫)，剛性和韌性難以兼具。聚丙烯微孔發(fā)泡材料兼具剛性和韌性，補(bǔ)充了現(xiàn)有發(fā)泡材料性能的不足，厚度僅0.5 mm，每平方米重量?jī)H70 g，不及一般珍珠棉(EPE)重量的1/23，微米尺度的泡孔有效降低了泡孔內(nèi)氣體的對(duì)流，從而有效降低了由空氣對(duì)流引起的熱傳遞，因此高倍率的微孔發(fā)泡材料具有依賴于泡孔結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定的低導(dǎo)熱系數(shù)。從北京斯維浩特新材料科技有限公司引進(jìn)了聚丙烯微孔發(fā)泡卷材，厚僅為0.5 mm；珍珠棉具有隔水、防潮、保溫、可塑性能佳、韌性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 。紅外線阻隔無紡布，從上海結(jié)宜康有限責(zé)任公司引進(jìn)了遠(yuǎn)紅外整理劑JYKFIR-814，這種整理劑是一種主要含有TiO2、SiO2等多種無機(jī)金屬化合物，經(jīng)特殊加工制成納米級(jí)粉體，再經(jīng)特殊分散技術(shù)精研磨制成，可應(yīng)用于紡織面料后整理中使用。在無紡布上涂了一層遠(yuǎn)紅外整理劑JYKFIR-814，可以反射紅外輻射，最大限度地阻止溫室內(nèi)熱量的散失。

3.2.3第二方案保溫被結(jié)構(gòu)。由圖3可見，第二方案保溫被結(jié)構(gòu)從上到下依次為淋膜無紡布、雜羊絨(890 g/m2)、珍珠棉(EPE)(厚10 mm)、針刺無紡布，保溫被幅寬2 m，保溫被厚25 mm，每平方米重量1.60 kg。

注：淋膜無紡布(淋膜面朝外)；2.雜羊絨(890 g/m2)；3.珍珠棉(EPE)(厚10 mm)；4.針刺無紡布。Note：1.Coated nonwoven；2.Miscellaneous wool(890 g/m2)；3.Pearl cotton(EPE)(thickness 10 mm)；4.Needle punched non-woven fabric.圖3　第二方案保溫被結(jié)構(gòu)Fig.3　The structure of second scheme thermal insulation

雜羊絨具有天然的立體卷曲特征，加之排列不規(guī)則，自然形成了很多細(xì)微的空隙，從而使雜羊絨保溫被具有蓬松的結(jié)構(gòu)，也表現(xiàn)出比草簾更好的保溫性，珍珠棉(EPE)30～40倍高發(fā)泡成形產(chǎn)品，每平方米重量?jī)H300 g，重量輕，有一定的堅(jiān)固性、柔軟性和緩沖性，吸水率僅為0.01 mg/cm3，具有優(yōu)質(zhì)的防水性，導(dǎo)熱率很低，僅0.023 W/(m·K)，不受各種氣候條件影響，耐氣候性優(yōu)越。所以雜羊絨和珍珠棉的復(fù)合達(dá)到了保溫性、防潮性的最優(yōu)組合，為了測(cè)試淋膜無紡布的防紫外線性能，這種保溫被淋膜面朝外，經(jīng)過室外一個(gè)使用周期，這種結(jié)構(gòu)的新型保溫被傳熱系數(shù)小、保溫性好、保溫性持久、穩(wěn)定。

3.2.4第三方案保溫被結(jié)構(gòu)。由圖4可見，第三方案保溫被結(jié)構(gòu)從上到下依次為淋膜無紡布、化纖棉(600 g/m2)、珍珠棉(EPE)(厚4 mm)、針刺無紡布，保溫被幅寬2 m，保溫被厚23 mm，每平方米重量1.60 kg。

化纖棉具有很好的蓬松結(jié)構(gòu)，原材料為邊角廢料，是變

注：淋膜無紡布(淋膜面朝外)；2.化纖綿(600 g/m2)；3.珍珠棉(EPE)(厚4 mm)；4.針刺無紡布。Note：1.Coated nonwoven；2.Chemical fiber cotton(600 g/m2)；3.Pearl cotton(EPE) (thickness 4 mm)；4.Needle punched non-woven fabric.圖4　第三方案保溫被結(jié)構(gòu)Fig.4　The structure of third scheme thermal insulation

廢為寶的再生資源，來源廣、價(jià)格便宜、質(zhì)輕、保溫性能良好，是農(nóng)用保溫被首選的芯材。珍珠棉具有保溫、質(zhì)輕、隔潮、防水的功能?；w棉與珍珠棉組合而成的保溫被芯材，完全滿足了農(nóng)用保溫被的質(zhì)輕、保溫、價(jià)格低廉、防水、隔潮的組合功能。整體保溫被除芯材具有的功能外，還具有防雨雪、防紫外線等功能。

3.2.5第四方案保溫被結(jié)構(gòu)。由圖5可見，第四方案保溫被結(jié)構(gòu)從上到下依次為淋膜軍用基布(淋膜面朝里)、花色強(qiáng)力氈(400 g/m2)、雙層噴膠棉(400 g/m2)、珍珠棉(EPE)(厚5 mm)、軍用基布，保溫被幅寬2 m，保溫被厚60 mm，每平方米重量1.60 kg。

覆層朝外層為淋膜軍用基布，另一層覆面為軍用基布，

注：淋膜軍用基布(淋膜面朝里)；2.花色強(qiáng)力氈(400 g/m2)；3.雙層噴膠棉；4.珍珠棉(EPE)(厚5 mm)；5.軍用基布。Note：1.Coated military base film；2.Strongly felt(400 g/m2)；3.Double layer polyester wadding；4.Pearl cotton(EPE)(thickness 5 mm)；5.Military base film.圖5　第四方案保溫被結(jié)構(gòu)Fig.5　The structure of fourth scheme thermal insulation

淋膜軍用基布就是在軍用基布上涂上一層塑料薄膜，一般都是高溫加熱成熱熔狀態(tài)的塑料涂覆在軍用基布上冷卻形成的產(chǎn)品。噴膠棉主要由線密度為6.6～7.7 dtex 的純滌綸和廢棉絮纖維組成，廢棉絮成分復(fù)雜，多數(shù)是紡織下腳料和回收的破舊混紡或交織布，噴膠棉變形較大，經(jīng)常卷曲后厚度約減少至原厚度的89.22%，保溫防水性能強(qiáng)，但價(jià)格較高、花色強(qiáng)力氈作為再生棉材料，其價(jià)格較低、抗拉強(qiáng)度高，在一定程度上可以滿足日光溫室的保溫需要，所以與噴膠棉各取優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合，性價(jià)比高；珍珠棉具有隔水、防潮、保溫、可塑性能佳、韌性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.6第五方案保溫被結(jié)構(gòu)。由圖6可見，第五方案保溫被結(jié)構(gòu)從上到下依次為淋膜軍用基布、化纖棉(1 000 g/m2)、噴膠棉(200 g/m2)、珍珠棉(EPE)(厚2.5 mm)、軍用基布，保溫被幅寬2 m，每平方米重量1.76 kg。此方案比第四方案減少了噴膠棉的使用量，增加了化纖棉的使用量，從而保溫被的整體價(jià)格每平方米下降2～3元。

4　靜態(tài)試驗(yàn)和室外試驗(yàn)分析

4.1靜態(tài)試驗(yàn)

4.1.1抗拉強(qiáng)度。2016年4月29號(hào)青海省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所對(duì)保溫被的面料，淋膜無紡布的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為平均20.8 kN/m2，大于青海地標(biāo)保溫被抗拉強(qiáng)度最小值17.0 kN/m2。

4.1.2保溫率。2016年5月9號(hào)青海省纖維檢驗(yàn)局對(duì)保溫被的保溫率進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為：第四方案的芯料為噴膠面保溫被的保溫率為84.0%，第二方案的芯料為雜羊絨保溫被的保溫率83.1%，第一方案的芯料為化纖棉+微孔發(fā)泡和第三方案芯料為化纖棉保溫被的保溫率為75.0%，基準(zhǔn)方案的牛津布化纖棉保溫被的保溫率為80.1%。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，只有噴膠棉、雜羊絨保溫被的保溫率大于基準(zhǔn)保溫率，其他方案保溫率小于基準(zhǔn)保溫被。

注：淋膜軍用基布(淋膜面朝里)；2.化纖綿(1 000 g/m2)；3.噴膠棉(200 g/m2)；4.珍珠棉(EPE)(厚2.5 mm)；5.軍用基布。Note：1.Coated military base film；2.Chemical fiber cotton(1 000 g/m2)；3.Polyester wadding 200(g/m2)；4.Pearl cotton(EPE)(Thickness 2.5 mm)；5.Military base film.圖6　第五方案保溫被結(jié)構(gòu)Fig.6　The structure of fifth scheme thermal insulation

4.2室外試驗(yàn)2015 年10月～2016年3月，在湟中多巴鎮(zhèn)玉拉村農(nóng)業(yè)示范園區(qū)和大通植物園分別各選了5棟和6棟同一規(guī)格、結(jié)構(gòu)的溫室作為試驗(yàn)樣板棚，在樣板棚內(nèi)，進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)性能參數(shù)測(cè)試，使用各種保溫被實(shí)測(cè)棚溫的平均值做對(duì)比，討論新型保溫被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和推廣應(yīng)用的可行性；完成了保溫被的室外實(shí)際應(yīng)用的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，完成了產(chǎn)品初步定型，實(shí)際檢測(cè)結(jié)果如下：

4.2.1大通植物園。記錄時(shí)間段為：2016年1月20日零點(diǎn)至1月30日零點(diǎn)，溫室外最高溫度5.3 ℃，最低溫度-22.7 ℃，平均溫度-10.5 ℃。

表1　大通植物園5種方案保溫被室外試驗(yàn)

根據(jù)大通植物園保溫被實(shí)測(cè)結(jié)果分析(表1)，當(dāng)室外溫度最冷為-22.7 ℃時(shí)，2號(hào)保溫被保溫效果最好，室內(nèi)溫度達(dá)3.6 ℃，當(dāng)室外平均溫度為-10.5 ℃時(shí)，室內(nèi)平均溫度為11.3 ℃。其次是4號(hào)和1號(hào)，室內(nèi)最低溫度2.8和1.7 ℃，室內(nèi)平均溫度分別為10.2和8.8 ℃。最差是0號(hào)保溫被，也就是對(duì)比試驗(yàn)的基準(zhǔn)保溫被(牛津布化纖棉)，雖然它的靜態(tài)檢測(cè)保溫率為80.1%，可因防水差，遇到雨雪天，保溫被的保溫率急劇下降，室內(nèi)最低溫度僅為0.5 ℃，室內(nèi)平均溫度為8 ℃；1號(hào)保溫被因制造成本高，性價(jià)比低，不易推廣。因此，初步選擇2號(hào)(芯材為雜羊絨+珍珠棉(EPE))保溫被、4號(hào)(芯材為噴膠棉+珍珠棉(EPE)+化纖棉)保溫被為初步推廣應(yīng)用產(chǎn)品。

4.2.2湟中多巴鎮(zhèn)玉拉村農(nóng)業(yè)示范園區(qū)。記錄時(shí)間段為：2016年1月20日零點(diǎn)至1月30日零點(diǎn)，溫室外最高溫度14 ℃，最低溫度-24.4 ℃，平均溫度-9.3 ℃。

由表2可見，在玉拉村農(nóng)業(yè)示范園區(qū)，以該園區(qū)已安裝使用最多的0號(hào)(藍(lán)色淋膜無紡布+化纖棉1 500 g/m2+塑料+無紡布)、1號(hào)(藍(lán)色淋膜無紡布+化纖棉1 000 g/m2+塑料+拉力氈)、2號(hào)(黑色淋膜無紡布+化纖棉2 000 g/m2+拉力氈)保溫被作為對(duì)比試驗(yàn)的基準(zhǔn)保溫被，以靜態(tài)測(cè)試保溫率高的3號(hào)(淋膜軍用基布+化纖棉400 g/m2+噴膠棉1 000 g/m2+珍珠棉(EPE)+軍用基布)、4號(hào)(淋膜無紡布+雜羊絨890 g/m2+珍珠棉(EPE)10 mm+無紡布)保溫被作為比試對(duì)象。根據(jù)湟中玉拉村保溫被實(shí)測(cè)結(jié)果分析，當(dāng)室外溫度最冷為-24.4 ℃時(shí)，3號(hào)保溫被保溫效果最好，室內(nèi)最低溫度達(dá)5.4 ℃，當(dāng)室外平均溫度為零下9.3 ℃時(shí)，室內(nèi)平均溫度為14.7 ℃。其次是2號(hào)和4號(hào)，最差是1號(hào)保溫被，室內(nèi)最低溫度僅為2.8 ℃；因保溫芯層(化纖棉 )較輕(1 000 g/m2)且密實(shí)不夠膨松，保溫效果較差，3號(hào)和4號(hào)保溫被的主要保溫層芯材為：噴膠棉和雜羊絨，疏松多孔，膨松度高，間隙中會(huì)充滿空氣起到一定的保溫作用；珍珠棉(EPE)具有隔水、防潮、保溫、可塑性能佳、韌性強(qiáng)等功能，使內(nèi)層芯材不被雨、雪、露水浸濕，保證了內(nèi)層材料保溫能力的充分發(fā)揮，起到一定的保溫、隔潮作用。所以，3、4號(hào)保溫被的綜合性能高于0、1、2號(hào)保溫被，2號(hào)保溫被保溫率雖比4號(hào)保溫被好，但因保溫被厚且每平方米的重量在5.0 kg左右，不僅安裝調(diào)試?yán)щy而且對(duì)溫室骨架強(qiáng)度及卷簾機(jī)性能有很高要求，不易推廣。因此，根據(jù)該園區(qū)的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析，初步選擇3號(hào)(芯材為噴膠棉+珍珠棉(EPE)+化纖棉)

表2　湟中多巴鎮(zhèn)玉拉村農(nóng)業(yè)示范園區(qū)5種方案保溫被室外試驗(yàn)

保溫被和4號(hào)(芯材為雜羊絨+珍珠棉(EPE))保溫被為初步推廣應(yīng)用產(chǎn)品。

5　結(jié)論

靜態(tài)試驗(yàn)和室外試驗(yàn)結(jié)果表明，在制作的 5種保溫被中，保溫被的主要芯材為噴膠棉+珍珠棉(EPE)+化纖棉和芯材為雜羊絨+珍珠棉(EPE)保溫被的保溫性優(yōu)于芯材為化纖棉+塑料的保溫被，面料為淋膜無紡布的防水性和機(jī)械強(qiáng)度高于牛津布。由此可見，面料為淋膜無紡布，主要芯材為噴膠棉和雜羊絨保溫被，具有良好的綜合性能，在每平方米重量1.8 kg左右的基準(zhǔn)條件下，該研究試制推廣的保溫被估價(jià)約15元/m2，低于目前主流化纖棉保溫被15～20元/m2的價(jià)格，有望替代化纖棉保溫被。另外，由該研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，保溫被的保溫性取決于芯材的膨松性和隔熱、防潮性，機(jī)械強(qiáng)度取決于外層材料的強(qiáng)度特性，這一結(jié)論可為保溫被制作材料的選擇提供參考。

綜上所述，理想的保溫被應(yīng)具有傳熱系數(shù)小，保溫性好，重量適中，易于卷放，防風(fēng)性、防水性好，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適合卷簾機(jī)配套使用，性價(jià)比高等指標(biāo)。該試驗(yàn)研發(fā)的保溫被：淋膜軍用基布+化纖棉400 g/m2+噴膠棉1 000 g/m2+珍珠棉(EPE)+軍用基布和淋膜無紡布+雜羊絨890 g/m2+珍珠棉(EPE)10 mm+無紡布均具備以上指標(biāo)，可作為今后推廣應(yīng)用的主流保溫被。

[1]喬正衛(wèi)，鄒志榮，張立明，等.4 種日光溫室保溫被室內(nèi)的試驗(yàn)性能測(cè)試[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，36(6)：153-158.

[2]胡瑤玫，李嬌，吳松.幾種日光溫室保溫被的保溫性研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2014(1)：199-201.

The Structure Design and Thermal Insulation Performance of a New Type of Thermal Insulation in Solar Greenhouse

XIAO Tang,ZHANG Hai-yun,WU Hai-feng et al

(Qinghai Mechanical Science Research Institute,Xining,Qinghai 810021)

[Objective]The aim was to research and develop a new type of thermal insulation in solar greenhouse which is cost-effective and can replace traditional thermal insulation.[Method]Out of fabrics were chosen coated nonwoven,military base film,EPE composite black PE woven cloth,nonwoven fabric composite black PE woven cloth,inside fabrics were chosen nonwoven fabric;the core materials were chosen polyester wadding,miscellaneous wool,EPE,chemical fiber cotton,microporous foaming material.Through static test and outdoor test,with mainstream market thermal insulation(nylon oxford+chemical fiber cotton) and (coated nonwoven+chemical fiber cotton thermal insulation) as standard,the thermal insulation property was analyzed,and the tensile strength was tested.[Result]Static test report showed that heat preservation rate of polyester wadding and miscellaneous wool thermal insulation was 84.0% and 83.3% respectively,that of coated chemical fiber cotton and nylon oxfordthermal insulation was 75.0% and 65.0%.The outdoor experiment showed that,when minimum temperature outdoor was -24.4 ℃,heat preservation effect of polyester waddingthermal insulation was besst,temperature indoor was 5.4 ℃,average temperature outdoor was -9.3 ℃ and average temperature indoor weas 14.7 ℃;heat preservation effect of miscellaneous wool thermal insulation followed,when outdoor temperature was -24.4 and -9.3 ℃ ,indoor temperature was up to 4.2 and 14.3 ℃;nylon oxfordchemical fiber cotton and coated nonwovenchemical fiber cotton thermal insulation had poorest Effect,when outdoor temperature was -24.4 ℃ ,indoor temperature was 2.8 and 3.6 ℃.[Conclusion]Polyester wadding and miscellaneous wool thermal insulation has good performance,which can be promoted as a new type of thermal insulation materials in solar greenhouse.

Sunlight greenhouse;Thermal insulation;Polyester wadding;EPE;Miscellaneous wool;Performance testing;Thermal insulation property;Mechanical strength

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃課題(2014BAD08B0202)。

肖棠(1963- )，男，陜西漢中人，高級(jí)工程師，從事農(nóng)業(yè)設(shè)施設(shè)計(jì)與建造和設(shè)施節(jié)能研究。

2016-07-11

S 214.3

A

0517-6611(2016)25-233-05