保溫覆蓋材料保溫及機械性能的室內檢測

孫信成,王秀峰*,馬承偉,魏 珉,3,楊鳳娟

1.山東農業大學 園藝科學與工程學院,山東 泰安 271018 2.中國農業大學 農業部設施農業生物環境工程重點開放實驗室,北京 100083 3.農業部黃淮海設施農業工程科學觀測實驗站,山東 泰安 271018

保溫覆蓋材料保溫及機械性能的室內檢測

孫信成1,王秀峰1*,馬承偉2,魏 珉1,3,楊鳳娟1

1.山東農業大學 園藝科學與工程學院,山東 泰安 271018 2.中國農業大學 農業部設施農業生物環境工程重點開放實驗室,北京 100083 3.農業部黃淮海設施農業工程科學觀測實驗站,山東 泰安 271018

為了篩選適宜用作保溫被的被面、被芯材料及其組合，利用室內傳熱系數測試臺和電子拉力試驗機，測試分析了目前市場上17種常見保溫覆蓋材料的保溫性、機械強度及其組合成的41種保溫被的保溫性能。結果表明：涂銀迷彩布防水材料、鍍鋁或涂銀材料機械強度大，保溫性好，適于作保溫被表層材料；涂銀迷彩布防水材料作保溫被外表層、鍍鋁或涂銀材料作內表層且鍍鋁或涂銀面朝棚膜為佳。保溫被芯材以毛氈、太空棉保溫性最好，花色氈、黑色無紡布、白色無紡布和珍珠棉次之，噴膠棉最差。研究結果可為保溫被的工廠化生產提供理論依據。

保溫材料;保溫;機械性能;室內檢測

日光溫室冬季保溫主要依靠外墻結構和保溫材料夜間覆蓋的相互結合，而在北方冬季夜間，通過日光溫室透明覆蓋材料的傳熱損失一般占總熱量損失的60%～95%[1]，故保溫材料的夜間覆蓋顯得尤為重要[2]。

國外對保溫被材料和組合材料的保溫性能研究不多[3-6]。國內馬承偉、張俊芳等[7-10]主要針對保溫被傳熱過程進行理論分析與驗證以及測試方法的研究。姜魯艷[11]和胡瑤玫[12]采用溫室覆蓋材料傳熱系數測試臺對本地現有幾種類型保溫被的保溫性進行測試。本試驗利用中國農業大學農業部設施農業生物環境工程重點開放實驗室研究開發的溫室覆蓋材料傳熱系數測試臺和山東五州專用設備廠生產的LDS-10B-3型微機控制電子拉力試驗機，測試了17種常見保溫覆蓋材料的保溫性、機械強度及其組合成的41種保溫被的保溫性等參數，以期為保溫被制作材料的選擇提供指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料是17種從市場上收集到的可作保溫被表面防水材料和內芯材料，以及由其部分組合而成的保溫被，草苫作對照。

1.2 測試儀器與方法

1.2.1 傳熱系數測試臺 室內試驗的保溫性能測試是通過中國農業大學水利與土木工程學院、農業部設施農業工程重點開放實驗室研發的傳熱系數測試臺進行的，本測試臺技術要求以及采用的測試方法，滿足農業部的農業行業標準《溫室覆蓋材料保溫性能測定方法》（NY/T 1831-2009）的規定[13-15]。測試臺通過冷板（模擬外界天空溫度、輻射）、冷箱（模擬室外環境）和冷箱中的風機（產生氣流模擬室外風速）等作為室外測試條件，熱箱（有加溫裝置）模擬室內條件，調控冷板和冷箱溫度、風機風速、熱箱溫度，穩定地模擬溫室覆蓋材料工作時的內外環境，通過測定熱箱內加溫的熱量，扣除通過熱箱四個側壁和底面傳出的熱量，可計算出通過覆蓋材料試件的熱量，然后根據冷箱和熱箱內的空氣溫度差以及覆蓋材料面積，即可計算出傳熱系數值[14-16]。覆蓋材料的熱節省率[17]，其物理意義為增加附加保溫覆蓋層后，溫室覆蓋熱量損失降低值與原主覆蓋層（無附加保溫覆蓋層）的熱量損失值之比。其大小可以由傳熱系數計算得到，即等于覆蓋材料、試供薄膜的傳熱系數差值與試供薄膜的傳熱系數之比。

覆蓋材料的面密度是指單位面積上的質量，本試驗是按供試材料大小（1.07 m×1.07 m）的重量來計算的；保溫被厚度測量方法是將試樣放在平板上，用質量10 kg±0.1 kg、底平面為150 mm×150 mm的方箱壓在保溫被上，測量保溫被壓實后的厚度，長度方向均勻測3處，取平均值。

1.2.2 保溫覆蓋材料機械強度的測試 機械強度測試所采用的儀器是LDS-10B-3型微機控制電子拉力試驗機（山東五州專用設備廠生產），由機體、機械傳動系統、計算機控制系統、調速系統、記錄系統與夾具組成。

按經緯線制成長30 cm、寬5 cm的試樣裝好之后，接通電源試驗機各部分進入試驗準備狀態，按＜下降＞鍵后電機通過減速器帶動傳動絲杠轉動，使移動橫梁移動通過夾具給試樣施力，此時測力傳感器和光電編碼器將電信號輸入計算機，數據經計算機處理后由顯示窗或顯示屏隨機顯示出來，試驗數據、試驗曲線和試驗結果被記憶，最后可通過微型打印機或彩色打印機打印出試驗結果。

機械強度作為評價保溫被的重要指標之一，機械強度指材料受外力作用時，其單位面積上所能承受的最大負荷，一般用拉力峰值、斷裂強度等來表示（參照GB/T 3923.1-1997）[18,19]。拉力峰值指試樣在拉伸過程中，在拉斷時所承受的最大力值，單位為N；斷裂強度指材料發生斷裂時的最大應力與斷裂橫截面積的比值，單位為N/cm。

1.2.3 數據處理與分析 試驗原始數據采用Microsoft Excel 2010整理，數據分析采用PASW Statistics 18.0統計軟件，方差分析采用LSD方法（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 保溫被單層材料的保溫性比較

表1 保溫被表面材料保溫性比較Table 1 Comparison of heat preservation properties of surface insulation materials

黑色淋膜氈、鍍鋁編織布、涂銀迷彩布、三防布、刀刮布、南韓布、迷彩布、有機硅布、彩條布、棉帆布均是防水材料，一般可用作保溫被外層防水層。由表1可以看出，防水材料中，黑色淋膜氈的傳熱系數最低，熱節省率最高，即保溫性最好，鍍鋁編織布、涂銀迷彩布次之，棉帆布保溫性最差。其中，黑色淋膜氈和鍍鋁編織布的傳熱系數和熱節省率差異均不顯著。

太空棉、珍珠棉、噴膠棉、無紡布材料結構較疏松，含空隙多，一般用作保溫被中間芯材，主要起隔熱保溫作用。從表2中可以看出，毛氈的傳熱系數最低，熱節省率最高，即保溫性最好，太空棉次之，花色氈、無紡布、珍珠棉較好，噴膠棉保溫性最差。

表2 保溫被芯材的保溫性比較Table 2 Comparison of heat preservation properties of insulating core materials

2.2 保溫被單層材料機械強度的比較

從表3中可以看出，用作保溫被外層防水材料的拉力峰值和斷裂強度顯著高于用作保溫被中間芯材隔熱保溫材料；用作保溫被外層防水材料中，刀刮布的拉力峰值和斷裂強度最大，黑色淋膜氈的拉力峰值和斷裂強度最小；用作保溫被中間隔熱保溫材料中，白色無紡布的拉力峰值和斷裂強度最大，珍珠棉的較小；由于太空棉和噴膠棉的材質很蓬松，不易斷裂，拉力峰值難以穩定。用作保溫被外表面材料的拉力峰值和斷裂強度都高于芯材，保溫被復合材料的機械強度主要還是取決于內外表層材料的機械強度。

表3 保溫被材料機械強度的比較Table 3 Comparison of mechanical strength of heat preservation quilts

2.3 不同組合保溫被及草苫保溫性能的比較

以11種外層防水材料和毛氈組合了11種保溫被，同時選擇涂銀迷彩布和鍍鋁編織布分別作外層防水材料和內層反射材料，以噴膠棉、珍珠棉、太空棉、花色氈作內芯材料，組合了30種保溫被。41種組合保溫被及草苫的面密度、厚度、傳熱系數和熱節省率見表4。

表4 不同材料組合保溫被及草苫保溫性能Table 4 Heat preservation of different combinations of the insulation material and straws mats

從表4中可以看出，保溫被內芯都是毛氈時，外層防水材料為黑色淋膜氈與鍍鋁編織布的保溫被傳熱系數最低，熱節省率最高，即保溫性最好，外層防水材料為鍍鋁編織布和涂銀迷彩布的保溫被次之，與表1外層保溫覆蓋材料的測試值基本一致。保溫被外表層防水材料是涂銀迷彩布，內表層為鍍鋁編織布時，由于其內芯材料種類及組合方式的不同，30種保溫被的傳熱系數及熱節省率均存在差異。其他保溫材料組合成的保溫被的傳熱系數及熱節省率均優于草苫。

3 結論

作為保溫被表面材料的黑色淋膜氈、鍍鋁編織布和涂銀迷彩布3種材料的傳熱系數較小，熱節省率均在50%以上，是良質的保溫被內外表層材料；根據材料機械強度的測試，鍍鋁編織布和涂銀迷彩布的拉力峰值和斷裂強度顯著優于黑色淋膜氈，還具一定的防水作用，故選擇保溫被表面材料以前兩者為最佳。保溫被內芯材料中，毛氈和太空棉的傳熱系數較小，熱節省率在70%以上，是優質的保溫被內芯材料；而噴膠棉和珍珠棉的傳熱系數較大，熱節省率自然就較小，不適合作保溫被內芯材料，其他幾種保溫被內芯材料可視具體情況進行選擇。在室內測試中，將鍍鋁編織布的鍍鋁層朝向熱箱（實際覆蓋時鍍鋁層朝向棚膜）測得的傳熱系數為3.455W·(m2℃)-1，鍍鋁層朝向冷箱（實際覆蓋時鍍鋁層朝向空中）測得的傳熱系數為4.098W·(m2℃)-1，由此可知，鍍鋁編織布在作保溫被表層材料時，使鍍鋁層面朝向棚膜的傳熱系數低，其保溫效果好。

從保溫被表層材料及內芯材料的機械強度來看，表層材料的機械強度（拉力峰值和斷裂強度）顯著大于保溫被內芯材料，特別是保溫效果好的如太空棉，以及噴膠棉，其因疏松柔軟，而難以測定其機械強度，可見保溫被的整體機械強度大小主要取決于表層材料[2]。

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Laboratory Detection on the Heat Proof and Mechanical Properties of Heat Preservation Covering Materials

SUNXin-cheng1,WANGXiu-feng1*,MACheng-wei2,WEIMin1,3,YANGFeng-juan1
1.College of Horticulture Science and Engineering/Shandong Agricultural University,Tai’an 271018,China 2.Key Laboratory of Agricultural Bio-environment Engineering,Ministry of Agriculture/China Agricultural University, Beijing 100083,China 3.Scientific Observing and Experimental Station of Environment Controlled Agricultural Engineering in Huang-Huai-Hai Region,Ministry of Agriculture,Tai’an 271018,China

In order to select suitable materials and their combinations for heat preservation quilt,we analyzed the thermal insulation property and mechanical strength of 17 different sorts of heat preservation covering materials and 41 kinds of combinations of the thermal insulation property of heat preservation quilts.The results show that aluminized woven fabric and silvered camouflage cloth have a large mechanical strength and good thermal insulation and could be suitable as the surface of heat preservation quilt;silvered camouflage cloth as its outer surface,aluminized woven fabric as its inner surface, aluminied or silvered coated layer of material toward the films is better.The best heat preservation core materials are felts and space cotton,followed by mixed felts,black non-woven fabrics,white non-woven fabrics and EPE,the poorest one for heat saving is spewing adhesive.The research results provide a theoretical basis for heat preservation quilt factory production.

Heat preservation material;heat proof;mechanical property;laboratory test

S625.3

:A

:1000-2324(2017)03-0418-05

2015-05-21

:2015-06-09

國家現代農業產業技術體系專項(CARS-25);山東省現代農業產業技術體系蔬菜創新團隊資助

孫信成(1988-),男,碩士研究生,主要從事設施蔬菜與無土栽培.E-mail:blue995299@126.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:xfwang@sdau.edu.cn