新疆日光溫室前屋面保溫材料保溫性能試驗分析

中圖分類號：S625 文獻標志碼：A 文章編號：1001-4330（2025）02-0426-10

0 引言

【研究意義】日光溫室前屋面保溫被性能直接影響日光溫室的保溫效果，分析保溫被材料選用依據(jù)，對確定適合日光溫室性價比和安全性的保溫被內(nèi)層材料有重要意義。【前人研究進展】Nahar等[對日光溫室散熱研究表明，日光溫室通過圍護結構散失的熱量占日光溫室熱量總損失的2/3上下。日光溫室能夠在冬季連續(xù)生產(chǎn)，在于后墻白天蓄熱，前屋面保溫被夜間保溫[2]。西北寒冷地區(qū)日光溫室，夜間的熱量損失中有7/10是由圍護結構傳熱損失，其它3/10由冷風滲透損失。白天損失的熱量中，也有約 6 5 % 是通過日光溫室墻體、前屋面和后屋面損失的[3]。馬承偉等[4]研究表明，通過圍護結構的覆蓋層保溫被的熱量散失是日光溫室熱損失的主要部分，約占總熱損失的2/3。保溫被材料多樣隨意，保溫性難以保證。日光溫室的前屋面是主要的散熱面，日光溫室與外界空氣接觸的各結構中，前屋面薄膜的傳熱系數(shù)最大，其所損失的熱量約占熱量總損失的 7 0 % ～ 8 0 % 。園藝設施覆蓋材料保溫被的傳熱損失通常約占其總熱量損失的 7 5 % 以上，采用保溫特性好的覆蓋材料、加強覆蓋材料的保溫性是減少熱量損失的最有效方法[6]。日光溫室保溫被的保溫性能優(yōu)劣直接影響日光溫室的保溫效果，在日光溫室的保溫措施中其重要性占首位[7]。【本研究切入點】日光溫室的不同種覆蓋材料的傳熱系數(shù)和傳熱阻的確定，簡單方法是在實驗室或生產(chǎn)日光溫室直接測定[8-13]，傳熱系數(shù)為最直接的性能指標。覆蓋材料保溫被的熱工性是衡量園藝設施的保溫性主要指標[14]。喬正衛(wèi)等[15]研究也表明，保溫被內(nèi)芯材料的隔熱性決定了日光溫室覆蓋物的保溫性，而抗壓抗拉性能取決于覆蓋物表層材料的機械強度，該結論可為保溫覆蓋物作材料的選取和制作提供理論參考。【擬解決的關鍵問題】日光溫室前屋面約占圍護結構面積的 5 0 % ，夜晚保溫被的保溫性能對日光溫室的熱環(huán)境有至關重要的影響，覆蓋材料保溫被的傳熱損失占總熱量損失的比例大，研究覆蓋材料的保溫性能，為選擇保溫被材料提供依據(jù)。

材料與方法

1.1材料

1. 1.1 保溫被

以8類保溫被為材料，測試其保溫性能，測試地點在中國農(nóng)業(yè)大學水利學院覆蓋材料測試實驗室。保溫被的保溫特性以傳熱系數(shù)來表征，保溫被的傳熱系數(shù)可使用靜態(tài)熱箱測試法1測量。該測試法[]是在一維穩(wěn)定傳熱的狀態(tài)下，測定覆蓋材料試件兩側(cè)的空氣溫度差和通過試件的熱流量，再根據(jù)熱流量求得覆蓋材料的傳熱系數(shù)和傳熱阻等與保溫性能有關的參數(shù)[18]

測試設備主體包括二個部分：熱箱、冷箱，熱箱模擬使用保溫被的日光溫室內(nèi)溫度，冷箱模擬室外環(huán)境，測試的覆蓋材料試件鋪于冷箱和熱箱的交界面處（測試單層保溫被）。圖1

圖1 靜態(tài)熱箱法示意[18]

1. 1.2 儀器

測試儀器為覆蓋材料保溫性能測試臺。每個

測試的現(xiàn)有保溫被均裁剪 1 . 2 m × 1 . 2 m 的正方 形，平鋪并粘貼在測試臺上，每個粘貼邊寬約0.1 m ，保溫被試件傳熱面積為 左右。圖2，圖3

1.2 方法

1.2. 1 試驗設計

用作日光溫室保溫被內(nèi)層材料（保溫被與溫室前屋面骨架接觸的面為內(nèi)層材料），主要有無紡布、涂銀迷彩布、鍍鋁編織布和鍍鋁珍珠棉。中間材料（保溫被中間的填充材料）主要有珍珠棉、布頭棉、棉絮、保溫棉、毛網(wǎng)卷和夾心棉，外層材料（保溫被暴露在空氣面為外層材料）主要有無紡布、涂銀迷彩布、鍍鋁編織布、PE膜和鍍鋁珍珠棉（有防水性能，稱作防水材料）。對市場上常用的8種30個內(nèi)、中間、外層材料保溫被進行壓重厚度、重量、傳熱系數(shù)和傳熱阻測試。

1.2.2 保溫被保溫性能測試

日光溫室覆蓋材料性能測試臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：熱電偶測溫電路、34972A數(shù)據(jù)采集儀、計算機及軟件。

測試臺運用軟件MIGCM，VC編程，為測試專用。穩(wěn)定點查詢搜索過程約 3 ～ 4 h ，到冷箱和熱箱加熱功率一樣時，穩(wěn)定點才達熱穩(wěn)定狀態(tài)，設定0 . 5 h 對點讀數(shù)1次，該過程需 。控制程序按照設置的判斷條件，如若判定測試系統(tǒng)達到熱穩(wěn)定，即自動轉(zhuǎn)人傳熱系數(shù)測定。程序能自動測定傳熱系數(shù)和處理測試的結果、生成測試報表等內(nèi)容。

冷板溫度： ；冷箱空氣的溫度：- 4 ～ 0 % ，熱箱內(nèi)空氣的溫度： ；保溫被外表面的氣流速度：各個測點 （ 4 ± 0 . 8 ） m / s 和平均測值 （ 4 ± 0 . 2 ） m / s 。

日光溫室覆蓋材料傳熱和保溫性能的測試方法原理，測試系統(tǒng)熱穩(wěn)定后才測試讀數(shù)，測試也是熱穩(wěn)定過程的追蹤監(jiān)視，記錄和采集數(shù)據(jù)。圖4

2 結果與分析

2.1 8種內(nèi)外層材料保溫被測試

2. 1.1 測試中間珍珠棉和布頭棉保溫被

研究表明，中間材料為珍珠棉、外層材料是無紡布的保溫被，傳熱系數(shù)和傳熱阻均在1左右。增加一層PE膜外層材料，傳熱阻減小，保溫性能下降。增加鍍鋁編織布外層材料保溫性能無變化。增加上下兩層銀迷彩布外層材料，傳熱阻增加，保溫性能明顯增加。

選擇中間材料為珍珠棉保溫被時，不選用增 加PE膜或鍍鋁編織布外層材料，因保溫性能未 增加，成本卻增加。增加兩層銀迷彩布外層材料 的保溫被，選用中間材料為珍珠棉保溫被，外層材 料用無紡布較佳。中間材料為珍珠棉的保溫被重 量約 ，保溫被較輕。表1，圖5

2.1.2 中間是布頭棉保溫被的測試

研究表明，中間材料為布頭棉、外層材料是無紡布的保溫被，傳熱系數(shù)在 、傳熱阻在0.9 左右。增加花無紡布中間材料傳熱阻無顯著變化。增加PE膜外層材料，傳熱阻小幅增加，保溫性能稍有增加。增加鍍鋁編織布外層材料保溫性能增加。增加花無紡布中間材料，且增加PE膜外層材料傳熱阻增加，保溫性能顯著增加。中間材料為布頭棉的保溫被重量約在 ，保溫被較重。表2，圖6

2. 1.3 中間是保溫棉的保溫被測試

研究表明，中間材料為保溫棉、外層材料是防 水材料的保溫被，傳熱系數(shù)在 、 傳熱阻在1.15 左右。增加PE 膜外 層材料，傳熱阻減小，保溫性能反而下降。增加鍍 鋁編織布外層材料傳熱阻增加，保溫性能稍有增 加，不顯著。在選用保溫被時，兼顧經(jīng)濟性和適用 性，選擇無紡布 + 保溫棉即可。中間材料為保溫 棉的保溫被重量約在 。表3，圖7

2. 1.4 中間是夾心棉保溫被測試

研究表明，中間材料為夾心棉、外層材料是珍 珠棉的保溫被，鍍鋁珍珠棉為外層材料，綴鋁膜作 外材料比綴鋁膜作內(nèi)材料，保溫性好。增加PE 膜外層材料，傳熱系數(shù)和傳熱阻變化不大。增加 鍍鋁編織布外層材料，保溫被傳熱阻減小，保溫性 能顯著降低。

選用中間材料為夾心棉、外層材料是珍珠棉的保溫被時，選用鍍鋁編織布外層材料，成本增加，保溫性能未增加。中間材料為夾心棉的保溫被重量約在 。表4，圖8

2.1.5 中間是棉絮保溫被測試

研究表明，中間材料為2層棉絮、外層材料是無紡布的保溫被，傳熱系數(shù)在 ！傳熱阻在0.9（ 左右。增加 PE 膜外層材料，傳熱阻增加，保溫性能增加。選用中間材料為棉絮的保溫被，采用PE膜外層材料，成本增加很少，保溫性能增加顯著。中間材料為2層棉絮的保溫被重量約在 。表5，圖9

2.1.6 中間是3層棉絮保溫被測試

研究表明，中間材料為3層棉絮、外層材料是無紡布的保溫被，傳熱阻在 W左右。增加PE膜外層材料，傳熱阻變化很小，保溫性能基本不變。增加內(nèi)外兩層銀迷彩布外層材料，傳熱阻增加，保溫性能明顯增加。增加1層銀迷彩布外層材料，保溫性大幅增加，比增加內(nèi)外兩層銀迷彩布材料性能更佳。

中間材料為3層棉絮的保溫被，選用1層銀迷彩布外層材料，保溫性大幅增加，成本增加不多。中間材料為3層棉絮的保溫被重量約在5.3 。表6，圖10

2.1.7 中間是夾心棉保溫被測試

研究表明，中間材料為夾心棉、外層材料是無 紡布的保溫被，傳熱阻均在 0 . 9 ～ 1 . 8 W左右。增加PE膜外層材料，傳熱阻增加，均達 到1左右，保溫性能增加。增加銀迷彩布外層材 料，傳熱阻大幅度增加，保溫性能特別好。此保溫 被是首選，成本增加不多，保溫性能大幅增加。中 間材料為夾心棉、外層材料是無紡布的保溫被重 量約在 。表7，圖11

2.1.8 中間是毛網(wǎng)卷保溫被測試

研究表明，中間材料為毛網(wǎng)卷、外層材料是無紡布的保溫被，傳熱阻在 1 . 1 ～ 2 . 6 （ W，增加PE膜外層材料，傳熱阻幾乎不變。增加鍍鋁編織布外層材料傳熱阻增大，保溫性能增加。增加1層銀迷彩布外層材料，傳熱阻也增加，保溫性能明顯增加。增加2層銀迷彩布外層材料，傳熱阻大幅度增加，保溫性能跳躍性增加，達到最佳。

選用中間材料為毛網(wǎng)卷的保溫被時，用增加 1層銀迷彩布外層材料的保溫被，成本增加不多， 保溫性能顯著增加。中間材料為毛網(wǎng)卷的保溫被 重量約在 ，保溫被比較重。表8，圖12

2.26類中間材料保溫被傳熱系數(shù)和傳熱阻 對比

研究表明，選取上表1＼～6共6類外層材料均是無紡布、中間材料不同的保溫被，對傳熱系數(shù)和傳熱阻進行對比。

保溫被外層材料均是無紡布時，保溫被中間 材料，棉絮的保溫性最好，保溫棉和毛網(wǎng)卷次之， 夾心棉、珍珠棉和布頭棉最差，相差不大。

隨著保溫被材料層數(shù)的增加，傳熱阻越大。一般保溫被傳熱阻的區(qū)間范圍較大，在0.8～1.5 。

保溫被材料層數(shù)越多，質(zhì)量也越大，同時成本也增加。中間材料為3層棉絮的保溫被重量最大，達到 。其他中間材料的保溫被質(zhì)量在 。中間材料為3層棉絮的保溫被雖然保溫性最佳，但是重量太大，會給前屋面鋼骨架增加載荷，因此在選擇時，需要慎重。中間材料為珍珠棉的保溫被重量很輕，對骨架載荷小，是優(yōu)點，但是容易被風吹起，只適合用做溫室內(nèi)置保溫被。毛網(wǎng)卷、夾心棉、布頭棉和保溫棉重量適中，適合選用。保溫棉和毛網(wǎng)卷是適合新疆性價比和安全性的保溫被中間材料。

新疆北部冬季降雪較多，在選擇保溫被時，同時需要考慮積雪水分對保溫被保溫性能、載荷等的影響。表9，圖13

3討論

3.1保溫被產(chǎn)品的界定比較含糊[19]。采用新疆 地方標準DB65/T3640－2014日光溫室保溫被， 兼顧新疆日光溫室具體應用實際，熱箱的溫度借 鑒設施農(nóng)業(yè)日光溫室的常規(guī)現(xiàn)狀，冷箱的溫度就 模擬新疆冬天日光溫室室外溫度數(shù)據(jù)，確定保溫 被傳熱系數(shù)的測試控制參數(shù)。與馬承偉等[2日 光溫室保溫被材料及保溫性能評價，分析的保溫 材料不同。姜魯艷等[21]日光溫室保溫被同層材 料的性能對比分析及選型，測試和分析的方法不 同。覆蓋材料測試臺按照國家行業(yè)標準設定測試 參數(shù)[22和《NY/T1831-2009 溫室覆蓋材料保溫 性能測定方法》[23]。中間材料為珍珠棉、外層材 料是無紡布的保溫被，傳熱阻在1左右，保溫性能 較好，同時保溫被較輕；中間材料為布頭棉、外層 材料是無紡布的保溫被，傳熱阻在0.9（ ?? C） / W 左右，重量較重。保溫性能可以；中間 材料為保溫棉、外層材料是防水材料的保溫被，傳 熱阻在1.15 左右，兼顧經(jīng)濟性和適 用性，選擇防水材料 + 無紡布 + 保溫棉即可。保 溫性能較好；中間材料為夾心棉、外層材料是珍珠 棉的保溫被，傳熱阻在0.9 左右，選 用鍍鋁編織布外層材料，成本增加，保溫性能增加 顯著；中間材料為兩層棉絮、外層材料是無紡布的 保溫被，傳熱阻在0.9 左右，采用 PE 膜外層材料，成本增加很少，保溫性能增加顯 著，適用；中間材料為三層棉絮、外層材料是無紡 布的保溫被，傳熱阻在1.5＼～2.3 左 右，增加1層銀迷彩布外層材料，保溫性大幅增 加，成本增加不多；中間材料為夾心棉、外層材料 是無紡布的保溫被，傳熱阻在 0 . 9 ～ 1 . 8 （ ·C） / W 左右，增加銀迷彩布外層材料，傳熱系 數(shù)顯著減小，成本增加不多，保溫性能大幅增加， 適用；中間材料為毛網(wǎng)卷、外層材料是無紡布的保 溫被時，傳熱阻在 （ 左右， 用增加1層銀迷彩布外層材料的保溫被，成本增 加不多，保溫性能顯著增加。

3.2常用的外層材料是無紡布、珍珠棉、迷彩布等防水材料，中間材料是珍珠棉、布頭棉、保溫棉、夾心棉、棉絮不同材料的20多種保溫被，傳熱系數(shù)均在 、傳熱阻均在0.9 以上，保溫性能較好、重量一般，比較實用。選用時，可以兼顧經(jīng)濟性。新疆存在融雪問題，首選外層材料是防水材料的保溫被；優(yōu)選外層材料無紡布，中間材料珍珠棉的保溫被；接著選外層材料是無紡布、中間材料夾心棉的保溫被；中間材料是3層棉絮和毛網(wǎng)卷的保溫被重量太大，載荷大，不適合。保溫被外層材料均是無紡布時，保溫被中間材料，棉絮載荷太大，保溫棉和毛網(wǎng)卷保溫性好，優(yōu)選。

4結論

常用的8種30個內(nèi)、中間、外層材料保溫被， 壓重厚度、重量、傳熱系數(shù)和傳熱阻測試和分析得 到：首選外層材料是防水材料、中間材料為保溫棉 的保溫被；優(yōu)選外層材料無紡布，中間材料珍珠棉 的保溫被；接著選外層材料是無紡布、中間材料夾 心棉的保溫被。當保溫被外層材料均是無紡布 時，保溫被中間材料選保溫棉和毛網(wǎng)卷，保溫性能 好，載荷較小，且防風性能好。選用保溫被需要兼 顧保溫、載荷、防風性能和成本多個因素。

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Experimental analysisofthermal insulation material of solar greenhouses in Xinjiang

MA Yuehong1，LI Baoming2，WANG Pingzhi2

（1. Institute of Agricultural Mechanization， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091， China; 2. College of Water Resources and Civil Engineering， China Agricultural University， Beijing 100083， China）

Abstract：【Objective】This project aims to clarify the basis for selecting the heat -retaining quilt material and choosing the heat-retainingquilt ofevery layer material suitable for thecost performanceand safety of the greenhouse.The finding from research has provided a reasonable basis and reference for the design，selection，operation and maintenance of heat -retaining materials for the greenhouse.【Methods】 The heat -retaining characteristics of the heat-retaining quilt were indicatedby heat transfer coefcient，which was measured byusing a static hot box test method.Under the status ofone-dimensional stable heat transfer，the air temperature differences on both sides of the cover material specimen and the heat flow rate through the part were measured，and then the heat transfer coeficient and heat transfer resistance of the cover material and other parameters related to heat-retaining performance were calculated by the heat flow rate.【Results】The more heat -retaining material in front of the greenhouse，the more heat transfer resistance，the smaller the heat transfer coefficient，and the bettr heat -retaining performance.Generally speaking，the heat transfer resistance was between 0 . 8 to 2 . 7 . When selecting heat -retaining quilts，the main considerations were heat transfer resistance.The preferred outer material was waterproof material，the intermediate layer material was insulation coton insulation quilt.Preferred outer material was non -woven fabric，intermediate layer material was pearl coton，sandwich cotton insulation quilt. When the outer layer of insulation material was non-woven，the intermediate layer material in the quilt was to choose insulation coton and wool mesh.【Conclusion】 The outerlayer material is waterproof material，，the intermediate material is thermal insulationcotton insulation is suitable for Xinjiang solar greenhouse because of the good cost performance and safety.

Key words：sunlight greenhouse；insulation material；heat transfer coefficient