山东寿光代表性保温被保温性能测试分析

刘晨霞 马承伟 张锡玉

摘要：为了解市场上常用的日光温室保温被的保温性能，收集了山东寿光地区有代表性的保温被，对保温被的厚度、质量、传热系数等指标进行测试，并针对保温被的生产标准化及防水等问题进行了讨论。测试结果显示：山东地区代表性保温被的厚度为2.0—3.5 cm，单位面积质量为1.2—4.5 kg/m2，传热系数为0. 55-1. 27 W/（m2.℃），所测试的保温被的保温性能优于草苫;相同厚度情况下，以珍珠棉及珍珠棉与棉毡混合材料作为保温芯材的保温被，其保温性能优于与棉毡保温被，且重量较轻;相同厚度的保温被，其表观密度越小时，保温性能越好;相同材料保温被的厚度越大，其质量越大，保温性能越好。目前山东保温被的保温性能已较好，但其生产仍未标准化、防水的问题也仍需进一步研究。

关键词：日光温室;保温被;保温性;传热系数;测试

中图分类号：S625.3

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2019） 24-0232-04

1 引言

在我国北方地区日光温室种，前屋面热量损失占整个温室热损失的60%以上[1，2]，是温室热量损失的主要部分，因此，最大限度地减少前屋面的热量损失，是室内维持一定夜间气温的必要措施。温室前屋面覆盖具有一定厚度的保温材料可以有效地减少前屋面的热量散失，达到节能效果。因此，在冬季，我国北方地区日光温室前屋面夜间均覆盖保温性能良好的保温材料，以维持温室内作物的正常生长。

草苫子是一种传统的日光温室保温覆盖，其传热系数小，保温性能优[3-5]，但也存在太笨重，不防水，被雨雪浸湿，使得本身的重量加重、保温性能不稳定等缺点。近年来，随着土地耕作方面机械化作业水平不断提高、秸秆还田力度也不断加大，可用于保温覆盖加工的材料供应越来越少，因此，草苫的成本越来越高。而不断增长的园艺设施面积，使得对保温覆盖材料的需求量不断增多，因此，保温性能优良、且具有防水功能保温被的研发迫在眉睫。自20世纪80年代，一些研究者不断地尝试用不同材料开发保温被，并制作出多种不同材料组成及不同结构的保温被[6-12]。与此同时，全国各地保温被加工厂层出不穷。蔬菜之乡——山东寿光地区就成立了几十家保温被加工厂，这些保温被加工厂生产的保温被，多以再生棉、珍珠棉及喷胶棉等为材料，防水材料多为镀铝珍珠棉。但是由于行业内没有一定保温被制作标准，全凭经验，保温被的厚度及保温性等性能也不尽相同。

保温被的传热系数（K）可直接反映保温被热量传递能力，是评价保温性能优劣的指标，同时也是热环境和环境调控设计中的重要参数口]。其表达式见式（1）。

式（1）中：φ为单位时间通过覆盖材料的热流量，W;A为覆盖材料传热面积，m2;△t为覆盖材料两侧的空气温度差，℃。

从理论上考虑，保温被传热系数的确定有两种方式：①现场测试[13，14];②使用专门的测试设备[15 -17]，在实验室测试18.19]。但从实际操作上来讲，由于现场测试各气候条件不能达到稳定性，因此，现场测试得到的结果不能对材料的性能进行准确评价，而实验室保温被传热系数测试，可以在较准确控制气候条件下，传热达到稳定，测试的并保温被的传热系数才能较准确。

针对山东寿光地区生产的保温被保温性能的研究，本文在寿光市10余家生产厂收集样品，基本代表了寿光市保温被生产厂家的加工水平。通过对收集的保温被的物理性质及指标，分析保温被的保温性能，进一步总结规律，以期为保温被的开发提供指导。

2 材料与方法

2.1保温被材料组成

在山东寿光地区收集的保温被样品共12件，其材料组成如表1+所示。

从表1中12件保温被的结构组成可以看出，保温芯材主要为针刺棉毡，珍珠棉、棉毡与珍珠棉组合。针刺棉毡是采用回收的废旧碎线（布）等材料，处理后，经针刺、粘压制成的，其成本低，透气性好，保温性能好，但该类保温被不具有防水性;珍珠棉（聚乙烯发泡棉，又称EPE珍珠棉）它由低密度聚乙烯脂通过加化学发泡剂产生独立气泡构成，是非交联闭孑L结构，具有隔水、防潮、保温等优点。由保温被的组成可知：1号、3号和12号保温被具有防水性能，其中1号保温被由于保温芯材——珍珠棉具有隔水功能，为内防水;3号保温被和12号保温被分别因外侧覆镀铝珍珠棉、淋膜无纺布（无纺布上淋有黑色聚乙烯膜），为外防水性。

2.2 测试方法

2.2.1 厚度测试

目前关于保温被厚度方面的测量，还未有统一的、标准的方法，由于材料处于不同的条件下，其厚度不同，尤其在保温被正常使用情况下与不加重平放状态下，有较大的不同。因此，对于同一保温被，其状态不同及天气条件等均影响保温被厚度的测试结果。因此，本研究借鉴了2010北京市农业局发布实施的《DGII/T13 -2010农业机械推广鉴定大纲：保温被》的测试方法，将保温被放在平板上，并将底平面为150 mm×150 mm、质量为（5±0.1） kg的方箱放置于保温被上，测量压实后保温被的厚度，取4次测试值的平均值作为厚度值。由于该测试方法中，保温被被施加了较大的压力，因此，保温被的厚度具有较稳定的测试值，测试结果具有可重复性。需要明确的是，该测试方法测得的保温被厚度，并非在实际工作环境中保温被的实际尺寸。

2.2.2 保溫被质量的测试

由于保温被具有一定的规格，为了使其能够满足保温被测试台测试要求，对其进行一定的剪裁，用（150±0. 01） kg电子称称质量，计算其单位面积质量。

2.2.3 传热系数的测试

保温被传热系数的测试方法依据《NY/T1831 -2009温室覆盖材料保温性测定方法》农业行业标准[14]，采用农业部设施农业工程重点实验室研制的温室覆盖材料保温性能测试台，进行测试。该测试台采用静态热箱法原理，测定试件的传热系数，并计算传热阻与热节省率，根据这些热工参数，可以对所测试件进行保温性能的评价。测试台使用等相关说明见参考文献[17-18]，各保温被试件测试时下衬国产的0.1 mm PE膜，模拟保温被使用过程中温室薄膜覆盖。

3 结果与分析

本研究对收集山东地区的12件保温被采用2.2节中的测试方法，分别对保温被试件的厚度、重量、传热系数进行测试，其结果见表2。

由表2可知，测试保温被的厚度一般为2.0×l0_2～3.5×10-z m;保温被单位面积质量范围为：1.3～4.5kg/m2;保温被的传热系数范围为0. 55～1.27 W/（ m2.℃），与草苫的传热系数o.70～1.90 W/（ m2.℃）[5，16]相比，保温被的保温性能优于一般草苫。由此可见，所收集的山东具有代表性的保温被的保温性较好。

由于不同地理位置、不同时期，各地区夜间最低温度差异较大。在我国冬季北方地区，由于室外的气温较低，温室前屋面覆盖保温被，才能在温室不加温的情况下，保证作物不被冻死;当保温被的保温性能较好时，也能满足喜温蔬菜越冬生产。日光温室能够进行喜温蔬菜的越冬生产，对应不同的夜间最低气温，保温覆盖的传热系数的要求见表3[19]。

表3显示2号、7号保温被是12个试件中厚度最大，保温性能最好的，其传热系数约为0. 55 W/（m2.℃），能够在室外夜间最低温度为-20℃地区，满足喜温作物的温室生产;1号、3号、5号、8号、12号保温被相对于2号、7号保温被，其保温性能降低了近1倍，传热系数在1.O W/（m2.℃）左右，可用于室外最低溫度为-15℃地区的温室喜温作物生产;4号、6号、9号、10号、11号保温被的传热系数约1.2 W/（m2.℃），其保温性能是此次收集保温被中相对较差的，能够在室外最低温度为-10℃地区使喜温作物在温室中正常越冬生产。

本研究所收集的12件保温被中，1号和9号保温被，3号、4号和11号保温被，5号和12号保温被具有相同的厚度，通过其表观密度和传热系数可看出（表2），当厚度相同时，表观密度越小，保温被的传热系数越小，其保温性能越好。

1号保温被和9号保温被的厚度虽然相同，均为2.O cm（表2），但由于1号保温被的保温芯材为4层4 mm珍珠棉，9号保温被为针刺棉毡（表1），二者单位面积质量相差较大，1号保温被约为9号保温被的二分之一，同时1号保温被的保温性能比9号保温被提高近20%，说明在厚度相同的情况下，质量较小的（即蓬松程度较大的）材料制作的保温被的保温性能较好。类似情况可以从2号与7号保温被保温性能对比结果看出，2号保温被的保温芯材为棉毡和4层4 mm厚珍珠棉，7号保温被的保温芯材为棉毡，二者的厚度相同，均为3.5 cm，2号保温被的质量（2. 88 kg/m2）远小于7号保温被（4. 41 kg/m2），但二者的传热系数相近。

综合以上分析可得：1）以珍珠棉为芯材的保温被与相同厚度的棉毡作为芯材的保温被相比，其单位面积的质量较小，保温性能较好;2）保温被用材料用量（单位面积质量）及材料的蓬松程度对保温被性能的影响：对于同种材料的保温被，保温材料的蓬松度一定.单位面积质量越大的保温被，其保温性也就越好;当保温被芯材厚度相同时，由于较蓬松材料含有更多静止空气小隔层，因此，蓬松材料的保温性能一般情况下要优于密实度较大的材料。

4 结论及建议

由收集的山东典型保温被的结构组成可知，目前的保温被做外防水的较少，保温芯材主要为发泡聚乙烯、棉毡。以本文采用厚度、质量、传热系数的测试方法下，对收集的保温被进行测试，并得到以下结论：

（1）山东寿光地区的保温被厚度为0.02～0.035m，质量为1.3～4.5 kg/m2;传热系数为0. 55～1. 27W/（m2.℃）。与相同厚度的草苫相比，山东地区的保温被的保温性能较优;

（2）以珍珠棉作为芯材的保温被与相同厚度的棉毡芯材保温被相比，其单位面积的质量小，保温性能好;

（3）厚度相同的保温被，表观密度较小时（即蓬松度大），其保温性能较好;

针对保温被生产现状，对保温被的生产、研究进行以下讨论并提出意见：

（1）对于保温芯材相同的保温被，其保温性能随着厚度的增大而增强，但是保温被太厚，不仅成本增高，且对于温室的骨架的安全性也会有影响;如果保温被的厚度太小，其保温性能就较差，有可能达不到保温的预期效果。随着科技不断发展，生产节奏的加快，温室生产企业或农民需要的保温措施也将更科学。对于保温被的应用而言，不再是盲目性追随，而是合理覆盖一定厚度的保温被。这就要求保温被生产企业能够给出产品材料、厚度等参数及与其对应的保温性能。如此，就需要有一定的标准，规范保温被厚度、长度等指标的测量，以使参数的测量值具有可重复性，从而使保温被的生产、研发及应用更合理化、规范化;

（2）保温被在应用过程中，有可能遇到阴雨、雪天，这就需要保温被要有外防水。而外防水层如果是缝合的方式，雨水有可能透过缝隙进入保温芯材，这不仅造成保温被质量的加重，影响温室的骨架的安全性及卷帘设备的正常运行，而且降低了保温被的保温效果，最终有可能影响温室的正常生产。因此，怎样解决保温被使用中的防水问题，仍值得研究探索。

（3）如果保温被的相关标准不能尽快的出台，各地区可由政府部门或科研机构牵头，建立保温被生产行业协会。协会可通过制定一些规章制度，来规范保温被生产、制作及销售价格，防止恶性竞争。

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收稿日期：2019-10-24

作者简介：刘晨霞（1983-），女，工程师，博士，研究方向为设施园艺工程研究。