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日光温室保温被材料及保温性能评价

作者:陕西温室大棚 发布日期: 2018-12-09 二维码分享

日光温室保温被材料及保温性能评价:

中国日光温室具有优良的保温节能特性,其中在前屋面采用的外保温覆盖起了非常重要的作用。日光温室外保温覆盖通常是采用夜间展开保温、白天卷起、不影响温室透光的活动式覆盖方式,因此日光温室屋面外保温覆盖基本采用不透光、厚而蓬松、保温性能优良的材料制作。

中国日光温室的传统外保温覆盖,多使用稻草秸秆编制而成的草苫(草帘),以及蒲草、芦苇和其他山草等编制的席帘状材料。草苫利用农业废弃物资源,价格较为便宜,也有较好的保温性,但较为笨重,卷放作业劳动强度大,使用中易污染、损坏薄膜,防水性差,遇雨雪容易浸水、腐烂,使保温性显著降低,使用寿命缩短,一般仅能使用3年左右。

20世纪90年代,随着日光温室的快速发展,保温被作为替代草苫、蒲席的日光温室专用外保温覆盖材料,开始开发并逐渐普及。

保温被保温主芯材的种类

保温被产品通常为多层复合构造,主要包括保温主芯材、防水层、面层等,其中主芯材多为保温性良好的纤维或多孔性蓬松材料。目前市场上销售的保温被,其主芯材主要有以下几种。

无纺布

无纺布即非织造材料,又称不织布。包括针刺、水刺、热压、纺粘、化学粘合等工艺制成的产品。目前在设施园艺工程中使用的非织造材料主要有两大类。一类是使用热压或化学粘合制造的无纺布,这类材料主要是采用聚丙烯纤维、聚酯纤维、粘胶纤维等短纤维或者长丝,进行定向或随机排列,形成纤网结构,然后采用热粘或化学等方法加固而成。另一类是使用各种纤维材料采用针刺工艺制作的针刺毡,这类材料在日光温室保温被中采用较多,可用作保温芯材或面层。

再生纤维针刺毡

再生纤维针刺毡同为非织造材料。采用回收的废旧棉、毛、人造纤维制品或工业下脚料、纺织企业的布头和纱线头,利用开松机,将其破碎松解,生产出绒状的再生纤维,再通过针刺机进行加工生产出的毡状物。这些废弃物原料的利用,不仅有利于环保、节省资源,同时其保温性良好、成本也很低廉,因此,在保温被中应用a多。

再生纤维针刺毡通常用作保温被的保温主芯材,也有一些针刺毡采用纤维强度较高且耐水、耐久性较好的原料,通过适当提高针刺密度等工艺制成,具有较为密实、抗拉强度较高和耐久性较好的特性,可兼用作保温被的面料。

聚乙烯微孔泡沫塑料

聚乙烯(PE)微孔泡沫塑料是以聚乙烯树脂为主体,加化学发泡剂、交联剂和其他助剂制成。其化学性能稳定,不易受腐蚀,密度小(26~50kg/m3)。闭孔的聚乙烯泡沫塑料吸水性小,根据发泡倍率不同,导热系数一般为0。04~0。095W/(m·K)。用作保温芯材,具有良好的保温性与自防水性能。

用作保温被PE闭孔发泡材料的厚度为10~15mm的单层整体材料,由于自身强度较低,在制成保温被时,必须在上、下表面粘贴抗拉强度与耐久性较好的材料,例如涤纶布等作为面层。


橡塑保温材料

橡塑保温材料是采用丁腈橡胶与聚氯乙烯(NBR/PVC)为主体材料,经复杂工艺发泡而成的软质保温节能材料。在工业与民用方面多用于各类冷热介质管道、容器的保温,近年也有些保温被将橡塑保温材料用作主保温芯材。

橡塑保温材料为黑色海绵状,密度较小(40~60kg/m3)。因其为密闭式发泡结构,导热系数小(一般为0.035W/(m·K)左右),具有良好的保温绝热性能,且密闭式发泡结构及致密的表皮使水汽不易透过,吸水率低。橡塑保温材料富有柔软性,用作保温被材料,卷放容易。此外,橡塑保温材料防火阻燃性好,适用温度范围广(–40~120℃),耐候性良好,耐酸抗碱,有防止霉菌生长的特性,但其价格较高一些。

聚乙烯发泡棉(EPE珍珠棉)

聚乙烯发泡棉是由低密度聚乙烯脂经物理发泡产生无数的独立气泡构成。化学性能稳定,密度小(约30kg/m3),吸水性小;不同发泡倍率珍珠棉的导热系数一般为0.04~0.095W/(m·K)。因此,聚乙烯发泡棉具有良好的保温性与自防水性能。

聚乙烯发泡棉材料通常为厚度1~5mm的片状,可以与其他保温材料组合,也可数片叠放一起,构成保温被的保温芯材。与其他保温材料组合使用时,通常放在保温被芯材的上、下部位,可兼具保温与防水、隔气的作用。

喷胶棉(太空棉)或无胶棉

喷胶棉是由天然棉纤维、人造纤维或合成纤维经拉松、梳理、喷胶、焙烘、固化而成。喷胶棉结构形成的方法是将黏合剂喷洒在蓬松纤维中,再经过烘燥、固化,使纤维间的交接点被粘接,形成蓬松的三维网状结构。

无胶棉又称为热熔絮棉,是采用低熔点纤维,通过在热熔态交接点处的粘连,同样形成类似喷胶棉的蓬松三维网状结构。

喷胶棉与无胶棉具有多孔性、高压缩回弹性和高蓬松性,质轻、保温性良好,适于用作保温芯材。同时由于其透气性高、抗拉强度与抗变形能力低,因此用作保温被材料时,表面必须结合具有较高抗拉强度与一定隔气作用的面层。

北京赛车pk10计划 保温被面层材料

作为保温被的面层材料,需具有较高抗拉强度、一定的隔气和防水性能,以及良好的耐久性。前述无纺布(包括再生纤维针刺毡等非织造材料),除用作保温芯材以外,其抗拉强度和耐久性较好者,也较多用作保温被的面层材料。此外,还有各种材料的牛津布、编织帘材料、PE薄膜以及淋膜面层等,被用作保温被面层材料。


牛津布多用涤纶丝编织,具有较高抗拉强度与耐久性。

编织帘材料一般为通过抗老化处理的聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)等各种塑料,经热熔挤出、拉伸成扁丝,再经织造、编制而成。

牛津布与编织帘均有一定透气性与透水性,因此为了使面层具有隔气、防水作用,需采用涂覆或粘接等工艺,形成隔气、防水层。例如涂覆丙烯酸油,或采用热熔工艺粘贴PE膜等方法。

生产中也多采用流延工艺,形成与面层材料紧密结合的淋膜层的方法。这种淋膜工艺也可直接用于一些保温芯材表面,例如针刺毡或无纺布表面,使保温主材与隔气防水面层结合为一体。

北京赛车pk10计划 在保温被表面使用含铝的塑料薄膜,包括铝箔膜、镀铝膜或银灰色膜(掺入了铝粉)等,除具有防雨、隔气的作用以外,由于这些膜表面对红外辐射具有较高的反射率和较低的吸收率(发射率),因此,具有显著地阻止表面与环境热辐射交换的作用,用在保温被表面,可增加其保温性。

保温被的保温性能

保温性能评价

日光温室屋面外保温覆盖材料必须具有良好的保温性、防水性、机械强度以及耐久性。其中a基本和a重要的是保温性,主要评价指标是传热系数,是指在热稳定的状态下,覆盖材料两侧空气每1K(或1℃)的温差所引起的通过覆盖材料单位面积的热流量,其单位为W/(m2·K)或W/(m2·℃)。

根据NY/T1831-2009《温室覆盖材料保温性测定方法》,中国农业大学农业农村部设施农业工程重点实验室利用温室覆盖材料传热性能测试台,对多种日光温室保温被的保温性(传热系数)进行了测定,结果如表1所示。

由表1可见,目前生产使用的保温被,其中保温性较好者,传热系数多在1.2W/(m2·℃)以下,保温性优于传统的草苫(草帘)。

保温被保温性能的影响因素

保温被保温性的优劣,主要取决于保温芯材自身材料的保温绝热性以及材料的用量。材料相同的情况下,保温被厚度越大、单位面积重量越大(一定程度上表明保温材料用量大),其保温性越好。

材料的保温绝热性,对于以导热形式传热的材料,用导热系数来评价,是指在稳定传热条件下,1m厚度材料的两侧表面每1K(或1℃)的温差所引起的通过覆盖材料单位面积的热流量,其单位为W/(m·K)或W/(m·℃)。

对于日光温室保温被,采用的多数材料为多孔隙疏松材料,材料中包含很多空气,其中的传热形式不仅有导热,还有空气的对流以及孔隙表面间的辐射传热。实际传热过程很复杂,通常简化为等效的导热过程。其保温绝热性,仍用导热系数来评价,而称为表观导热系数(或等效导热系数、当量导热系数)。表观导热系数越小的材料,其保温绝热性越好。几种保温被保温材料的表观导热系数如表2所示。

喷胶棉、无胶棉以及聚乙烯闭孔泡沫塑料、珍珠棉等材料,均是优良的保温材料。其重量较轻,有利于降低卷被的负荷,但另一方面,却易于被大风掀动,造成冷风灌入,降低了其保温性。所以需要保温被分块搭接牢固,在使用中覆盖时采用压被线压牢。

再生纤维针刺毡的绝热性略低于上述材料,但由于其价格低廉,如采用较多的材料、较厚的厚度,也可达到较好的保温性。在山东地区使用的这类保温被,已有厚度达到4cm以上、传热系数低于0。5W/(m2·℃)的保温性极好的产品出现。

保温被表面使用对红外辐射具有较高的反射率的铝箔膜、镀铝膜或混铝膜(银灰色膜)等材料作为面层时,可以提高其保温性。与红外辐射较低反射表面的保温被相比,采用铝箔膜或镀铝膜一类较高反射率表面的保温被传热系数将降低2%~8%,高反射率上表面时传热系数降低幅度高于高反射率下表面时,两面都采用高反射率表面时传热系数降低幅度a大。

需要说明的是,表1中所列各种外保温覆盖材料的传热系数是在实验室中,对外保温覆盖材料的新制成品,在理想的工作条件下测得的数据。在实际的工作情况下,由于雨、雪、风等影响,并考虑草苫或保温被安装搭接处的漏风,以及产品发生老化和破损等各方面因素,实际使用中的外保温覆盖材料的传热系数,将比表中所列数值要增大50%~aaaa。

雨、雪和冷凝水浸湿保温被将大大降低其保温性。为了防止水分进入保温被芯材中,较多保温被设置有各类防水作用的面层。防水层需要保持整个表面完好、严密,防止水分从破损处进入,同时,保温被缝合线的针孔处,水分易于进入,也应进行适当的处理。保温被的防水、隔气是个较难于处理完善的问题,一些具有防水、隔气面层的保温被,一旦水分进入保温芯材中,就很难排出。如保温被中水分过多,将会大大降低其保温性;同时,遇寒冷天气,保温被中水分冻硬结冰,会使其卷放困难,也难与屋面贴合严密,其保温性会进一步降低。因此,目前在一些冬季干燥少雨雪的地区,一些保温被采取不设置防水隔气层的办法,保温被内外具有一定的透气性。这样即使有少量水分进入其内部,也容易排出。这种方法可在干燥少雨雪的地区采用。

在防水性能方面,具有自防水作用的聚乙烯泡沫塑料以及橡塑保温材料等保温被具有显著优势。

保温被产品一般为1.5~6m宽度,通过分块搭接,连接为覆盖屋面的整体覆盖面。其搭接接缝处,如处理不当,将会在接缝处产生严重的冷风灌入,将显著削弱其保温性。目前一般搭接方法有扣眼-系绳连接、尼龙粘扣连接与胶带粘接等方法,其中尼龙粘扣连接与胶带粘接的接缝相对较为严密,但胶带粘接对保温被表面有平整度等方面要求,对于纤维一类表面粗糙的保温被不能适用。

作者:马承伟,王平智,赵淑梅,程杰宇(中国农业大学水利与土木工程学院,农业农村部设施农业工程重点实验室)



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