日光溫室草簾復合保溫被的研制

夜間溫度的調節是秋季栽培中的重要步驟。目前,對冬季不加熱溫室,夜溫調控主要依賴草簾覆蓋措施。從實際應用看,草簾作為保溫覆蓋材料,存在有保溫性能不穩定、材料笨重、降低透光率等缺陷。在很大程度上限制了日光溫室生產效率的提高。研制開發一種具有輕便、耐用、防水、保溫綜合特性的新型保溫材料替代草簾,對設施農業綜合效益的提高具有積極作用。1溫室覆蓋試驗試驗于2000年春季進行。為對比觀測不同材料隔熱特性,建制同規格塑料薄膜拱型溫室兩個。溫室南北向設置,長6.8m,寬1.9m,高1.0m。試驗設四個處理,分別為:1)溫室夜間覆蓋草簾;溫室不覆蓋。2)溫室覆蓋PE氣墊膜;溫室覆蓋草簾。3)溫室覆蓋PAV長波反射膜;溫室覆蓋草簾。4)溫室覆蓋復合保溫被;溫室覆蓋草簾。采用溫度自記觀測記錄不同處理晝夜溫度變化。2夜間失熱量q的演化日光溫室白天接受太陽輻射,吸收儲蓄熱能,溫度升高。夜間,作為熱源向外釋放熱量,溫度降低。其放熱過程可表示為:Q=L+S+R(1)式中Q為溫室總失熱量。L為溫室以長波輻射方式釋放的熱量,稱輻射失熱量。S為溫室以熱傳導方式釋放的熱量,稱傳導失熱量。R為溫室內外因空氣對流而損失的熱量,稱對流失熱量。其中L、S表達式分別為:L=σT×T×T×T(2)S=λ(T內-T外)/H(3)由于冬季夜間日光溫室基本處于密閉保溫狀態,內外空氣對流很少發生,對流失熱量可忽略不計,即R=0。故(1)式演變為:Q=L+λ(T內-T外)/H(4)式中:σ為斯忒藩—玻爾茲曼常數,T為溫室絕對溫度,λ覆蓋材料導熱率,(T內-T外)為室內外溫差,H為覆蓋材料厚度。由(4)式知,溫室夜間失熱量Q主要由輻射失熱量L和傳導失熱量S構成。其中L大小受溫室自身溫度高低影響,S大小除受溫室內外溫差影響外,主要受覆蓋材料的導熱率和覆蓋厚度影響。因此,在溫室保溫材料的選擇上,應對影響輻射失熱量和傳導失熱量諸因素綜合考慮,方能達到理想的保溫效果。3四種原料的組成3.1由草地制成的材料和物理特性草簾通常由稻草等材料編制而成。厚度3cm的草簾,面積干重1165g/m2,吸水后,重量成倍增加,達2765g/m2。3.2不吸水性涂層液PE氣墊膜由兩層透明塑料薄膜中間密封5mm空氣層而成,重106g/m2,不吸水。由于PE氣墊對長波輻射的透射率達90%,長波輻射熱極易穿透PE膜失散,因而對輻射失熱的保護能力非常有限,其保溫能力主要通過隔絕傳導失熱發揮作用。3.3輻射特性及防護PVA反射膜為兩層塑料薄膜中間熱敷一層反射涂層,該涂層具有反射地面長波輻射的特性。總厚度0.06mm,重43g/m2,不吸水。PVA反射膜厚度僅為0.06mm,中間反射涂層又為熱的良導體,其對傳導失熱基本沒有防護能力。主要依靠隔絕輻射失熱發揮保溫作用。3.4雙抗cf及其涂層復合式保溫被由PVA反射膜與PE氣墊膜組合而成。為保護PE氣墊膜的氣密性及PVA反射涂層,制作時在其上下表面各粘敷一層無紡布作保護層,外保護層由黑色材料制成,利用黑體效應提升表層溫度,使其具有快速融化表面積雪的功能。復合式保溫被成品厚度10mm,重210g/m2,不吸水,有效保溫壽命可達6年以上。4四種涂層材料的抗泡沫性能4.1草傘覆蓋對夜溫增溫的影響為定量了解草簾保溫效果,以不覆蓋溫室為對照,對草簾在不同天氣類型條件下保溫效果進行對比觀測。在陰天條件下,無覆蓋的對照溫室夜溫降幅為9.0℃,草簾覆蓋處理夜溫降幅為4.6℃,草簾覆蓋提高室溫4.6℃。在晴天條件下,對照夜溫降幅17.3℃,覆蓋處理夜溫降幅11.2℃,草簾覆蓋增溫6.1℃。草簾覆蓋的增溫幅度晴天大于陰天,這與不同天氣條件下溫室內外的溫差有關。陰天夜間室外氣溫較高,室內外溫差較小,傳導失熱量S對溫室總失熱量Q的影響減小,草簾的增溫能力隨之降低。晴天夜間,室外氣溫較低,(T內-T外)較大,傳導失熱量S對Q的貢獻增大,表現為草簾的增溫能力較陰天時增強。4.2空氣層覆蓋抗菌性能與草墻保溫性能的關系由(3)式知,溫室傳導失熱量S與覆蓋保溫材料的導熱率λ和覆蓋材料厚度H密切相關。通過增加覆蓋材料厚度H和選擇導熱率λ較小的絕熱材料均可達到降低傳導失熱量S的目的.由于覆蓋厚度的增加必然引起溫室負荷、揭蓋勞動強度及制作成本等因素相應增加,選用導熱率較小的材料用于溫室覆蓋保溫是一種可行的方法。干燥空氣的導熱率λ=0.024W/(m·℃),僅為干燥秸稈導熱率的1/2(λ干草=0.047W/(m.℃)。制作一種中間密封一定厚度空氣層的PE氣墊膜,作為覆蓋保溫材料,并與草簾進行保溫性能對比試驗。觀測知,在晴天條件下,PE氣墊膜處理夜間降溫13.3℃,草簾覆蓋處理降溫10.3℃,降溫幅度氣墊較草簾大3.0℃。在陰天條件下,氣墊覆蓋夜溫降幅7.1℃,草簾覆蓋夜溫降幅6.4℃,夜溫降幅氣墊較草簾大0.7℃。試驗結果表明,在晴天和陰天條件下,PE氣墊膜的覆蓋保溫能力均不如草簾。這與所用氣墊的厚度偏小有關。在氣墊膜與草簾對輻射失熱量L影響相同的條件下,要使氣墊達到30mm厚度草簾相同的保溫能力,即S氣=S草,則有:λ氣(T內-T外)/H氣=λ草(T內-T外)/H草即H氣=λ氣.H草/λ草(5)由(5)式知,H草=30mm,則H氣=0.047×30/0.024=13mm。表明當PE氣墊膜的厚度增至13mm時,可達到與30mm草簾相當的保溫能力。4.3不同植物可以提高pva的保溫能力5月10日～12日對PVA反射膜的保溫性能與草簾進行對比觀測。表2為PAV反射膜處理與草簾覆蓋處理的溫度變化情況。試驗表明:在晴天條件下,PVA反射膜覆蓋的溫度比草簾覆蓋的溫度平均高出0.2℃,最大時高出草簾0.8℃,表明PVA反射膜具有與草簾相當的保溫能力。在陰天條件下,PVA覆蓋下的溫度比草簾覆蓋下的溫度平均低出1.0℃,最大時偏低2.0℃,說明PVA在陰天條件下的保溫能力不及草簾。PVA所具有的上述保溫特性,使其可在以輻射型降溫為主的區域作為保溫材料單獨使用。4.4夜溫穩定性變化把PVA膜與PE膜組合在一起,制成對傳導失熱S和輻射失熱L均有隔絕能力的復合式保溫被,以提高覆蓋材料的綜合保溫能力。4月12日～21日,對復合式保溫被處理和草簾處理的保溫能力進行對比觀測。兩處理的夜溫變化符合下列關系式:T1=7.89+0.89T0R=0.990**(6)(n=50)T2=8.88+0.77T0R=0.996**(7)(n=50)T1草簾覆蓋處理的溫度,T2復合式保溫被處理的溫度,T0不覆蓋處理的溫度。式中常數項表示對照溫度T=0時,保溫被處理和草簾處理的室溫,可理解為不同處理的基礎增溫量。一次項系數表示對照溫度T0每降低1度,不同處理室溫的降幅,稱之為失熱系數。可以看出,基礎增溫量a被>a草,失熱系數b草>b被,表明在相同的失熱條件下,草簾覆蓋處理的失熱量大于復合保溫被覆蓋處理的失熱量。5復合式保溫能力5.1草簾覆蓋主要以隔絕傳失熱方式保溫。保溫能力晴天大于陰天。5.2PE氣墊膜主要以隔絕傳導失熱方式保溫。13mm氣墊膜具有30mm草簾的保溫能力。5.3晴天條件下0.06mm厚度的PVA反射膜相當于30mm草簾的保溫能力;重43g/m2