日光溫室保溫被材料及保溫性能評(píng)價(jià)：

中國(guó)日光溫室具有優(yōu)良的保溫節(jié)能特性，其中在前屋面采用的外保溫覆蓋起了非常重要的作用。日光溫室外保溫覆蓋通常是采用夜間展開(kāi)保溫、白天卷起、不影響溫室透光的活動(dòng)式覆蓋方式，因此日光溫室屋面外保溫覆蓋基本采用不透光、厚而蓬松、保溫性能優(yōu)良的材料制作。

中國(guó)日光溫室的傳統(tǒng)外保溫覆蓋，多使用稻草秸稈編制而成的草苫（草簾），以及蒲草、蘆葦和其他山草等編制的席簾狀材料。草苫利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源，價(jià)格較為便宜，也有較好的保溫性，但較為笨重，卷放作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，使用中易污染、損壞薄膜，防水性差，遇雨雪容易浸水、腐爛，使保溫性顯著降低，使用壽命縮短，一般僅能使用3年左右。

20世紀(jì)90年代，隨著日光溫室的快速發(fā)展，保溫被作為替代草苫、蒲席的日光溫室專用外保溫覆蓋材料，開(kāi)始開(kāi)發(fā)并逐漸普及。

保溫被保溫主芯材的種類

保溫被產(chǎn)品通常為多層復(fù)合構(gòu)造，主要包括保溫主芯材、防水層、面層等，其中主芯材多為保溫性良好的纖維或多孔性蓬松材料。目前市場(chǎng)上銷售的保溫被，其主芯材主要有以下幾種。

無(wú)紡布

無(wú)紡布即非織造材料，又稱不織布。包括針刺、水刺、熱壓、紡粘、化學(xué)粘合等工藝制成的產(chǎn)品。目前在設(shè)施園藝工程中使用的非織造材料主要有兩大類。一類是使用熱壓或化學(xué)粘合制造的無(wú)紡布，這類材料主要是采用聚丙烯纖維、聚酯纖維、粘膠纖維等短纖維或者長(zhǎng)絲，進(jìn)行定向或隨機(jī)排列，形成纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)，然后采用熱粘或化學(xué)等方法加固而成。另一類是使用各種纖維材料采用針刺工藝制作的針刺氈，這類材料在日光溫室保溫被中采用較多，可用作保溫芯材或面層。

再生纖維針刺氈

再生纖維針刺氈同為非織造材料。采用回收的廢舊棉、毛、人造纖維制品或工業(yè)下腳料、紡織企業(yè)的布頭和紗線頭，利用開(kāi)松機(jī)，將其破碎松解，生產(chǎn)出絨狀的再生纖維，再通過(guò)針刺機(jī)進(jìn)行加工生產(chǎn)出的氈狀物。這些廢棄物原料的利用，不僅有利于環(huán)保、節(jié)省資源，同時(shí)其保溫性良好、成本也很低廉，因此，在保溫被中應(yīng)用a多。

再生纖維針刺氈通常用作保溫被的保溫主芯材，也有一些針刺氈采用纖維強(qiáng)度較高且耐水、耐久性較好的原料，通過(guò)適當(dāng)提高針刺密度等工藝制成，具有較為密實(shí)、抗拉強(qiáng)度較高和耐久性較好的特性，可兼用作保溫被的面料。

聚乙烯微孔泡沫塑料

聚乙烯（PE）微孔泡沫塑料是以聚乙烯樹(shù)脂為主體，加化學(xué)發(fā)泡劑、交聯(lián)劑和其他助劑制成。其化學(xué)性能穩(wěn)定，不易受腐蝕，密度小（26~50kg/m3）。閉孔的聚乙烯泡沫塑料吸水性小，根據(jù)發(fā)泡倍率不同，導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.04~0.095W/(m·K)。用作保溫芯材，具有良好的保溫性與自防水性能。

用作保溫被PE閉孔發(fā)泡材料的厚度為10~15mm的單層整體材料，由于自身強(qiáng)度較低，在制成保溫被時(shí)，必須在上、下表面粘貼抗拉強(qiáng)度與耐久性較好的材料，例如滌綸布等作為面層。

橡塑保溫材料

橡塑保溫材料是采用丁腈橡膠與聚氯乙烯（NBR/PVC）為主體材料，經(jīng)復(fù)雜工藝發(fā)泡而成的軟質(zhì)保溫節(jié)能材料。在工業(yè)與民用方面多用于各類冷熱介質(zhì)管道、容器的保溫，近年也有些保溫被將橡塑保溫材料用作主保溫芯材。

橡塑保溫材料為黑色海綿狀，密度較小（40~60kg/m3）。因其為密閉式發(fā)泡結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)小（一般為0.035W/(m·K)左右），具有良好的保溫絕熱性能，且密閉式發(fā)泡結(jié)構(gòu)及致密的表皮使水汽不易透過(guò)，吸水率低。橡塑保溫材料富有柔軟性，用作保溫被材料，卷放容易。此外，橡塑保溫材料防火阻燃性好，適用溫度范圍廣（–40~120℃），耐候性良好，耐酸抗堿，有防止霉菌生長(zhǎng)的特性，但其價(jià)格較高一些。

聚乙烯發(fā)泡棉（EPE珍珠棉）

聚乙烯發(fā)泡棉是由低密度聚乙烯脂經(jīng)物理發(fā)泡產(chǎn)生無(wú)數(shù)的獨(dú)立氣泡構(gòu)成。化學(xué)性能穩(wěn)定，密度小（約30kg/m3），吸水性小；不同發(fā)泡倍率珍珠棉的導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.04~0.095W/(m·K)。因此，聚乙烯發(fā)泡棉具有良好的保溫性與自防水性能。

聚乙烯發(fā)泡棉材料通常為厚度1~5mm的片狀，可以與其他保溫材料組合，也可數(shù)片疊放一起，構(gòu)成保溫被的保溫芯材。與其他保溫材料組合使用時(shí)，通常放在保溫被芯材的上、下部位，可兼具保溫與防水、隔氣的作用。

噴膠棉（太空棉）或無(wú)膠棉

噴膠棉是由天然棉纖維、人造纖維或合成纖維經(jīng)拉松、梳理、噴膠、焙烘、固化而成。噴膠棉結(jié)構(gòu)形成的方法是將黏合劑噴灑在蓬松纖維中，再經(jīng)過(guò)烘燥、固化，使纖維間的交接點(diǎn)被粘接，形成蓬松的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

無(wú)膠棉又稱為熱熔絮棉，是采用低熔點(diǎn)纖維，通過(guò)在熱熔態(tài)交接點(diǎn)處的粘連，同樣形成類似噴膠棉的蓬松三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

噴膠棉與無(wú)膠棉具有多孔性、高壓縮回彈性和高蓬松性，質(zhì)輕、保溫性良好，適于用作保溫芯材。同時(shí)由于其透氣性高、抗拉強(qiáng)度與抗變形能力低，因此用作保溫被材料時(shí)，表面必須結(jié)合具有較高抗拉強(qiáng)度與一定隔氣作用的面層。

保溫被面層材料

作為保溫被的面層材料，需具有較高抗拉強(qiáng)度、一定的隔氣和防水性能，以及良好的耐久性。前述無(wú)紡布（包括再生纖維針刺氈等非織造材料），除用作保溫芯材以外，其抗拉強(qiáng)度和耐久性較好者，也較多用作保溫被的面層材料。此外，還有各種材料的牛津布、編織簾材料、PE薄膜以及淋膜面層等，被用作保溫被面層材料。

牛津布多用滌綸絲編織，具有較高抗拉強(qiáng)度與耐久性。

編織簾材料一般為通過(guò)抗老化處理的聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）等各種塑料，經(jīng)熱熔擠出、拉伸成扁絲，再經(jīng)織造、編制而成。

牛津布與編織簾均有一定透氣性與透水性，因此為了使面層具有隔氣、防水作用，需采用涂覆或粘接等工藝，形成隔氣、防水層。例如涂覆丙烯酸油，或采用熱熔工藝粘貼PE膜等方法。

生產(chǎn)中也多采用流延工藝，形成與面層材料緊密結(jié)合的淋膜層的方法。這種淋膜工藝也可直接用于一些保溫芯材表面，例如針刺氈或無(wú)紡布表面，使保溫主材與隔氣防水面層結(jié)合為一體。

在保溫被表面使用含鋁的塑料薄膜，包括鋁箔膜、鍍鋁膜或銀灰色膜（摻入了鋁粉）等，除具有防雨、隔氣的作用以外，由于這些膜表面對(duì)紅外輻射具有較高的反射率和較低的吸收率（發(fā)射率），因此，具有顯著地阻止表面與環(huán)境熱輻射交換的作用，用在保溫被表面，可增加其保溫性。

保溫被的保溫性能

保溫性能評(píng)價(jià)

日光溫室屋面外保溫覆蓋材料必須具有良好的保溫性、防水性、機(jī)械強(qiáng)度以及耐久性。其中a基本和a重要的是保溫性，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是傳熱系數(shù)，是指在熱穩(wěn)定的狀態(tài)下，覆蓋材料兩側(cè)空氣每1K（或1℃）的溫差所引起的通過(guò)覆蓋材料單位面積的熱流量，其單位為W/（m2·K）或W/（m2·℃）。

根據(jù)NY/T1831-2009《溫室覆蓋材料保溫性測(cè)定方法》，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用溫室覆蓋材料傳熱性能測(cè)試臺(tái)，對(duì)多種日光溫室保溫被的保溫性（傳熱系數(shù)）進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表1所示。

由表1可見(jiàn)，目前生產(chǎn)使用的保溫被，其中保溫性較好者，傳熱系數(shù)多在1.2W/（m2·℃）以下，保溫性優(yōu)于傳統(tǒng)的草苫（草簾）。

保溫被保溫性能的影響因素

保溫被保溫性的優(yōu)劣，主要取決于保溫芯材自身材料的保溫絕熱性以及材料的用量。材料相同的情況下，保溫被厚度越大、單位面積重量越大（一定程度上表明保溫材料用量大），其保溫性越好。

材料的保溫絕熱性，對(duì)于以導(dǎo)熱形式傳熱的材料，用導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)，是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚度材料的兩側(cè)表面每1K（或1℃）的溫差所引起的通過(guò)覆蓋材料單位面積的熱流量，其單位為W/（m·K）或W/（m·℃）。

對(duì)于日光溫室保溫被，采用的多數(shù)材料為多孔隙疏松材料，材料中包含很多空氣，其中的傳熱形式不僅有導(dǎo)熱，還有空氣的對(duì)流以及孔隙表面間的輻射傳熱。實(shí)際傳熱過(guò)程很復(fù)雜，通常簡(jiǎn)化為等效的導(dǎo)熱過(guò)程。其保溫絕熱性，仍用導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)，而稱為表觀導(dǎo)熱系數(shù)（或等效導(dǎo)熱系數(shù)、當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)）。表觀導(dǎo)熱系數(shù)越小的材料，其保溫絕熱性越好。幾種保溫被保溫材料的表觀導(dǎo)熱系數(shù)如表2所示。

噴膠棉、無(wú)膠棉以及聚乙烯閉孔泡沫塑料、珍珠棉等材料，均是優(yōu)良的保溫材料。其重量較輕，有利于降低卷被的負(fù)荷，但另一方面，卻易于被大風(fēng)掀動(dòng)，造成冷風(fēng)灌入，降低了其保溫性。所以需要保溫被分塊搭接牢固，在使用中覆蓋時(shí)采用壓被線壓牢。

再生纖維針刺氈的絕熱性略低于上述材料，但由于其價(jià)格低廉，如采用較多的材料、較厚的厚度，也可達(dá)到較好的保溫性。在山東地區(qū)使用的這類保溫被，已有厚度達(dá)到4cm以上、傳熱系數(shù)低于0.5W/（m2·℃）的保溫性極好的產(chǎn)品出現(xiàn)。

保溫被表面使用對(duì)紅外輻射具有較高的反射率的鋁箔膜、鍍鋁膜或混鋁膜（銀灰色膜）等材料作為面層時(shí)，可以提高其保溫性。與紅外輻射較低反射表面的保溫被相比，采用鋁箔膜或鍍鋁膜一類較高反射率表面的保溫被傳熱系數(shù)將降低2%~8%，高反射率上表面時(shí)傳熱系數(shù)降低幅度高于高反射率下表面時(shí)，兩面都采用高反射率表面時(shí)傳熱系數(shù)降低幅度a大。

需要說(shuō)明的是，表1中所列各種外保溫覆蓋材料的傳熱系數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)外保溫覆蓋材料的新制成品，在理想的工作條件下測(cè)得的數(shù)據(jù)。在實(shí)際的工作情況下，由于雨、雪、風(fēng)等影響，并考慮草苫或保溫被安裝搭接處的漏風(fēng)，以及產(chǎn)品發(fā)生老化和破損等各方面因素，實(shí)際使用中的外保溫覆蓋材料的傳熱系數(shù)，將比表中所列數(shù)值要增大50%~aaaa。

雨、雪和冷凝水浸濕保溫被將大大降低其保溫性。為了防止水分進(jìn)入保溫被芯材中，較多保溫被設(shè)置有各類防水作用的面層。防水層需要保持整個(gè)表面完好、嚴(yán)密，防止水分從破損處進(jìn)入，同時(shí)，保溫被縫合線的針孔處，水分易于進(jìn)入，也應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼１乇坏姆浪⒏魵馐莻€(gè)較難于處理完善的問(wèn)題，一些具有防水、隔氣面層的保溫被，一旦水分進(jìn)入保溫芯材中，就很難排出。如保溫被中水分過(guò)多，將會(huì)大大降低其保溫性；同時(shí)，遇寒冷天氣，保溫被中水分凍硬結(jié)冰，會(huì)使其卷放困難，也難與屋面貼合嚴(yán)密，其保溫性會(huì)進(jìn)一步降低。因此，目前在一些冬季干燥少雨雪的地區(qū)，一些保溫被采取不設(shè)置防水隔氣層的辦法，保溫被內(nèi)外具有一定的透氣性。這樣即使有少量水分進(jìn)入其內(nèi)部，也容易排出。這種方法可在干燥少雨雪的地區(qū)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溫材料等保溫被具有顯著優(yōu)勢(shì)。

保溫被產(chǎn)品一般為1.5~6m寬度，通過(guò)分塊搭接，連接為覆蓋屋面的整體覆蓋面。其搭接接縫處，如處理不當(dāng)，將會(huì)在接縫處產(chǎn)生嚴(yán)重的冷風(fēng)灌入，將顯著削弱其保溫性。目前一般搭接方法有扣眼-系繩連接、尼龍粘扣連接與膠帶粘接等方法，其中尼龍粘扣連接與膠帶粘接的接縫相對(duì)較為嚴(yán)密，但膠帶粘接對(duì)保溫被表面有平整度等方面要求，對(duì)于纖維一類表面粗糙的保溫被不能適用。

作者：馬承偉，王平智，趙淑梅，程杰宇（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）