农用温室覆盖材料保温性能测试的实现

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【摘 要】温室保温覆盖材料作为温室栽培、大棚种植的重要设施，其保温性能受到广泛关注。本文阐述的覆盖材料的保温性能的测试方法科学、准确，对解决如何评价农用温室覆盖材料保温性能的问题有重要意义。

【关键词】温室覆盖材料；保温性能；传热系数

0 引言

现代温室覆盖材料一般采用新型材料多层复合加工而成，在大棚保温、温室保温等方面已得到广泛应用，与传统草帘等保温材料相比较，保温效果好、使用寿命长。目前农用温室覆盖材料主要有以下几种：针刺毡保温被、复合型保温被、棉毡保温被、泡沫保温被等，结构一般都是叠层材料，在使用中采用单层覆盖的方式。

温室覆盖材料最重要的性能是保温性能，即传热系数、传热阻等参数。测定和评价温室覆盖材料的保温性能，以反映覆盖材料质量的优劣，就成为一个很重要的问题。

1 传热系数的概念

温室覆盖材料的热传递是导热、对流和辐射三种基本传热方式的复合过程，传热系数即是从总体上反映覆盖材料保温性能的综合性指标，表示温室覆盖材料在单位温差情况下、单位时间内、通过单位面积的热量。公式表达为：

K=■ W/（m2・℃）

式中：？准――单位时间通过保温被的热流量，W；

A――保温被传热面积，m2；

？驻t――保温被两侧的空气温度差，℃。

显然，传热系数K值越小，保温被的保温性能越好。

2 静态热箱法的测试原理

传热系数是反映导热、对流和辐射等传热方式作用的综合性参数，不对三种基本传热方式进行区分，而是反映其总的综合结果。[1]对覆盖材料传热系数的试验测定，依据静态热箱法原理。该方法综合考虑了保温被同周围环境的相互热交换作用，测定结果为保温被的总传热系数，较能全面直观地反映保温被的隔热保温性能。静态热箱法的测试原理如图2所示。

图2 静态热箱法示意图

1.热箱；2.冷箱；3.冷辐射板；4.风机；5.加热装置；6.试件；7.热辐射屏蔽

静态热箱法的测试装置主体主要包括二个部分，热箱和冷箱，分别模拟保温被使用时的温室内、外环境，试件放置于冷箱和热箱的交界面处。热箱内设置加热装置，配之以冷箱中的调温装置，可调控冷箱和热箱中的空气温度。各箱壁采用绝热良好的材料制作，以尽量减少环境温度变化对箱内的影响，尽量减少热箱中通过箱壁传出的热流量Φ2及Φ3。在测试系统持续运行达到热稳定状态，冷箱与热箱中的空气温度达到预定值，箱体内各部件及箱体表面温度均达到稳定的情况下，测定热箱中的加温热流量Φp与通过箱壁传出的热流量Φ2及Φ3，则可以计算通过覆盖材料传出的热流量Φ1，并结合试件面积与冷箱、热箱间的空气温度差，即可计算得出覆盖材料试件的传热系数。

3 静态热箱法测试装置的构造及工作原理

按照静态热箱法的要求设计的测试台由计量热箱、冷箱、加热、制冷装置、风机以及气流整流等装置组成，如图3所示。

图3 测试台组成和构造示意图

1.计量热箱；2.防护箱；3.方钢骨架；4.下加热装置；5.滚轮；6.导轨；7.调平垫框；8.待测试件；9.后整流装置；10.天空辐射板；11.制冷进液管；12.制冷回液管；13.上加热装置；14.风机；15.冷箱；16.隔板；17.观察窗；18.斜支撑；19.前整流装置；20.除湿装置

计量热箱的顶部安放待测的覆盖材料试件，其余四个侧面和底面为金属面发泡聚氨酯塑料板，内衬环氧树脂板，两种板间用发泡聚氨酯填充。保温良好的构造可有效减少通过计量热箱侧面和底面传出的热量，使计量热箱内的热量通过计量热箱的顶面，即覆盖材料试件向外散出。待测覆盖材料的上方是天空辐射冷板，其采用压缩机组制冷系统提供表面低温条件，模拟室外天空的较低温度。冷箱内设置的轴流式风机，在覆盖材料上方模拟温室外的气流。通过调控装置可以调控热箱、冷箱内的空气温度、冷天空辐射板的温度和气流速度，稳定地模拟出温室覆盖材料工作时的温室内、外空气温度、天空温度和室外风速。通过测定热箱内加温的热量，扣除通过热箱四个侧壁和底面传出的热量，可计算出通过覆盖材料试件的热量，然后根据冷箱和热箱内的空气温度差以及覆盖材料面积，即可计算得出传热系数值。

4 保温性能的测定

试验中参数设定主要针对温室大棚的实际使用情况，模拟冬季温室大棚内外环境条件，作为测试覆盖材料传热系数的控制条件。一般确定的测试条件为：天空冷辐射板平均温度：-22℃～-18℃；箱内平均空气温度：22℃～26℃；冷箱内平均空气温度：-4℃～0℃；保温被表面气流速度：（4±0.2）m/s。

在热箱上安装好试件，完成准备工作。运行测试台大概2小时左右，冷/热箱温度达到设定温度，冷/热箱加热器百分比变化幅度在±0.5%以内，整个系统达到热稳定状态。

通过计算机软件获取如下参数：①由交流数字功率表得到热箱内加热量Φp，W；②由5个温度测点得到热箱内空气温度平均值th，℃；③由4个温度测点得到冷箱内空气温度平均值tc，℃；④由热箱壁的内外表面温度测点得到内表面平均温度twi，i，℃与各外表面平均温度two，i，℃，然后由各箱壁的面积和热阻计算各箱壁的传热流量。

根据下式计算覆盖材料的热传递系数：

K=■

式中：

K――覆盖材料的传热系数，W/（m2・K）；（下转第322页）

（上接第310页）A――覆盖材料试件两侧分别与冷、热箱空气均接触的部分的面积，m2；

A■――热箱各壁面面积，m2；

R■――热箱各壁板导热热阻，（m2・K）/W。

5 结论

静态热箱法测试装置的研制和相关试验方法的实现，为温室覆盖材料保温性能的测定提供了有效途径，从而可以科学准确地描述和评价某种覆盖材料保温性能的优劣，为广大设施农业生产者选型和购买提供数据和参考。

【参考文献】

[1]马承伟，丁小明，等.温室覆盖材料保温性能测定方法[D].2009.