農用溫室覆蓋材料保溫性能測試的實現

宋鵬行

（山東省農業機械試驗鑒定站，山東 濟南 250100）

0 引言

現代溫室覆蓋材料一般采用新型材料多層復合加工而成，在大棚保溫、溫室保溫等方面已得到廣泛應用，與傳統草簾等保溫材料相比較，保溫效果好、使用壽命長。目前農用溫室覆蓋材料主要有以下幾種：針刺氈保溫被、復合型保溫被、棉氈保溫被、泡沫保溫被等，結構一般都是疊層材料，在使用中采用單層覆蓋的方式。

溫室覆蓋材料最重要的性能是保溫性能，即傳熱系數、傳熱阻等參數。測定和評價溫室覆蓋材料的保溫性能，以反映覆蓋材料質量的優劣，就成為一個很重要的問題。

1 傳熱系數的概念

溫室覆蓋材料的熱傳遞是導熱、對流和輻射三種基本傳熱方式的復合過程，傳熱系數即是從總體上反映覆蓋材料保溫性能的綜合性指標，表示溫室覆蓋材料在單位溫差情況下、單位時間內、通過單位面積的熱量。公式表達為：

式中:φ——單位時間通過保溫被的熱流量，W；

A——保溫被傳熱面積，m2；

△t——保溫被兩側的空氣溫度差，℃。

顯然，傳熱系數K 值越小，保溫被的保溫性能越好。

2 靜態熱箱法的測試原理

傳熱系數是反映導熱、對流和輻射等傳熱方式作用的綜合性參數，不對三種基本傳熱方式進行區分，而是反映其總的綜合結果。[1]對覆蓋材料傳熱系數的試驗測定，依據靜態熱箱法原理。該方法綜合考慮了保溫被同周圍環境的相互熱交換作用，測定結果為保溫被的總傳熱系數，較能全面直觀地反映保溫被的隔熱保溫性能。靜態熱箱法的測試原理如圖2 所示。

圖2 靜態熱箱法示意圖

1.熱箱；2.冷箱；3.冷輻射板；4.風機；5.加熱裝置；6.試件；7.熱輻射屏蔽

靜態熱箱法的測試裝置主體主要包括二個部分，熱箱和冷箱，分別模擬保溫被使用時的溫室內、外環境，試件放置于冷箱和熱箱的交界面處。熱箱內設置加熱裝置，配之以冷箱中的調溫裝置，可調控冷箱和熱箱中的空氣溫度。各箱壁采用絕熱良好的材料制作，以盡量減少環境溫度變化對箱內的影響，盡量減少熱箱中通過箱壁傳出的熱流量Φ2及Φ3。在測試系統持續運行達到熱穩定狀態，冷箱與熱箱中的空氣溫度達到預定值，箱體內各部件及箱體表面溫度均達到穩定的情況下，測定熱箱中的加溫熱流量Φp與通過箱壁傳出的熱流量Φ2及Φ3，則可以計算通過覆蓋材料傳出的熱流量Φ1，并結合試件面積與冷箱、熱箱間的空氣溫度差，即可計算得出覆蓋材料試件的傳熱系數。

3 靜態熱箱法測試裝置的構造及工作原理

按照靜態熱箱法的要求設計的測試臺由計量熱箱、冷箱、加熱、制冷裝置、風機以及氣流整流等裝置組成，如圖3 所示。

圖3 測試臺組成和構造示意圖

計量熱箱的頂部安放待測的覆蓋材料試件，其余四個側面和底面為金屬面發泡聚氨酯塑料板，內襯環氧樹脂板，兩種板間用發泡聚氨酯填充。保溫良好的構造可有效減少通過計量熱箱側面和底面傳出的熱量，使計量熱箱內的熱量通過計量熱箱的頂面，即覆蓋材料試件向外散出。待測覆蓋材料的上方是天空輻射冷板，其采用壓縮機組制冷系統提供表面低溫條件，模擬室外天空的較低溫度。冷箱內設置的軸流式風機，在覆蓋材料上方模擬溫室外的氣流。通過調控裝置可以調控熱箱、冷箱內的空氣溫度、冷天空輻射板的溫度和氣流速度，穩定地模擬出溫室覆蓋材料工作時的溫室內、外空氣溫度、天空溫度和室外風速。通過測定熱箱內加溫的熱量，扣除通過熱箱四個側壁和底面傳出的熱量，可計算出通過覆蓋材料試件的熱量，然后根據冷箱和熱箱內的空氣溫度差以及覆蓋材料面積，即可計算得出傳熱系數值。

4 保溫性能的測定

試驗中參數設定主要針對溫室大棚的實際使用情況，模擬冬季溫室大棚內外環境條件，作為測試覆蓋材料傳熱系數的控制條件。一般確定的測試條件為：天空冷輻射板平均溫度：-22℃～-18℃；箱內平均空氣溫度：22℃～26℃；冷箱內平均空氣溫度：-4℃～0℃；保溫被表面氣流速度：(4±0.2)m/s。

在熱箱上安裝好試件，完成準備工作。運行測試臺大概2 小時左右，冷/熱箱溫度達到設定溫度，冷/熱箱加熱器百分比變化幅度在±0.5%以內，整個系統達到熱穩定狀態。

通過計算機軟件獲取如下參數：①由交流數字功率表得到熱箱內加熱量Φp，W；②由5 個溫度測點得到熱箱內空氣溫度平均值th，℃；③由4 個溫度測點得到冷箱內空氣溫度平均值tc，℃；④由熱箱壁的內外表面溫度測點得到內表面平均溫度twi,i，℃與各外表面平均溫度two,i，℃，然后由各箱壁的面積和熱阻計算各箱壁的傳熱流量。

根據下式計算覆蓋材料的熱傳遞系數：

式中：

K——覆蓋材料的傳熱系數，W/(m2·K)；

A——覆蓋材料試件兩側分別與冷、熱箱空氣均接觸的部分的面積，m2；

Aw,i——熱箱各壁面面積，m2；

Rw,i——熱箱各壁板導熱熱阻，(m2·K)/W。

5 結論

靜態熱箱法測試裝置的研制和相關試驗方法的實現，為溫室覆蓋材料保溫性能的測定提供了有效途徑，從而可以科學準確地描述和評價某種覆蓋材料保溫性能的優劣，為廣大設施農業生產者選型和購買提供數據和參考。

［1］馬承偉，丁小明，等.溫室覆蓋材料保溫性能測定方法[D].2009.