机械强度

日光温室新型保温被结构设计与保温性能研究 

来源:机械强度 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-03-06

在北方,冬季寒冷,种植蔬菜一般在日光温室中进行,为提高温室内的温度,通常在温室外的前透明坡面覆盖保温层。目前广大农民使用的传统保温覆盖材料有草苫、再生棉保温被等,这些材料虽然具有一定的保温效果,但它们也存在各种缺点,如:自重大、卷放费工、费力;防水性能不好,易导致温室坍塌,给用户带来极大的经济损失;抗紫外线较差,使用寿命短,在阳光充足的地方,保温被的外层经紫外线辐射大大降低了使用寿命;劳动强度大、污染棚体、易伤薄膜、不易保存、防火性能差、折旧成本及维护费过高。

近几年随着草价的不断上涨,一次性投入的成本也大幅度增加。20世纪 80 年代以来,保温被行业的科技人员开展了大量的研发工作,应用大量的纺织品开发出了各种不同结构、 不同材料的保温被,但到目前为止,保温被行业规模小、技术含量低,大部分产品保温性能不如草帘,而且价格高于草帘,很难大规模推广应用。寻找适合不同条件,农民能承担起的温室保温覆盖材料一直是制约日光温室高效生产的难题。因此,开发生产适合不同自然条件现代化日光温室的保温覆盖材料显得尤为重要,研发质轻、保温效果更好的保温被取代传统草帘是我国温室发展的迫切需求。

1 研究范围和目标

2 研究思路

保温被作为一个整体在极寒环境中使用,需要有一个稳定的结构以保证材料传热性能的稳定发挥,保温率是评价产品结构热性能的常见指标,它的数值变化范围很大,与保温被两侧气流体的性质、流动情况,保温被材料、面积及形状等诸多因素有关。以下是几项重要的影响因素。

综上所述,保温被必须选择导热系数小、各向异性的材料混合,采用膨松、防水、隔气且容重稳定的结构制作。

3 研究过程和结构

通过以上技术的集成、综合和创新,将保证保温覆盖材料的优良性能,保温被的保温率将大幅度得到提高,实现温室大棚的产出最大化,提高温室的综合效益。

注:1.牛津布或淋膜无纺布;2.化纤棉(1 000 g/m2);3.珍珠棉(EPE)(厚2 mm);4.针刺无纺布。Note:1.Nylon oxford or coated nonwoven; fiber cotton(1 000 g/mL);3.Pearl cotton(EPE)(thickness 2 mm);4.Needle punched non-woven fabric.图1 基准方案保温被Fig.1 Reference scheme thermal insulation

随着日光温室的不断增多,与日光温室的配套保温覆盖物也基本由原来价格比较低廉的草苫逐渐被不断增多的保温被所代替。特别是化纤保温被以其工业化废料为主、来源广、单位面积重量小、价格低廉、使用寿命长、保温效果好的特点,越来越受到用户的欢迎,目前已经在日光温室覆盖物中占有了80%比例。所以,该研究以目前市场上推广应用最广,面料为牛津布、淋膜无纺布,保温芯料为化纤棉的保温被作为这次对比试验的基准保温被。

注:淋膜无纺布(淋膜面朝里);2.化纤棉(600 g/m2);3.微孔发泡材料(厚0.5 mm);4.珍珠棉(EPE)(厚4 mm);5.红外线阻隔无纺布。Note:1.Coated nonwoven; fiber cotton(600 g/m2); foam materials(thickness 0.5 mm);4.Pearl cotton(EPE)(thickness 4 mm); blocking non-woven fabrics.图2 第一方案保温被结构Fig.2 The structure of first scheme thermal insulation

考虑到青海日照时间长,紫外线强的特点,淋膜无纺布的淋膜面朝里,这样既延长了淋膜面寿命,又起到了防雨功能,以淋膜防水、表面无针洞是最关键的因素,因此在保温被加工工艺上采用了分层加工,淋膜无纺布与其他材料层分层加工,淋膜无纺布中间无针洞,只在四周与其他材料绗缝,有效地降低了保温被针洞渗水的弊端。化纤棉作为再生棉材料,材料来源广泛,价格较低,在一定程度上可以满足日光温室的保温需要。现有的发泡材料大多数是聚乙烯微孔发泡材料,要么硬而脆(大多数的结构泡沫),要么软而韧(大多数的软质泡沫),刚性和韧性难以兼具。聚丙烯微孔发泡材料兼具刚性和韧性,补充了现有发泡材料性能的不足,厚度仅0.5 mm,每平方米重量仅70 g,不及一般珍珠棉(EPE)重量的1/23,微米尺度的泡孔有效降低了泡孔内气体的对流,从而有效降低了由空气对流引起的热传递,因此高倍率的微孔发泡材料具有依赖于泡孔结构的长期稳定的低导热系数。从北京斯维浩特新材料科技有限公司引进了聚丙烯微孔发泡卷材,厚仅为0.5 mm;珍珠棉具有隔水、防潮、保温、可塑性能佳、韧性强等优点 。红外线阻隔无纺布,从上海结宜康有限责任公司引进了远红外整理剂JYKFIR-814,这种整理剂是一种主要含有TiO2、SiO2等多种无机金属化合物,经特殊加工制成纳米级粉体,再经特殊分散技术精研磨制成,可应用于纺织面料后整理中使用。在无纺布上涂了一层远红外整理剂JYKFIR-814,可以反射红外辐射,最大限度地阻止温室内热量的散失。

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