适合中国北方的设施农业保温材料该如何选型?

2019-11-30 14:38:27 0

设施农业是一种发达的农业生产模式,不仅集成了传统的农业种植技术,更增加了工程装备、生物环境、功能材料等现代工业技术,使其具有技术密集、集约化及商品化程度高的特点,可有效提高资源利用率、单位面积的土地产出率及劳动生产率,综合提高了农产品的质量、效益及竞争力,从而推动农业产业结构的优化调整。设施农业的快速发展有力地保障了我国居民农产品的安全供给、提高了资源利用率、促进了农民增收、加快了现代农业产业的发展田。设施农业在我国各地的发展并不平衡,在部分地区取得了令人瞩目的成绩,如山东省已成为满足北京市等大城市蔬菜供给的重要生产基地,山东省寿光市更是成为我国最大的蔬菜集散地,寿光模式不断地在其他急须发展设施农业的区域快速扩张。人们生活水平有了较大提高,对农产品的需求越来越高,也带动了高效农业的发展。设施农业,尤其是设施农业产业作为高效农业的重要组成部分。

一、设施保温材料的类型

设施农业是一项耗能产业。长期以来,温室的保温节能问题一直是各国设施农业专家普遍关注和研究的重点。温室的围护结构性能影响内部环境,热阻较小的保温材料占围护结构很大比重,是温室热量进出的主要通道,很大程度上影响室内的光温环境。温室的保温材料传热系数或热节省率的确定,原则上和最基本的方法是在实验室或在使用中的温室现场进行试验直接测定的,传热系数是最直观的判断标准。因此,在设施园艺生产中合理选择覆膜及外保温材料尤为重要。

二、设施园艺的保温材料就其应用范围来讲,可分为外层保温被、相变保温材料(phase change material,PCM)、内层隔热材料3种类型。

外层保温被

外层保温被从结构上来看,一般由外防水表面层及内保温隔热芯层组成。外防水表面层通常由黑色淋膜毡、镀铝编织布、涂银迷彩布、三防布、刀刮布、南韩布、迷彩布、有机硅布、彩条布、棉帆布等防水隔热材料组成:内保温隔热芯层通常由太空棉、珍珠棉、喷胶棉、无纺布、毛毡材料等结构较疏松,含空隙多的材料组成。孙信成等测试了目前市场上常见的17种保温覆盖材料及其组合成的41种保温被的传热系数和热节省率,发现涂银迷彩布、镀铝编织布和黑色淋膜毡的保温性显著高于其他表层保温材料,适合作保温被的外层材料;保温被芯材料中以毛毡、太空棉的保温隔热效果最好,是优质的保温被内芯材料,花色毡、黑色无纺布、白色无纺布和珍珠棉次之;其中以涂银迷彩布+珍珠棉+太空棉+珍珠棉+镀铝编织布组合的保温被质量轻,保温效果较好哭。外界温度越低,覆盖保温被的保温效果越显著,即增温幅度越高;睛天天气条件下的保温效果要高于阴天,即使在阴天有散射光时,揭开保温被也可使棚内温度比室外温度稍有升高,中温度最低值一般出现在凌晨。

相变保温材料

相变保温材料是利用材料在物相变化过程中吸收或释放大量的热量,而自身温度范围变化较小的特性,进行能量的储存或释放0-0。它具有相变潜热高、储能密度大、相变过程温度变化小、相变过程简单易控等优点-0,在航空航天、建筑工程、农业生产等领域有着广阔的发展空间和应用前景4-19。相变材料根据其相变温度可分为高温相变材料、中温相变材料、低温相变材料,其中,低温相变材料相变温度范围为0~100℃,为农业温室大棚有效储能开辟了新的途径,受到国内外很多研究者的关注。相变材料依据其不同的相变状态可分为固-固相变材料、固-液相变材料、液-液相变材料。提高了太阳能储能效率,温室温度显著提高-0。

内层隔热材料

内层隔热材料是用于温室内保温的一种保温隔热材料,其针对设施大棚冬季保温性能差、热量损失较大的问题,在设施内部覆盖l层保温隔热材料用于防御冬季极低气温对农作物的损害。内层隔热材料最大的特点就是其与设施结构相结合,使用成本较低,保温性能较好。目前普遍使用的内层隔热材料通常以传统的聚烯烃塑料为主,国外己有研究团队将聚烯烃发泡膜用于设施大棚的内层隔热材料,极大地降低膜的工业不可或缺的缓冲包装材料,也常用作隔热、隔音的建筑用材。目前生产制备发泡材料的工艺手段主要有2种,即模压发泡和注塑发泡。模压发泡工艺由来已久,生产手段较纯熟,生产成本较少,但生产效率低,附带的废料较多。在薄膜发泡过程中,工艺条件(温度、压力、时间等)对材料的性能影响很大。当温度过低时,发泡剂无法完全分解,产生不了足够的气泡:交联反应也会受到限制,达不到发泡阶段所需求的黏弹性。温度过高时,发泡剂分解过快,短时间内产生过量的气体,交联反应也会过度,致使熔体松弛度不规律且粘度较低,表面作用力小,泡孔也会发生破裂或合并现象。压力对模压过程的影响相对较小,因为高压有利于形成过饱和熔体,这种熔体有利于泡孔的形成:低压则有利于泡孔在熔体中的成长和定型,但如果压力过低,分解产生的气体会无规则地在熔体中扩散,甚至出现气体逃逸现象,导致泡孔不够均匀且发生破裂,发泡材料的表面龟裂不平整。常见的模压发泡时间控制为400~800s,温度为165~180℃,压力为5~10MPa。一般情况下,发泡倍率会随着时间的增加而增大,并逐渐趋于稳定,但发泡时间过长,不利于气泡的定型,生产效率也会下降。因此,选择合适的工艺及配方制备农用发泡材料用于设施内部的保温,可有效降低设施的能耗,从而提升园艺设施的保温性能。

三、现代农业设施类型中,日光温室占比较多,可选用外层保温被与棚内相变保温材料相结合的手段以提高冬季设施内的极低温度:连栋大棚及钢架大棚可选用相变保温材料与内层隔热材料相结合,利用相变材料的储能与内层隔热材料的保温性来提高棚内的夜间温度。单体钢架大棚为主,可选用内层隔热材料用于设施的保温,减少热量的流失,以提高设施内夜间的温度:如果遭遇极端低温,可适时地选用相变保温材料,将白天的热量储存下来用于夜间释放以提高夜间的极低温。

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