宋鵬行

（山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

現(xiàn)代溫室覆蓋材料一般采用新型材料多層復(fù)合加工而成，在大棚保溫、溫室保溫等方面已得到廣泛應(yīng)用，與傳統(tǒng)草簾等保溫材料相比較，保溫效果好、使用壽命長(zhǎng)。目前農(nóng)用溫室覆蓋材料主要有以下幾種：針刺氈保溫被、復(fù)合型保溫被、棉氈保溫被、泡沫保溫被等，結(jié)構(gòu)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(shù)、傳熱阻等參數(shù)。測(cè)定和評(píng)價(jià)溫室覆蓋材料的保溫性能，以反映覆蓋材料質(zhì)量的優(yōu)劣，就成為一個(gè)很重要的問(wèn)題。

1 傳熱系數(shù)的概念

溫室覆蓋材料的熱傳遞是導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種基本傳熱方式的復(fù)合過(guò)程，傳熱系數(shù)即是從總體上反映覆蓋材料保溫性能的綜合性指標(biāo)，表示溫室覆蓋材料在單位溫差情況下、單位時(shí)間內(nèi)、通過(guò)單位面積的熱量。公式表達(dá)為：

式中:φ——單位時(shí)間通過(guò)保溫被的熱流量，W；

A——保溫被傳熱面積，m2；

△t——保溫被兩側(cè)的空氣溫度差，℃。

顯然，傳熱系數(shù)K 值越小，保溫被的保溫性能越好。

2 靜態(tài)熱箱法的測(cè)試原理

傳熱系數(shù)是反映導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射等傳熱方式作用的綜合性參數(shù)，不對(duì)三種基本傳熱方式進(jìn)行區(qū)分，而是反映其總的綜合結(jié)果。[1]對(duì)覆蓋材料傳熱系數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定，依據(jù)靜態(tài)熱箱法原理。該方法綜合考慮了保溫被同周圍環(huán)境的相互熱交換作用，測(cè)定結(jié)果為保溫被的總傳熱系數(shù)，較能全面直觀地反映保溫被的隔熱保溫性能。靜態(tài)熱箱法的測(cè)試原理如圖2 所示。

圖2 靜態(tài)熱箱法示意圖

1.熱箱；2.冷箱；3.冷輻射板；4.風(fēng)機(jī)；5.加熱裝置；6.試件；7.熱輻射屏蔽

靜態(tài)熱箱法的測(cè)試裝置主體主要包括二個(gè)部分，熱箱和冷箱，分別模擬保溫被使用時(shí)的溫室內(nèi)、外環(huán)境，試件放置于冷箱和熱箱的交界面處。熱箱內(nèi)設(shè)置加熱裝置，配之以冷箱中的調(diào)溫裝置，可調(diào)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(huán)境溫度變化對(duì)箱內(nèi)的影響，盡量減少熱箱中通過(guò)箱壁傳出的熱流量Φ2及Φ3。在測(cè)試系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)，冷箱與熱箱中的空氣溫度達(dá)到預(yù)定值，箱體內(nèi)各部件及箱體表面溫度均達(dá)到穩(wěn)定的情況下，測(cè)定熱箱中的加溫?zé)崃髁喀祊與通過(guò)箱壁傳出的熱流量Φ2及Φ3，則可以計(jì)算通過(guò)覆蓋材料傳出的熱流量Φ1，并結(jié)合試件面積與冷箱、熱箱間的空氣溫度差，即可計(jì)算得出覆蓋材料試件的傳熱系數(shù)。

3 靜態(tài)熱箱法測(cè)試裝置的構(gòu)造及工作原理

按照靜態(tài)熱箱法的要求設(shè)計(jì)的測(cè)試臺(tái)由計(jì)量熱箱、冷箱、加熱、制冷裝置、風(fēng)機(jī)以及氣流整流等裝置組成，如圖3 所示。

圖3 測(cè)試臺(tái)組成和構(gòu)造示意圖

計(jì)量熱箱的頂部安放待測(cè)的覆蓋材料試件，其余四個(gè)側(cè)面和底面為金屬面發(fā)泡聚氨酯塑料板，內(nèi)襯環(huán)氧樹脂板，兩種板間用發(fā)泡聚氨酯填充。保溫良好的構(gòu)造可有效減少通過(guò)計(jì)量熱箱側(cè)面和底面?zhèn)鞒龅臒崃?，使?jì)量熱箱內(nèi)的熱量通過(guò)計(jì)量熱箱的頂面，即覆蓋材料試件向外散出。待測(cè)覆蓋材料的上方是天空輻射冷板，其采用壓縮機(jī)組制冷系統(tǒng)提供表面低溫條件，模擬室外天空的較低溫度。冷箱內(nèi)設(shè)置的軸流式風(fēng)機(jī)，在覆蓋材料上方模擬溫室外的氣流。通過(guò)調(diào)控裝置可以調(diào)控?zé)嵯?、冷箱?nèi)的空氣溫度、冷天空輻射板的溫度和氣流速度，穩(wěn)定地模擬出溫室覆蓋材料工作時(shí)的溫室內(nèi)、外空氣溫度、天空溫度和室外風(fēng)速。通過(guò)測(cè)定熱箱內(nèi)加溫的熱量，扣除通過(guò)熱箱四個(gè)側(cè)壁和底面?zhèn)鞒龅臒崃?，可?jì)算出通過(guò)覆蓋材料試件的熱量，然后根據(jù)冷箱和熱箱內(nèi)的空氣溫度差以及覆蓋材料面積，即可計(jì)算得出傳熱系數(shù)值。

4 保溫性能的測(cè)定

試驗(yàn)中參數(shù)設(shè)定主要針對(duì)溫室大棚的實(shí)際使用情況，模擬冬季溫室大棚內(nèi)外環(huán)境條件，作為測(cè)試覆蓋材料傳熱系數(shù)的控制條件。一般確定的測(cè)試條件為：天空冷輻射板平均溫度：-22℃～-18℃；箱內(nèi)平均空氣溫度：22℃～26℃；冷箱內(nèi)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(zhǔn)備工作。運(yùn)行測(cè)試臺(tái)大概2 小時(shí)左右，冷/熱箱溫度達(dá)到設(shè)定溫度，冷/熱箱加熱器百分比變化幅度在±0.5%以內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)。

通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件獲取如下參數(shù)：①由交流數(shù)字功率表得到熱箱內(nèi)加熱量Φp，W；②由5 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)得到熱箱內(nèi)空氣溫度平均值th，℃；③由4 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)得到冷箱內(nèi)空氣溫度平均值tc，℃；④由熱箱壁的內(nèi)外表面溫度測(cè)點(diǎn)得到內(nèi)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(jì)算各箱壁的傳熱流量。

根據(jù)下式計(jì)算覆蓋材料的熱傳遞系數(shù)：

式中：

K——覆蓋材料的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；

A——覆蓋材料試件兩側(cè)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(dǎo)熱熱阻，(m2·K)/W。

5 結(jié)論

靜態(tài)熱箱法測(cè)試裝置的研制和相關(guān)試驗(yàn)方法的實(shí)現(xiàn)，為溫室覆蓋材料保溫性能的測(cè)定提供了有效途徑，從而可以科學(xué)準(zhǔn)確地描述和評(píng)價(jià)某種覆蓋材料保溫性能的優(yōu)劣，為廣大設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者選型和購(gòu)買提供數(shù)據(jù)和參考。

［1］馬承偉，丁小明，等.溫室覆蓋材料保溫性能測(cè)定方法[D].2009.