[摘要]利用太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)輻射能收集起來(lái)，通過(guò)與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用是人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)能最常用的熱利用。本文以由聚烯烴（PO）膜與柱狀氣泡膜、圓形氣泡膜及普通等效厚度的單層薄膜為研究對(duì)象，對(duì)上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫性能分析。結(jié)果顯示，用3種材料制備的同體積（2.5dm3）密閉空腔，隨之時(shí)間的延長(zhǎng)，氣柱泡泡薄膜在同時(shí)段棚內(nèi)溫度明顯高于其他兩種薄膜，保溫效果顯著。本文的研究成果將為寒冷坡地的大棚蔬菜種植等需要利用太陽(yáng)能作為熱源的保溫領(lǐng)域提供借鑒與參考。

[關(guān)鍵詞]聚烯烴（PO）氣泡膜;保溫;溫度演化

中圖分類(lèi)號(hào)：TU551

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20181230

隨著城鄉(xiāng)居民生活水平的提高，社會(huì)對(duì)超時(shí)令蔬菜的需求量日益增加，而低溫是限制農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要原因之一，因此，農(nóng)膜成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的生產(chǎn)資料，在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收中發(fā)揮著不可替代的作用，現(xiàn)有常用大棚保溫模式見(jiàn)圖1。目前大部分地區(qū)主要采用單層塑料薄膜覆蓋或者雙層塑料薄膜覆蓋，而單層塑料薄膜大棚的棚架跨度小，熱熔量低、緩沖能力差、夜間保溫性能差等缺點(diǎn)十分突出，即使雙層大棚解決了上述問(wèn)題，但光的透射率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)下降，使大棚內(nèi)獲得光照減少[1-6]。

1 中國(guó)中南地區(qū)現(xiàn)狀及研究地區(qū)概況

我國(guó)巾南地區(qū)坡地較多，溫度在0℃以下的時(shí)間很少，蔬菜種植戶(hù)缺少大棚保溫防寒意識(shí)和技術(shù)指導(dǎo)。雖然在實(shí)際生產(chǎn)中采取了許多加強(qiáng)保溫的措施，如北方日光溫室普遍采用草苫和復(fù)合保溫棉被保溫或多層薄膜覆蓋加強(qiáng)保溫，但是冬天覆蓋棉被需要成本高，在坡地容易滑落且白天需要人工來(lái)打開(kāi)，加上我國(guó)大部分農(nóng)田為山地，草苫和棉被用于坡地大棚保溫效果不理想，并且近年來(lái)極端氣候頻發(fā)，特別是我國(guó)中南地區(qū)數(shù)度遭遇“冷冬”，使冬季種植受到嚴(yán)重的低溫凍害威脅[7-9]。因此，探索適合中南區(qū)域氣候坡地大棚種植的保溫方式刻不容緩。

本文以位居中國(guó)中部的海拔1500m左右的湖北省宜昌地區(qū)長(zhǎng)陽(yáng)縣2013-2017年冬季11月到次年3的月平均氣溫作為參考，分析近幾年來(lái)的冬季氣溫情況。2013-2017年冬季長(zhǎng)陽(yáng)縣鎮(zhèn)月平均氣溫與極端最低氣溫見(jiàn)圖2。據(jù)圖2可知，每年1-2月的極端氣溫最低和月平均氣溫均處于較低溫度狀態(tài)，2016年1月和2017年2月極端最低氣溫甚至達(dá)到了零下15℃左右，此時(shí)單層薄膜內(nèi)作物極易容易被凍壞lol。同時(shí)，圖中表明極端氣溫大約分布在-5℃～-10℃，由于極端氣溫的出現(xiàn)加之平均氣溫大都在0℃左右，即在冬季時(shí)月平均氣溫在0℃左右也會(huì)嚴(yán)重影響蔬菜的存活甚至導(dǎo)致蔬菜無(wú)法生長(zhǎng)，因此保溫良好的大棚具有重要意義。

為了解決低溫凍害對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)造成的危害，本文以氣泡混合薄膜結(jié)構(gòu)的塑料大棚模型為研究對(duì)象，進(jìn)行模型內(nèi)外溫度的測(cè)定，以期實(shí)現(xiàn)具有價(jià)格便宜，應(yīng)用推廣價(jià)值高的大棚保溫模式。

2 材料與方法設(shè)計(jì)

2.1 材料設(shè)計(jì)

考慮薄膜需要更高的透光度，以便更多陽(yáng)光能透射入溫室，因此，需要薄膜具有較低的霧度，以便提高早晨光線的透過(guò)率，降低散射率，使其可以迅速升溫。本文選用以乙烯（PE）及丙烯（PP）為主要材料的PO膜（聚烯烴膜）作為薄膜材料，由于PO膜是采用高級(jí)烯烴的原材料及其他助劑，這種膜相比于PE膜等還具有更好的拉伸強(qiáng)度及抗撕裂強(qiáng)度。

2.2 測(cè)試方法

本文首先設(shè)計(jì)了一個(gè)體積為2.5dm3的長(zhǎng)方體作為單位體積，然后以3種薄膜材料覆蓋長(zhǎng)方體做成了3個(gè)體積相同試驗(yàn)用空腔，溫度計(jì)探頭位于長(zhǎng)方體的幾何中心。測(cè)試實(shí)驗(yàn)用三種結(jié)構(gòu)PO薄膜及試驗(yàn)盒，如圖3所示，其中1為照明光源，2為薄膜覆蓋層，3為支撐薄膜結(jié)構(gòu)。首先，在恒溫恒濕箱（DHS-500）中對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的薄膜進(jìn)行保溫性能分析，將恒溫恒濕箱室內(nèi)調(diào)節(jié)恒溫器溫度控制在-3℃以備試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境需要;其次，在待測(cè)空腔中放置溫度探測(cè)器并保證與設(shè)備連接信號(hào)正常，記錄溫度，然后將試驗(yàn)空腔從高溫端環(huán)境（20℃）移至溫度控制在-3℃的恒溫恒濕箱中，記錄實(shí)時(shí)溫度隨時(shí)間的變化;最后，繪制溫度時(shí)間曲線圖，探索比較薄膜保溫性能以及降到零攝氏度時(shí)的時(shí)間演化規(guī)律。

3 結(jié)果與分析

保證箱體與覆蓋薄膜不變，分別做五組實(shí)驗(yàn)，記錄溫度依次為T(mén)1、T2、T3、T4、T5，求得5次平均溫度為T(mén)=（T1+T2+T3+T4+T5）/5，溫度T隨時(shí)間演化如圖4所示。從圖巾可以看出3種曲線圖均為單調(diào)下降，普通薄膜降溫在不到200S內(nèi)，溫度就迅速降低到了-3℃，氣泡薄膜400S以前，溫度降低較快，隨后，溫度降低速度顯著放緩，并在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持溫度高于盒子外面氣溫-3℃。氣柱薄膜的降溫速度則更加緩慢，且在800S后基本保持溫度不變。在相同的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)普通薄膜結(jié)構(gòu)已經(jīng)降溫到0℃時(shí)，氣泡薄膜室內(nèi)溫度維持在5℃，而氣柱薄膜還維持在9℃左右，由此可見(jiàn)，氣柱薄膜結(jié)構(gòu)保溫效果十分最著。

另外，還可以看出單位體積薄膜降到0℃大約為350s，1.5倍體積氣柱薄膜降到0℃大約為444s，2倍體積氣柱薄膜降到0℃時(shí)大約為548s，降溫到0℃時(shí)間相對(duì)于參考空腔延長(zhǎng)了近60%。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)氣泡嵌入式和氣柱式薄膜包裹長(zhǎng)方體空腔的溫度隨時(shí)間變化試驗(yàn)，分析了不同結(jié)構(gòu)薄膜對(duì)保溫性能的影響。研究結(jié)果表明，氣泡嵌入式薄膜與氣柱泡泡薄膜均顯示出良好的保溫性能。保溫體越大，溫度下降越緩慢，當(dāng)體積與普通棚膜相當(dāng)?shù)拇笈镞x用氣柱泡泡薄膜作為保溫薄膜時(shí)，內(nèi)部溫度完全可以滿(mǎn)足蔬菜大棚在冬季夜晚凍災(zāi)預(yù)防的需要。

同時(shí)，在不大量增加成本的前提下，將現(xiàn)有的普通大棚更換為氣柱結(jié)構(gòu)的大棚就可以使棚內(nèi)溫度顯著增加，這對(duì)提高冬季大棚作物的品質(zhì)，提高大棚生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)起到的促進(jìn)作用。本研究所得出的基本影響規(guī)律對(duì)設(shè)計(jì)寒冷地區(qū)蔬菜大棚保溫材料具有良好指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將起到積極作用。

參考文獻(xiàn)

[1]倪金衛(wèi)，李保明，王春彥.日照長(zhǎng)度對(duì)雙層塑料薄膜溫室保溫的影響[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005 （2）：19-23

[2]王雪芬，陸佳平.充氣袋承載與緩沖特性的試驗(yàn)研究[J]包裝工程，2013 （19）：55-58.

[3]曲繼松，張麗娟，朱倩楠，等.寧夏兩種韭菜拱棚內(nèi)環(huán)境冬季日變化比較研究[J]北方園藝，2016 （13）：46-49.

[4]明星，趙燕，盧杰，等，基于靜態(tài)壓縮試驗(yàn)的緩沖包裝材料性能對(duì)比分析[J]包裝工程，2006 （2）：59-61.

[5]沈劍鋒，盧立新，任冬遠(yuǎn)，柱狀塑膜空氣墊承載與緩沖性能的試驗(yàn)研究[J]包裝工程，2008 （6）：6-7.

[6]劉群生，張勇.滇中高原溫室設(shè)施的采光和保溫[J]云南師范大學(xué)學(xué)報(bào).2001 （5）：29-31.

[7]黃錄元.武山縣大棚蔬菜高效栽培模式及效益調(diào)查[J]農(nóng)業(yè)科技與信息.2017 （7）：7-8.

[8]王華，丁同華，林紅梅，等.江蘇沿海地區(qū)雙大棚多層覆蓋內(nèi)外溫度間的相關(guān)回歸分析[J]蔬菜，2016 （10）：18-22.

[9]倪金衛(wèi)，李保明，王慶，等.滇中地區(qū)塑料溫室光溫環(huán)境的測(cè)試分析[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2003 （4）：358-361.

[10]杜大勇，郭磊，李勝英，等.聚酯膜中空玻璃隔熱保溫性能研究[J]建設(shè)科技2013 （15）：33.