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[摘要]利用太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用是人类对太阳能最常用的热利用。本文以由聚烯烃（PO）膜与柱状气泡膜、圆形气泡膜及普通等效厚度的单层薄膜为研究对象，对上述结构进行保温性能分析。结果显示，用3种材料制备的同体积（2.5dm3）密闭空腔，随之时间的延长，气柱泡泡薄膜在同时段棚内温度明显高于其他两种薄膜，保温效果显著。本文的研究成果将为寒冷坡地的大棚蔬菜种植等需要利用太阳能作为热源的保温领域提供借鉴与参考。
[关键词]聚烯烃（PO）气泡膜;保温;温度演化
中图分类号：TU551
文献标识码：A
DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20181230
随着城乡居民生活水平的提高，社会对超时令蔬菜的需求量日益增加，而低温是限制农作物生长发育和获得高产稳产的重要原因之一，因此，农膜成为当今农业生产不可缺少的生产资料，在农业增产增收中发挥着不可替代的作用，现有常用大棚保温模式见图1。目前大部分地区主要采用单层塑料薄膜覆盖或者双层塑料薄膜覆盖，而单层塑料薄膜大棚的棚架跨度小，热熔量低、缓冲能力差、夜间保温性能差等缺点十分突出，即使双层大棚解决了上述问题，但光的透射率却远远下降，使大棚内获得光照减少[1-6]。
1 中国中南地区现状及研究地区概况
我国巾南地区坡地较多，温度在0℃以下的时间很少，蔬菜种植户缺少大棚保温防寒意识和技术指导。虽然在实际生产中采取了许多加强保温的措施，如北方日光温室普遍采用草苫和复合保温棉被保温或多层薄膜覆盖加强保温，但是冬天覆盖棉被需要成本高，在坡地容易滑落且白天需要人工来打开，加上我国大部分农田为山地，草苫和棉被用于坡地大棚保温效果不理想，并且近年来极端气候频发，特别是我国中南地区数度遭遇“冷冬”，使冬季种植受到严重的低温冻害威胁[7-9]。因此，探索适合中南区域气候坡地大棚种植的保温方式刻不容缓。
本文以位居中国中部的海拔1500m左右的湖北省宜昌地区长阳县2013-2017年冬季11月到次年3的月平均气温作为参考，分析近几年来的冬季气温情况。2013-2017年冬季长阳县镇月平均气温与极端最低气温见图2。据图2可知，每年1-2月的极端气温最低和月平均气温均处于较低温度状态，2016年1月和2017年2月极端最低气温甚至达到了零下15℃左右，此时单层薄膜内作物极易容易被冻坏lol。同时，图中表明极端气温大约分布在-5℃～-10℃，由于极端气温的出现加之平均气温大都在0℃左右，即在冬季时月平均气温在0℃左右也会严重影响蔬菜的存活甚至导致蔬菜无法生长，因此保温良好的大棚具有重要意义。
为了解决低温冻害对农作物生长造成的危害，本文以气泡混合薄膜结构的塑料大棚模型为研究对象，进行模型内外温度的测定，以期实现具有价格便宜，应用推广价值高的大棚保温模式。
2 材料与方法设计
2.1 材料设计
考虑薄膜需要更高的透光度，以便更多阳光能透射入温室，因此，需要薄膜具有较低的雾度，以便提高早晨光线的透过率，降低散射率，使其可以迅速升温。本文选用以乙烯（PE）及丙烯（PP）为主要材料的PO膜（聚烯烃膜）作为薄膜材料，由于PO膜是采用高级烯烃的原材料及其他助剂，这种膜相比于PE膜等还具有更好的拉伸强度及抗撕裂强度。
2.2 测试方法
本文首先设计了一个体积为2.5dm3的长方体作为单位体积，然后以3种薄膜材料覆盖长方体做成了3个体积相同试验用空腔，温度計探头位于长方体的几何中心。测试实验用三种结构PO薄膜及试验盒，如图3所示，其中1为照明光源，2为薄膜覆盖层，3为支撑薄膜结构。首先，在恒温恒湿箱（DHS-500）中对设计结构的薄膜进行保温性能分析，将恒温恒湿箱室内调节恒温器温度控制在-3℃以备试验测试环境需要;其次，在待测空腔中放置温度探测器并保证与设备连接信号正常，记录温度，然后将试验空腔从高温端环境（20℃）移至温度控制在-3℃的恒温恒湿箱中，记录实时温度随时间的变化;最后，绘制温度时间曲线图，探索比较薄膜保温性能以及降到零摄氏度时的时间演化规律。
3 结果与分析
保证箱体与覆盖薄膜不变，分别做五组实验，记录温度依次为T1、T2、T3、T4、T5，求得5次平均温度为T=（T1+T2+T3+T4+T5）/5，温度T随时间演化如图4所示。从图巾可以看出3种曲线图均为单调下降，普通薄膜降温在不到200S内，温度就迅速降低到了-3℃，气泡薄膜400S以前，温度降低较快，随后，温度降低速度显著放缓，并在很长时间内保持温度高于盒子外面气温-3℃。气柱薄膜的降温速度则更加缓慢，且在800S后基本保持温度不变。在相同的时间内，当普通薄膜结构已经降温到0℃时，气泡薄膜室内温度维持在5℃，而气柱薄膜还维持在9℃左右，由此可见，气柱薄膜结构保温效果十分最著。
另外，还可以看出单位体积薄膜降到0℃大约为350s，1.5倍体积气柱薄膜降到0℃大约为444s，2倍体积气柱薄膜降到0℃时大约为548s，降温到0℃时间相对于参考空腔延长了近60%。
4 结论
通过对气泡嵌入式和气柱式薄膜包裹长方体空腔的温度随时间变化试验，分析了不同结构薄膜对保温性能的影响。研究结果表明，气泡嵌入式薄膜与气柱泡泡薄膜均显示出良好的保温性能。保温体越大，温度下降越缓慢，当体积与普通棚膜相当的大棚选用气柱泡泡薄膜作为保温薄膜时，内部温度完全可以满足蔬菜大棚在冬季夜晚冻灾预防的需要。
同时，在不大量增加成本的前提下，将现有的普通大棚更换为气柱结构的大棚就可以使棚内温度显著增加，这对提高冬季大棚作物的品质，提高大棚生产的经济效益将会起到的促进作用。本研究所得出的基本影响规律对设计寒冷地区蔬菜大棚保温材料具有良好指导意义，同时对绿色产业的发展将起到积极作用。
参考文献
[1]倪金卫，李保明，王春彦.日照长度对双层塑料薄膜温室保温的影响[J].云南农业大学学报，2005 （2）：19-23
[2]王雪芬，陆佳平.充气袋承载与缓冲特性的试验研究[J]包装工程，2013 （19）：55-58.
[3]曲继松，张丽娟，朱倩楠，等.宁夏两种韭菜拱棚内环境冬季日变化比较研究[J]北方园艺，2016 （13）：46-49.
[4]明星，赵燕，卢杰，等，基于静态压缩试验的缓冲包装材料性能对比分析[J]包装工程，2006 （2）：59-61.
[5]沈剑锋，卢立新，任冬远，柱状塑膜空气垫承载与缓冲性能的试验研究[J]包装工程，2008 （6）：6-7.
[6]刘群生，张勇.滇中高原温室设施的采光和保温[J]云南师范大学学报.2001 （5）：29-31.
[7]黄录元.武山县大棚蔬菜高效栽培模式及效益调查[J]农业科技与信息.2017 （7）：7-8.
[8]王华，丁同华，林红梅，等.江苏沿海地区双大棚多层覆盖内外温度间的相关回归分析[J]蔬菜，2016 （10）：18-22.
[9]倪金卫，李保明，王庆，等.滇中地区塑料温室光温环境的测试分析[J].云南农业大学学报.2003 （4）：358-361.
[10]杜大勇，郭磊，李胜英，等.聚酯膜中空玻璃隔热保温性能研究[J]建设科技2013 （15）：33.
[关键词]聚烯烃（PO）气泡膜;保温;温度演化
中图分类号：TU551
文献标识码：A
DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20181230
随着城乡居民生活水平的提高，社会对超时令蔬菜的需求量日益增加，而低温是限制农作物生长发育和获得高产稳产的重要原因之一，因此，农膜成为当今农业生产不可缺少的生产资料，在农业增产增收中发挥着不可替代的作用，现有常用大棚保温模式见图1。目前大部分地区主要采用单层塑料薄膜覆盖或者双层塑料薄膜覆盖，而单层塑料薄膜大棚的棚架跨度小，热熔量低、缓冲能力差、夜间保温性能差等缺点十分突出，即使双层大棚解决了上述问题，但光的透射率却远远下降，使大棚内获得光照减少[1-6]。
1 中国中南地区现状及研究地区概况
我国巾南地区坡地较多，温度在0℃以下的时间很少，蔬菜种植户缺少大棚保温防寒意识和技术指导。虽然在实际生产中采取了许多加强保温的措施，如北方日光温室普遍采用草苫和复合保温棉被保温或多层薄膜覆盖加强保温，但是冬天覆盖棉被需要成本高，在坡地容易滑落且白天需要人工来打开，加上我国大部分农田为山地，草苫和棉被用于坡地大棚保温效果不理想，并且近年来极端气候频发，特别是我国中南地区数度遭遇“冷冬”，使冬季种植受到严重的低温冻害威胁[7-9]。因此，探索适合中南区域气候坡地大棚种植的保温方式刻不容缓。
本文以位居中国中部的海拔1500m左右的湖北省宜昌地区长阳县2013-2017年冬季11月到次年3的月平均气温作为参考，分析近几年来的冬季气温情况。2013-2017年冬季长阳县镇月平均气温与极端最低气温见图2。据图2可知，每年1-2月的极端气温最低和月平均气温均处于较低温度状态，2016年1月和2017年2月极端最低气温甚至达到了零下15℃左右，此时单层薄膜内作物极易容易被冻坏lol。同时，图中表明极端气温大约分布在-5℃～-10℃，由于极端气温的出现加之平均气温大都在0℃左右，即在冬季时月平均气温在0℃左右也会严重影响蔬菜的存活甚至导致蔬菜无法生长，因此保温良好的大棚具有重要意义。
为了解决低温冻害对农作物生长造成的危害，本文以气泡混合薄膜结构的塑料大棚模型为研究对象，进行模型内外温度的测定，以期实现具有价格便宜，应用推广价值高的大棚保温模式。
2 材料与方法设计
2.1 材料设计
考虑薄膜需要更高的透光度，以便更多阳光能透射入温室，因此，需要薄膜具有较低的雾度，以便提高早晨光线的透过率，降低散射率，使其可以迅速升温。本文选用以乙烯（PE）及丙烯（PP）为主要材料的PO膜（聚烯烃膜）作为薄膜材料，由于PO膜是采用高级烯烃的原材料及其他助剂，这种膜相比于PE膜等还具有更好的拉伸强度及抗撕裂强度。
2.2 测试方法
本文首先设计了一个体积为2.5dm3的长方体作为单位体积，然后以3种薄膜材料覆盖长方体做成了3个体积相同试验用空腔，温度計探头位于长方体的几何中心。测试实验用三种结构PO薄膜及试验盒，如图3所示，其中1为照明光源，2为薄膜覆盖层，3为支撑薄膜结构。首先，在恒温恒湿箱（DHS-500）中对设计结构的薄膜进行保温性能分析，将恒温恒湿箱室内调节恒温器温度控制在-3℃以备试验测试环境需要;其次，在待测空腔中放置温度探测器并保证与设备连接信号正常，记录温度，然后将试验空腔从高温端环境（20℃）移至温度控制在-3℃的恒温恒湿箱中，记录实时温度随时间的变化;最后，绘制温度时间曲线图，探索比较薄膜保温性能以及降到零摄氏度时的时间演化规律。
3 结果与分析
保证箱体与覆盖薄膜不变，分别做五组实验，记录温度依次为T1、T2、T3、T4、T5，求得5次平均温度为T=（T1+T2+T3+T4+T5）/5，温度T随时间演化如图4所示。从图巾可以看出3种曲线图均为单调下降，普通薄膜降温在不到200S内，温度就迅速降低到了-3℃，气泡薄膜400S以前，温度降低较快，随后，温度降低速度显著放缓，并在很长时间内保持温度高于盒子外面气温-3℃。气柱薄膜的降温速度则更加缓慢，且在800S后基本保持温度不变。在相同的时间内，当普通薄膜结构已经降温到0℃时，气泡薄膜室内温度维持在5℃，而气柱薄膜还维持在9℃左右，由此可见，气柱薄膜结构保温效果十分最著。
另外，还可以看出单位体积薄膜降到0℃大约为350s，1.5倍体积气柱薄膜降到0℃大约为444s，2倍体积气柱薄膜降到0℃时大约为548s，降温到0℃时间相对于参考空腔延长了近60%。
4 结论
通过对气泡嵌入式和气柱式薄膜包裹长方体空腔的温度随时间变化试验，分析了不同结构薄膜对保温性能的影响。研究结果表明，气泡嵌入式薄膜与气柱泡泡薄膜均显示出良好的保温性能。保温体越大，温度下降越缓慢，当体积与普通棚膜相当的大棚选用气柱泡泡薄膜作为保温薄膜时，内部温度完全可以满足蔬菜大棚在冬季夜晚冻灾预防的需要。
同时，在不大量增加成本的前提下，将现有的普通大棚更换为气柱结构的大棚就可以使棚内温度显著增加，这对提高冬季大棚作物的品质，提高大棚生产的经济效益将会起到的促进作用。本研究所得出的基本影响规律对设计寒冷地区蔬菜大棚保温材料具有良好指导意义，同时对绿色产业的发展将起到积极作用。
参考文献
[1]倪金卫，李保明，王春彦.日照长度对双层塑料薄膜温室保温的影响[J].云南农业大学学报，2005 （2）：19-23
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