“西北非耕地温室结构与建造技术”项目成果汇报(10)

温室覆盖材料保温性能测试台改进及保温被的选型

研制背景

温室覆盖层的传热量通常占温室总热量损失的75%以上，因此，采用保温性良好的保温覆盖材料来提高温室覆盖层的保温性能，无论对于加温温室、还是不加温的温室或大棚，都是实现其温度环境节能调控的重要途径。

目前，中国市场上由不同厂家生产的温室覆盖材料种类繁多，新的产品还在不断开发，对其保温性能的测定、评价等工作亟待开展。尤其是近年来，随着日光温室的大量普及，以保温被为代表的保温覆盖材料得到了迅速的推广，市场巨大。由于保温被开发应用历史较短，且多由小型企业自行研发生产，其保温性能如何，更是需要进行准确的鉴别、评价，以对其生产发展进行正确的引导，同时也为生产实践中的选型、应用提供理论依据。

覆盖材料传热性能参数也是园艺设施热环境理论计算与分析的重要基础数据，准确地掌握覆盖材料的传热特性，才能掌握不同覆盖材料对设施内环境的影响情况，合理地进行设施内热环境的设计与调控。另外，农业部已于2009年12月22日实施了《温室覆盖材料保温性能测定方法（NY/T 1831-2009）》的农业行业标准，该标准详细具体地规定了温室覆盖材料保温性能测试评价的指标、方法与设备条件，使我国温室保温覆盖材料的保温性能评价有了统一的依据。但是，该标准的实施，极大地依赖于保温性能测试技术与设备，因此相关设备的研究与开发具有重要的现实意义。

鉴于此，根据“西北非耕地温室结构与建造技术”项目的任务要求，参加单位中国农业大学水利与土木工程学院在过去研究开发成果的基础上，进一步从测试的自动化水平与测试精度等方面对原有测试系统进行了研究与完善，获得了显著的效果，开发推出了新一代温室覆盖材料保温性能测试台。并在2013年宁夏吴忠孙家滩示范日光温室的保温被选型中得到了应用。

温室覆盖材料保温性能测试台测试原理

温室覆盖材料保温性能测试台是一种用来测试农用薄膜、PC板、玻璃、保温被、保温帘等覆盖材料保温性能的一种检测设备。该测试台是按《温室覆盖材料保温性能测定方法（NY/T 1831-2009）》标准的要求，依据静态热箱法原理设计的。该方法综合考虑了覆盖材料同周围环境的相互热交换作用，采用能全面直观地反映覆盖材料隔热保温性能的传热系数K作为评价覆盖材料保温性能的指标，其定义为：在热稳定状态下，覆盖材料二侧单位温度差作用下通过单位面积的热流量，即：

静态热箱法的测试装置主体主要包括二个部分，热箱和冷箱，分别模拟覆盖材料使用时的温室内、外环境，试件放置于冷箱和热箱的交界面处（图1（a）为测试单层覆盖材料，图（b）为测试双层或多层覆盖材料的情况）。热箱内设置加热装置，配之以冷箱中的调温装置，可调控冷箱和热箱中的空气温度。各箱壁采用绝热良好的材料制作，以尽量减少环境温度变化对箱内的影响，尽量减少热箱中通过箱壁传出的热流量 及 。在测试系统持续运行达到热稳定状态，冷箱与热箱中的空气温度达到预定值，箱体内各部件及箱体表面温度均达到稳定的情况下，测定热箱中的加温热流量 与通过箱壁传出的热流量 及 ，则可以计算通过覆盖材料传出的热流量 ，并结合试件面积与冷箱、热箱间的空气温度差，即可计算得出试件的传热系数等保温性评价参数。

测试台研制解决的技术问题

温室覆盖材料保温性能测试台研制中关键的技术问题，一是需使测试设备在测试运行中达到规定的测试条件和热稳定状态，同时，必须保证对测试参数的测定精度。二是由于测试过程较长，测试采集的数据量大，对测试台状态的调控以及数据处理方法较为复杂，为提高测试操作的效率与降低劳动强度，需要实现测试过程的自动化。

测试台状态与测试条件的模拟及自动调控技术

为了真实地反映实际使用中各种因素对温室覆盖材料保温性的影响，需要在测试时，模拟建立尽可能接近覆盖材料实际使用环境的各种条件，包括覆盖材料两侧的气温、气流速度以及热辐射环境。根据《温室覆盖材料保温性能测定方法（NY/T 1831-2009）》标准的规定，测试台工作中需控制的测试条件为：冷箱内空气温度-4～0 ℃（模拟室外气温），热箱内空气温度22～26 ℃（模拟温室内气温），冷箱内气流速度0～5 m/s（模拟室外风速），冷板温度-22～-18 ℃（模拟天空辐射背景）。

上述条件中，冷箱内的气流采用轴流风机，并由冷箱内设置的气流循环流动通道产生，冷板的低温采用制冷系统实现；冷箱内气流速度以及冷板温度分别采用变频器对风机或制冷压缩机通过变频的方法实现无级连续调控；而冷箱与热箱内气温，则通过分别调节冷箱与热箱内加热器的加热功率进行调控，其难点在于冷箱与热箱相互间通过试件有热量传递，其温度相互关联影响，同时，由于箱体具有一定热容量，箱体内的气温变化相对于加热功率的调节有滞后的情况，鉴于此，本测试台采用了“小步试探、反馈跟踪、逐步逼近”的控制策略，解决了对冷箱与热箱内气温的调控问题。

电压的高精度调节与稳定技术

热箱加热功率是重要的测试参数，直接影响传热系数的测定精度。由于一般市电的电压均有一定的波动幅度，直接利用市电加热会造成加热功率超过5%的波动幅度，无法满足测试精度的要求。接入普通交流稳压器虽可以降低电压的波动幅度，但仍有超过2%的波动。相比之下直流稳压电源的稳定性就好得多，可以控制加热功率的波动幅度在1%以下，但一般的直流稳压电源没有4-20mA接口无法和温度控制仪表连接。作为解决对策，采用485总线读取温控仪表的变送信号，再通过计算机的USB接口将所需的电压值输送到直流稳压电源中，实现对热箱加热功率的高精度控制。

测试过程的自动化与测试台测控软件

测试台的测试过程，依据先后顺序分为基准冰点准备与试件安装、除湿、测试状态调整、热稳定、数据采集与计算、测试结果表格文件编制与输出、存储等步骤，整个过程时间较长，其中一些过程需要反复读取数据、进行大量复杂的计算判断并不断调整，为提高测试操作的效率与降低劳动强度，实现测试过程的自动化是必要的。

为此，首先，测试台的主要检测与控制均选用智能化的、带有与计算机通讯功能的仪器设备，如用于测试状态调整带有USB接口的直流稳压电源、带有485接口和变送功能的温控器以及功率调节模块等，温度数据采集采用安捷伦公司的多通道数据采集器34972A。这些仪器均与一台计算机连接，由计算机集中控制。

测试台运行测试中的测试状态调整、热稳定、数据采集与计算、测试结果表格文件编制与输出、存储等测试过程耗时占整个测试过程时间的80%以上，且伴随大量数据采集和复杂的计算判断与调整的操作。对此，针对测试台的上述测控工作过程，编制了专用的自动测试和数据处理软件，使上述过程全部实现了自动化，大大降低了

保温被选型上的应用

温室覆盖材料保温性能测试设备的开发，为日光温室保温被等温室保温覆盖资材进行科学测定和评价提供了技术支撑。因此，在本项目2013年度宁夏吴忠孙家滩示范日光温室建设过程中，使用该测试设备对保温被样品进行了测试、评价和筛选。通过对山东寿光大面积使用的14个厂家生产的26种保温被的保温性能的检测得知，目前山东寿光使用的主流保温被的传热系数在0.423 W/（m2・K）到1.255 W/（m2・K）之间。综合考虑检测样品的保温性能、每平方米重量、防水性能以及价格等因素，最终筛选并推荐宁波中直公司生产的D900型保温被用于新建示范温室。经过近一年的使用，温室的综合性能较好。

另外，本设备还在新疆农科院农机化研究所、北京市农业机械试验鉴定推广站、山东农机试验鉴定站等单位的温室覆盖材料保温性能测试上得以应用。（执笔人：中国农业大学-王平智，马承伟，赵淑梅）