常见内保温材料的保温性能究竟如何？怎么使用才不会误踩雷区？

温室常用内保温覆盖材料及保温性能评价

必要的环境温度是温室作物赖以生存的基础，只有在一定的温度基础之上，作物才能正常生长发育，并有望获得理想的产量和品质，因此温度是温室环境调控的重要参数。温度调控的本质是调控温室空间的热量，在低温季节，尽可能地留住室内空间热量或通过主动加热方式适当补充热量；在高温季节，尽可能减少进入室内的热量或者通过主动降温方式排除室内的多余热量。鉴于试验目的，这里仅探讨低温季节。

主动加热是低温季节温度调控最行之有效的措施，但是必然伴随着能耗和成本问题。据调查，在中国传统的温室中，按标准煤计算，不同地区的加热燃煤消耗量：北纬35°地区为190~260t/hm2，北纬40°地区为390~520t/hm2，北纬43°地区为640~900t/hm2，可占生产成本的30%~70%。因此，减少温室的加热能耗，是提高设施园艺生产经济效益的重要手段。

温室都具有良好的太阳辐射透过性，晴天白天会有大量的太阳辐射透射进来。进入温室的太阳辐射，通常会被室内各种表面吸收后转变成长波热辐射，并因温室空间的相对封闭特性和大部分覆盖材料的长波辐射阻隔特性，长波辐射的大部分会留在室内，加热室内空气，提高空气温度，从而形成良好的温室热环境。如果能够通过一定的工程手段或者管理措施，将白天蓄积在温室内的热量尽可能多、尽可能久地留住，就可以有效减少加热负荷或者缩短加热时间，从而减少加热投入、降低生产成本、促进节能减排。

根据温室空间热平衡分析，在加热温室中，夜间损失的热量，主要包括通过围护结构覆盖层的传热、通过温室缝隙的通风耗热，以及土壤的地中传热。其中围护结构的传热量是最主要的热损失途径，可占总热量损失的60%以上；冷风渗透的热损失，与温室的密闭性有关，约占温室总热量损失的5%~20%；土壤的地中传热，根据土壤温度与室内空气温度的关系，约占温室总热量损失的-30%~30%，即当空气温度高于土壤温度时，土壤处于吸热状态，会导致室内热量损失；反之，土壤处于放热状态，会提升室内空气温度。由此可见，围护结构传热是温室热损失最主要的途径，因此提高温室自身的保温性能，是维持温室冬季热环境的基本措施，对降低加热调控投入，促进设施园艺生产的可持续发展具有重要意义。

常用内保温覆盖材料

温室的覆盖层通常包括作为围护结构的固定覆盖层（也称主覆盖层）和用于临时调控环境的附加覆盖层（也称活动覆盖层、保温幕、遮阳幕等）。对于固定覆盖层，在选择材料时，透光特性往往是优先考虑的因素，而保温性不一定能很好地得到兼顾；退一步讲，即使有一定的兼顾，作为单层透明覆盖材料，其保温作用仍是非常有限，因此，在原有的固定覆盖层基础之上，再专门增设具有保温作用的活动保温覆盖层，已成为温室生产中普遍采用的方法。

用作保温的附加覆盖层，通常是在夜间或低温时展开使用，在主要采光时段收拢，基本不影响整体的透光效果，所以材料的选择无须考虑透光性等方面要求，而是以保温性能为主，这也是很多非透明材料或者部分透明的材料经常被采用的原因。

从安装位置来分，附加保温覆盖可以安装在温室内部，称之为内保温覆盖，也可以安装在温室外部，称之为外保温覆盖。从便于安装控制角度，在我国，除日光温室的主要附加保温层采用外保温覆盖方式之外，连栋温室等其他温室的保温则都是以内保温覆盖方式为主。

温室内保温覆盖也多采用薄型柔软的材料，易卷放，卷起收拢后所占空间小，遮光少。常用的内保温覆盖材料主要有以下几种：

反射性保温材料

长波红外辐射是导致覆盖材料传热损失的主要传热形式之一，因此，具有阻隔辐射传热作用是覆盖材料具有良好保温性能的基本特征，具有这类特性的典型材料就是诸如铝箔薄膜一类材料。光亮的铝金属表面对红外辐射的反射率可高达90%以上，用铝金属材料制作成的薄膜具有良好的保温性，在生产中应用广泛。

◆铝反射薄膜

铝反射膜的制作方法：一是在聚酯、聚丙烯或聚乙烯薄膜的基材上，通过真空蒸镀等工艺，形成表面致密光亮的镀铝膜。二是利用铝金属良好的延展性，加工成为铝箔，厚度多在0.01mm以下；为了增强铝箔的机械强度，铝箔的两面贴附聚酯或聚乙烯等材料的表面保护膜层。贴附保护膜后，铝箔反射膜表面红外反射率有所降低，一般为60%~85%。

在实际的温室工程中，将铝反射薄膜直接用作保温幕的情况并不多见。因为铝反射薄膜的透气性较差，直接用作内保温幕，不能有效排除水汽，会在温室内陆面蒸发和植物蒸腾作用下，室内空气中水汽不断增多和大量聚集，在保温幕内侧产生水汽冷凝等现象，进而可能导致室内异常高湿的环境。

◆缀铝膜

发挥铝膜薄膜的保温特性，同时克服其透气性差的缺点，将铝反射薄膜裁切为数毫米宽度的窄条，按一定的编织方法，制作成为帘状的材料，就是所说的缀铝膜（图1）。

缀铝膜的窄条之间的缝隙，使其具有一定的透气性，可以使幕帘一侧的高湿度空气向另一侧扩散，在不显著影响其保温性的同时，又可以在一定程度上降低室内的空气湿度，因此在实际工程中应用很多。

实际生产中，缀铝膜保温幕往往还兼作夏季遮阳幕使用，这时缀铝膜能够透过适当的光线，以满足植物对于光照的需求，所以很多缀铝膜在制作时，除铝反射薄膜条以外，还按比例适当地编入透明薄膜条。铝反射膜条比例较高的缀铝膜，保温性较高、透光率较低；反之，铝反射膜条比例较低的缀铝膜，保温性较低而透光率较高，一般生产厂家会针对不同缀铝膜产品给出相应的保温性能和遮光性能，供使用者选用，如表1所示。

无纺布（不织布，或非织造材料）

无纺布包括针刺、水刺、热压、纺粘、化学粘合等工艺制成的产品。目前在设施园艺工程中使用的非织造材料主要有两大类：一类是使用再生纤维制作的针刺毡，这类材料通常较厚重，主要使用在日光温室外保温覆盖（保温被）中，用作保温芯材或面层；另一类是使用热压或化学粘合制造的薄型无纺布。这类材料主要是采用聚丙烯纤维、聚酯纤维或粘胶纤维等短纤维或者长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成，其特点是抗拉强度较高、质地轻柔、透气性好。

无纺布的颜色有白色、黑色、黄色、绿色、银灰色等多种，通常以白色居多，其厚度为0.09~0.17mm，重量为15~200g/m2，一般幅宽50~200cm，遮光率为25%~90%。20~30g/m2的无纺布主要用作浮面覆盖，30~80g/m2的无纺布主要用作内、外保温或遮阳覆盖材料，80g/m2以上的无纺布主要用作保温被面层或内保温芯材。

保温被

随着日光温室保温需求的提高，从20世纪90年代开始，厚型保温材料——专用保温被也被开发出来。保温被产品多为多层复合构造，其主芯材通常采用一些蓬松、保温性能好的材料制成，因此保温被的保温性能优于薄型保温覆盖材料。但是因为保温被类产品厚重、透气性差、卷放占空间等问题，国内还很少用于内保温，而是主要用于日光温室等的外保温，但是在韩国、日本等国家的一些温室中有内保温方面的应用[2]。

其他材料

除了上述专用保温材料之外，各类透光性的塑料薄膜类覆盖材料，也会通过设置双层固定覆盖层，或者设置室内保温幕、拱棚、地膜等形式，用来增加温室空间、冠层空间的空气温度或土壤温度。另外，也有利用聚酯、聚丙烯或聚乙烯等透明或非透明塑料纱线、扁线或窄条等，经过编织或粘接等工艺制成的塑料编织布，用作温室的保温幕材料。因材料、工艺的不同，产品在机械强度以及遮光、保温、透气、透湿等方面具有不同的性能。

保温性能评价方法

温室覆盖层以对流、辐射和导热三种方式传热。在低温季节，覆盖层传热包括以下三个过程：一是在覆盖层内侧，来自室内各表面以及空气的热量，通过对流和辐射的方式传至覆盖层内侧；二是在覆盖层内部的传热，热量由内侧表面传递到外侧表面，对于无孔隙的均质材料，其传热方式主要是材料内的导热，对于有孔隙的材料，其传热方式既包括材料中的导热，也有在孔隙中的空气对流换热，以及材料内部表面间的辐射传热，三是覆盖层外侧与室外空气的传热，则是以辐射和对流方式传递。传热方式和传热过程复杂，所以工程实践中，不对其加以区分，而是通常以传热系数来综合评价覆盖层的保温特性。

温室覆盖层传热系数

传热系数是指在热稳定的状态下，单位时间内，温室覆盖层两侧空气存在每1K（或1℃）温差所引起的通过覆盖材料单位面积的传热量，其单位为W/(m2·K)或W/(m2·℃)。

通过传热系数这一参数，根据式（1）就可以方便地计算出通过温室覆盖层的热量损失，即，

（1）

式中：Q——温室覆盖的热量损失，W；Ai——温室各部分覆盖的面积，m2；Ki——与Ai对应的传热系数，W/(m2·K)或W/(m2·℃)；∆t——温室内、外空气温差，K或℃。

式（1）中的传热系数，也与覆盖材料特性有关。传热系数越小，意味着覆盖层传热量越少，即保温性越好。常见覆盖材料的传热系数如表2所示。

覆盖层热节省率

由表2可以很容易找到不同覆盖材料作为温室覆盖层时的传热系数，以及采取不同附加保温覆盖措施之后的覆盖层传热系数。虽然也能很清楚地看出采取保温覆盖措施之后，传热系数下降、保温性提高的效果，但是保温效果到底提高多少，或者热损失减少多少，还是很难直观、定量地加以评价，因此通常还需要一个评价指标，即热节省率，有时也称之为节能率或者保温率。

所谓热节省率，就是在温室固定覆盖层基础上增加附加保温覆盖层（如保温幕）后，温室总覆盖层热损失量降低值与原固定覆盖层（无附加保温覆盖层）的热损失量之比。如果采用αc表示热节省率，则根据定义可以得到如下计算方法：

（2）

式中：αc——热节省率，%；Q——增加附加保温覆盖后的温室覆盖层热损失量，W；Q0——温室固定覆盖层的热损失量，W。

由于传热量与传热系数成正比，根据式（1）和式（2），还可以得到，

（3）

式中：K——增加附加保温覆盖后的温室覆盖层传热系数，W/（m2·K）或W/（m2·℃）；K0——温室固定覆盖层的传热系数，W/(m2·K)或W/（m2·℃）。

温室在采取不同的附加保温覆盖之后的热节省率，可以利用式（3）计算，也可以参考表1与表2获得。

保温覆盖材料使用中的注意事项

适宜保温覆盖材料的选择

就保温覆盖材料而言，传热系数越小的材料保温性越好。对于各种薄型保温覆盖材料，影响其传热系数的主要因素是其长波辐射的通过性能，一般反射率越高，其保温性能越好，因此从表2可以看出，镀铝膜的保温性最好，其次是缀铝膜。

但是鉴于内保温覆盖层的透气、遮阳以及卷放等需求，具有一定透光率的缀铝膜具有很好的优势。对于保温被等厚型保温材料，芯材导热系数和厚度都是影响其保温性的重要因素；如果再增加镀铝膜表层，其保温性会进一步提升；但是保温被类的材料，如果用在室内空间，需要考虑其透气性差、卷放占空间、白天遮光等不利因素。

多层保温覆盖材料的组合

无论选择什么材质的附加保温覆盖材料，其保温能力都是有限度的，为了进一步提升其保温性，采用多层保温覆盖是非常有效的办法。从表2可以看出，温室以单层聚乙烯膜作为保温幕时，其热节省率为31%；增加至双层时，热节省率可增加至45%；但如果采用一层聚乙烯膜和一层镀铝膜作为双层保温幕时，其热节省率则可增至65%，可见，采用多层保温覆盖会显著减少温室的热损失。但在采用多层保温幕时，需要注意以下几点：

（1）采用多层附加保温覆盖措施后，温室覆盖层总传热系数的降低幅度，或者热节省率的增加幅度，并不与附加覆盖层的数量成正比，也就是说，当增加至多层时，其加保温性能的提高速度会趋于平缓。

（2）在采用多层附加保温覆盖时，不同位置选用不同的材质进行组合使用，效果会更好。比如，镀铝膜或者缀铝膜等对长波辐射反射率高的保温材料用在外层，可有效阻隔热量的损失；而如无纺布等透气性好的材料用在最下层，可有效防止保温覆盖层表面结露、滴水。

（3）各附加保温覆盖层，不能贴合在一起，各层之间至少要留出1cm以上的空隙，才能确保各层有效发挥保温效果。

加强保温覆盖层密闭性

对于使用过程中的保温覆盖层，影响其整体传热系数，即保温性能的因素，除了所选用材质的长波辐射吸收和反射特性之外，两侧表面的对流换热作用，也是重要的因素。如果附加保温覆盖层不能形成连续、密封的整体，其内外两侧的空气流动就会导致保温层保温性能的大幅度下降。因此，设置内保温幕，应注意一是要形成一个封闭的整体空间，二是对于一些分块搭接的地方，无论是在设计上，还是在管理上，都要特别注意其密闭性。

作者：赵淑梅，王平智，程杰宇，马承伟（中国农业大学水利与土木工程学院，农业农村部设施农业工程重点实验室）