溫室透光覆蓋材料的種類(lèi)

  溫室透光覆蓋材料主要為玻璃、塑料薄膜（軟硬）和硬塑料板（圖1）。普通平板玻璃或浮法玻璃通常用于玻璃；普通塑料薄膜包括聚乙烯（PE）膜、乙烯-醋酸乙烯（EVA）膜，聚氯乙烯（PVC）膜和聚烯烴（PO）薄膜；常用的硬塑料板主要是聚碳酸酯（PC）包括包括空心板和波浪板。

  玻璃

  玻璃是一種透光、保溫、防霧滴、耐久性理想的覆蓋材料，結構系數可靠，使用壽命長(cháng)達25年。玻璃溫室光照條件好，室內工作空間大，使用時(shí)間長(cháng)，適合大規模種植。玻璃仍然是歐洲和美國大多數寒冷氣候國家常用的溫室透光覆蓋材料。按加工方法分為普通平板玻璃和浮法玻璃，溫室常選擇4 mm和5 mm厚度有兩種規格。浮法玻璃因其表面光滑、光學(xué)畸變小、質(zhì)量好、尺寸可調范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在溫室建設中得到了廣泛的應用。但玻璃密度高工尺寸和承載能力的限制，玻璃密度高、骨架承載要求高、施工維護困難，玻璃溫室的高成本也限制了其在生產(chǎn)中的應用。雨雪過(guò)后，玻璃表面容易被灰塵污染，應及時(shí)清洗，以提高透光率。此外，玻璃的抗拉性、抗沖擊性易碎性差、對冰雹等惡劣自然災害的抵抗力差，容易對操作人員和作物造成嚴重損壞。

  軟質(zhì)塑料膜

  溫室的大規模推廣歸功于塑料薄膜在農業(yè)中的成功應用。軟塑料薄膜是目前設施園藝生產(chǎn)中應用廣泛的覆蓋材料。具有質(zhì)地柔軟、性能優(yōu)良、品種多、用途廣泛、透光率高、價(jià)格低廉、實(shí)用性強、粘結、鋪張、裝卸及相關(guān)配套設備操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。軟塑料薄膜作為溫室覆蓋材料，可以防止或減少自然災害對作物的威脅，提高溫室的運行效率，獲得大的經(jīng)濟效益。生產(chǎn)中使用的塑料薄膜主要具有PVC膜、PE膜、EVA膜和PO目前好的覆蓋材料是乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）膜，耐高溫聚酯（PET）膜和PO膜，與EVA膜相比，PO膜的平均透光率高于15.8%，作物產(chǎn)量也相應增加。根據幾種常用塑料薄膜的熱學(xué)特性，生產(chǎn)溫室秋冬茬或冬春茬蔬菜PVC無(wú)滴膜、PO膜或EVA薄膜是好的。

由于樹(shù)脂和添加劑的類(lèi)型、數量、質(zhì)量、厚度、均勻性和制造工藝不同，軟塑料薄膜的透光性和制造工藝而異。軟塑料薄膜強度低、穩定性差的缺點(diǎn)也必須在安裝和使用中給予足夠的重視，棚膜的防塵、修復和防火也應在生產(chǎn)和應用中進(jìn)行。

  硬塑料板和塑料膜

  硬塑料板可以改善溫室的應力狀態(tài)，承受更大的雨雪荷載，提高溫室的安全性。適用于各種結構形式的溫室，具有優(yōu)異的抗沖擊性和良好的抗彎強度。早期用于溫室透光的硬塑料板包括聚氯乙烯（PVC）玻璃鋼板（GRP）等等，由于耐候性差，近年來(lái)基本全部改為PC板。PC板材機械性能均衡，保溫性好，外觀(guān)整潔美觀(guān)，但PC板透光率下降快，容易附著(zhù)灰塵，難以清除，價(jià)格昂貴。目前廣泛應用于一些高檔花卉溫室或展示溫室。市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)PC平板有三種類(lèi)型：平板、波浪板和多層空心板。平板厚度0.7~1.22 mm，波浪板覆蓋的溫室光線(xiàn)均勻，平均透光率略有提高。雙層或三層聚碳酸酯空心板厚度為3~16 mm，保溫效果好，其傳熱系數可降1.6~2.2 W/（m2·K），比玻璃節能30%~60玻璃纖維增強聚酯板（FRP）以聚酯樹(shù)脂為主，加入玻璃纖維提高強度，具有不燃燒、耐腐蝕、抗拉強度高、光學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。FRP板的透光率接近玻璃，但使用幾年后，纖維開(kāi)始分離，板變黃，透光率降低。聚氟乙烯薄膜（PVF）它是一種強度高、耐老化的硬膜，是近使用壽命長(cháng)的塑料膜，可連續覆蓋12層~15年。但由于氟的毒性，氟在制造過(guò)程中需要夾在中間層，以免使用過(guò)程中污染環(huán)境，使用后需要回收。

  多功能透光覆蓋材料

  隨著(zhù)農業(yè)生產(chǎn)對數據需求的增加，與普通覆蓋材料相比，新的覆蓋材料在光環(huán)境調節、遮陽(yáng)冷卻、生理活動(dòng)調節、除濕防霧等方面具有特殊功能。例如，添加不同顏料制成的彩色薄膜對滿(mǎn)足不同作物的特殊光譜需求具有重要的調節作用；減少光中的紫外線(xiàn)UVC膜，可以防止害蟲(chóng)，減少農藥的使用；使可見(jiàn)光盡可能通過(guò)，減少紅外遮陽(yáng)保溫膜，可以達到提高溫室溫度的目的，也可以通過(guò)溫室通風(fēng)和其他控制方法來(lái)控制溫室溫度。一些散射光材料可以均勻地分布到溫室中，以改善植物群體底部的光合作用。此外，通過(guò)調整不同波長(cháng)的光，不斷報告作物對胡椒和西紅柿的光合作用。鑒于溫室高濕度的環(huán)境條件，利用吸濕材料提高防霧和滴水性能也是擴大覆蓋材料功能的重要方面。在生產(chǎn)應用中，應根據不同作物的生長(cháng)特點(diǎn)、生產(chǎn)目的和栽培系統選擇合適的多功能透光覆蓋材料。

溫室透光覆蓋材料的特點(diǎn)

  溫室內獲得的光能主要取決于透光覆蓋材料的光學(xué)特性。太陽(yáng)輻射的微小差異將顯著(zhù)影響作物的生長(cháng)發(fā)育。此外，透光覆蓋材料還可以調節溫室的溫度。根據溫室建設區的氣候和作物種植的生長(cháng)要求，溫室透光覆蓋材料的選擇應主要考慮其光學(xué)特性、熱學(xué)特性、機械性能、防霧滴性能和耐候性（表1）。

  光學(xué)特性

  光學(xué)特性是溫室透光覆蓋材料重要的性能，在一定程度上決定了溫室內的光強度和光譜分布，顯著(zhù)影響了作物的光合作用和器官的形成。因此，溫室透光覆蓋材料的光學(xué)特性需要高透光率。其次，透光譜適合作物的生長(cháng)。透光率主要包括五個(gè)含義：①材料對光線(xiàn)垂直入射的透光率；②不同入射角下的透光率；③透光率隨時(shí)間衰減；④散射光與直射光的比例；⑤不同光質(zhì)的透光率。透光覆蓋材料應具有大的透光能力，因此理想的透光覆蓋材料應為400波段~700 nm光合有效輻射（PAR）區域透光率高，其他波段透光率低。太陽(yáng)輻射透光率與溫室透光覆蓋材料的特性及其污染和老化密切相關(guān)。新溫室棚膜的透光率為88%~95%，如果使用滴膜而不經(jīng)常清除污染，再加上自身老化和溫室結構遮陽(yáng)，日光溫室的低透光率只有40%左右。研究表明，PVC膜透光率低，PE膜透光率高，EVA膜透光率介于兩者之間PVC膜較PE膜很容易被污染。部分高散光覆蓋材料可將部分直射光轉化為散射光并傳輸到陽(yáng)光溫室，使輻射分布更加均勻，在一定程度上避免了弱光區的出現。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的多功能抗老化、防塵無(wú)滴膜，使PVC和PE光學(xué)性能不斷提高。不同的覆蓋材料對不同光質(zhì)的透光率有很大的不同，PE膜在270~380 nm紫外光區的透光率為80%~90%，而PVC膜在350 nm紫外光透過(guò)率低于0.1 mm厚的PVC膜對5000 nm上述遠紅光透光率為25%，EVA膜透光率為55%，PE膜透光率為88%。4000~700 nm藍光波段可見(jiàn)光區，PVC膜透光率高，EVA膜透光率低；黃綠光區，PE膜透光率高，EVA膜次之，PVC膜低。另外，由于內部添加劑不同，同一覆蓋材料的透光率也不同，如PE膜的透光率由高到低PE耐老化膜>PE無(wú)滴膜>PE草莓專(zhuān)用膜>PE無(wú)滴耐老化膜。

  熱學(xué)特性

  選擇具有良好隔熱性能的透光覆蓋材料對降低溫室運行能耗起著(zhù)重要作用。覆蓋材料的傳熱方式主要包括傳導、對流和輻射。溫室透光覆蓋材料薄，傳導熱阻小。對流傳熱強度主要取決于室外風(fēng)速和室內空氣流動(dòng)。因此，輻射性能是衡量透光覆蓋材料隔熱性能的重要依據。太陽(yáng)輻射進(jìn)入太陽(yáng)能溫室后，被其內部土壤、墻壁、骨架和作物吸收，轉化為長(cháng)波輻射向外釋放。這些長(cháng)波輻射的進(jìn)出取決于覆蓋材料。透光覆蓋材料可以防止室內地面、作物等低溫物體的長(cháng)波輻射進(jìn)入溫室，從而起到保溫作用。低紅外輻射滲透性的溫室覆蓋材料有利于保持溫室內的熱量和溫度。為了提高材料的長(cháng)波輻射性能，紅外屏障劑經(jīng)常添加到塑料中。一般來(lái)說(shuō)，PVC膜長(cháng)波輻射透過(guò)率低，保溫性能好，PE膜不易污染，但長(cháng)波輻射透射率高，保溫性能差，EVA膜長(cháng)波輻射滲透率高，保溫性能差，但優(yōu)于PE膜，PO膜的性能明顯優(yōu)于傳統膜PE膜及EVA膜，其中PO膜覆蓋溫室的溫度比PE高膜覆蓋溫室1~2℃。

  機械性能

  透光覆蓋材料作為園藝設施的主要外殼，多年暴露直暴露在自然界中。它必須堅固耐用，能承受風(fēng)、雨、陽(yáng)光、冰雹、雪壓和極端溫度的影響，但也應便于運輸、安裝和控制，因此必須具有較強的機械性能。機械性能是指透光覆蓋材料在使用過(guò)程中承受荷載能力和影響安裝施工難度的重要指標，主要包括材料強度、抗沖擊性、熱膨脹和冷收縮性能。軟塑料薄膜通常用縱向和橫向拉伸強度和斷裂拉伸率來(lái)表示材料的強度指標，而玻璃和其他剛性材料則用抗壓強度、抗拉強度、彎曲強度和抗沖擊強度來(lái)衡量。軟塑料薄膜具有較大的伸縮性和較小的抗裂強度；玻璃具有良好的透光性、絕緣性和抗老化性，但抗沖擊性弱、易碎性和無(wú)彎曲性；硬塑料不僅具有良好的抗沖擊性、絕緣性和耐候性，而且具有較強的抗彎曲性、整潔美觀(guān)，適用于各種溫室。

  防霧滴性

  由于棚內外溫差，特別是冬季，棚膜內外溫差較大，棚內空氣中的水蒸氣會(huì )在棚膜表面液化凝結成水滴。這些水滴會(huì )散射和反射到棚內的光線(xiàn)，降低棚膜的透光率和溫度，從而阻礙作物的生長(cháng)發(fā)育。如果凝結的水滴滴落在作物表面、幼苗雄蕊或幼苗雄蕊上，會(huì )引起燒心，容易誘發(fā)作物疾病的發(fā)生和傳播。鑒于這一現象，溫室覆蓋材料應具有減少內壁水滴吸附和直接滴落的功能，以增強薄膜表面的親水性。露滴沿棚膜表面擴展到薄水層，并沿表面流下。這種性能被稱(chēng)為無(wú)滴或滴。使覆蓋材料流滴的方法主要是在棚膜制備過(guò)程中添加或在棚膜表面噴的流滴劑，使覆蓋材料的表面具有高親水性。棚膜的流滴性能不僅與棚膜的制膜原料和制膜工藝有關(guān)，還受土壤水分、空氣濕度、棚膜覆蓋方法等因素的影響。

  耐候性

  隨著(zhù)使用時(shí)間的延長(cháng)，溫室透光覆蓋材料的外觀(guān)逐漸變暗，透光率下降，機械性能減弱，易撕裂，終不能滿(mǎn)足透光、保溫、保濕、防止滴水、減少霧等使用要求。因此，棚膜的光溫功能需要與長(cháng)壽保持同步。結構良好的聚合物分子不易被光氧化或熱氧化降解，或選擇耐候性好的材料，是延長(cháng)溫室透光覆蓋材料耐候性的有效途徑，但研發(fā)成本高，周期長(cháng)，價(jià)格高。目前，綜合性能好，壽命可達10年P(guān)ET膜的使用壽命更長(cháng)PC板、ETFE棚膜已投入使用，但價(jià)格相對較高。在現有材料配方的基礎上，添加光穩定劑、熱穩定劑、抗氧化劑和紫外線(xiàn)吸收劑，延長(cháng)溫室透光覆蓋材料的使用壽命，增加棚膜拉伸和抗撕裂強度，不易吸收灰塵，長(cháng)期保持高透光率，配方設計、加工成型、驗證試驗周期短，應用效果顯著(zhù)。