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纳米气凝胶毡在设施农业中的应用

发表时间:2016年8月31日 来源:www.jinshinami.com 浏览量:2932

纳米气凝胶虽然具有低体积密度、低导热系数、低介电常数、高比表面积和高孔隙率等特性,能作为一种良好的保温隔热材料使用,但同时由于单纯的纳米气凝胶强度低、韧性差和容易破碎等缺点,大大限制了其在实际生产中的应用。不过近年来,在纳米气凝胶柔韧性改良方面的研究也逐渐增多,制备出了柔韧性纳米气凝胶毡、纳米气凝胶保温隔热板等复合材料,并应用于节能建筑、冶金、航空航天和太阳能集水器等行业中。我国作为一个农业大国,在大规模的设施农业生产中,农业建筑设施的保温隔热是一大难点,而目前关于纳米气凝胶毡保温隔热材料在农业建筑中的应用研究几乎尚属空白,现探讨几种纳米气凝胶毡在农业建筑中的应用方式,以供以后研究使用。

1、纳米气凝胶毡作温室围护结构保温材料

冬季温室围护结构保温性能的好坏对室内温度高低具有重要影响,要使室内保持适宜温度,为人和生物营造适宜的生活环境,就必须加强温室外围护结构的保温要求。在现代设施农业生产中,温室大棚多以硬质塑料板、聚酯薄膜和玻璃等作为外围护结构,而这些材料的导热系数远大于纳米气凝胶毡。尽管影响温室覆盖材料保温性能的主要因素是辐射传热量,但对流、传导也是造成温室热量散失的原因,因而覆盖材料导热系数的大小对温室的保温性能也具有一定影响。可以在温室覆盖材料硬质聚酯片材中掺入适量的纳米气凝胶毡,做成新型的复合板材,或在聚酯薄膜表面适当喷涂纳米气凝胶毡涂层,在双层中空玻璃板中以纳米气凝胶毡代替空气作为填充介质,可有效降低原有温室覆盖材料的导热系数,改善其保温性能。这些掺入纳米气凝胶毡的新型覆盖材料对红外辐射也具有一定的抵抗作用,既可减少冬季辐射传热,也可在夏季进行遮光。

日光温室的保温蓄热主要是依靠北面厚墙对太阳能的吸收和蓄积,由蓄热层、保温层和隔热层组成,其墙体通常采用厚重的材料建造,厚度通常达到几米之多,不仅占用了大量的土地,且需要消耗大量的建筑材料。若在此复合墙体中用掺入纳米气凝胶毡做成新型的复合板材代替空心砖、加气混凝土砌块、聚苯板等作为保温层材料,在保证具有同等保温效应的情况下可大大减小厚墙保温层的厚度,从而有效节约了用地面积,增加了温室内可操作空间,大大节约了能源和提高了经济效益。

2、纳米气凝胶毡作设施养殖地面保温材料

在设施养殖畜禽舍中,与屋顶、墙壁相比较,地板的热量损失虽然不大,但是地面却是畜禽直接活动的地方,地板的保温性能将直接影响着畜禽的生长发育,因而通常需要在畜禽舍地面中设置保温层。常用保温层材料主要为空心砖、波纹瓦、加气混凝土或聚苯乙烯等材料,而这些材料与纳米气凝胶毡保温材料相比,不仅导热系数较高,且吸水结冰后容易起鼓变形,增加了固体传热,其保温性能将会大大降低,且机械性能较差。可用疏水型纳米气凝胶毡复合板材作为地面保温材料,既能提高保温隔热效果,同时避免出现吸水结冰而使保温性能降低的情况,同时不用再在地面中设置防潮层,既便于施工操作,又可节省材料,降低生产成本。

3、纳米气凝胶毡在农业建筑供暖系统中的应用

采暖是冬季农业建筑室内温度环境调控的最有效手段,常用的采暖方式有热风供暖、热水供暖和蒸汽供暖,而热水供暖使用最多。在热水供暖系统中,热量必须经过输送管道才能被送入温室或畜禽舍中,而在输送过程中由于管道的保温性能较差,从而造成了大量的热量损失,既不能有效满足温室或畜禽舍的采暖要求,又导致了能源的浪费,是设施农业冬季采暖面临的一大难题。纳米气凝胶作为一种新型的保温隔热材料已经在石油工业中得到应用,如华北油田采油厂水泵房输送管道包裹上纳米气凝胶棉毡后,保温效果得到显著提高,产生了较大的经济效益。可将此技术应用于农业建筑的采暖系统管道,由于采暖管道通常较长,使用纳米气凝胶棉毡包裹成本较高,可改为将纳米气凝胶毡做成特殊涂料后喷涂于输送管道表面,降低管道的导热系数,减少热量损失和避免冬季管道结冰给温室及畜禽舍供暖造成的危害,降低锅炉负荷,实现节能减排。除以上几种应用方式外,还可将纳米气凝胶毡颗粒、粉体掺入普通砂浆中做成保温砂浆用于日光温室厚墙保温。或在植物液体栽培的栽培槽表面喷涂纳米气凝胶毡涂料,以保持营养液温度,利于植物根系的生长发育。或将纳米气凝胶毡做成保温棉毡,作为温室保温被使用等。