建筑外墻用隔熱涂料輻射換熱原理分析

建筑(jiànzhù)外墻用隔熱涂料

輻射換熱原理分析

精品資料我國(guó)已出臺(tái)建筑用隔熱涂料產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；引導(dǎo)全國(guó)建筑隔熱涂料的科學(xué)推廣以及合理應(yīng)用。部分省市因地制宜(yīndìzhìyí)編制了建筑隔熱涂料地方應(yīng)用規(guī)程。各地建設(shè)管理機(jī)構(gòu)配套出臺(tái)了促進(jìn)建筑隔熱涂料在當(dāng)?shù)睾侠響?yīng)用的管理文件和驗(yàn)收規(guī)定。為正確引導(dǎo)其產(chǎn)品的正確應(yīng)用和健康發(fā)展起了非常重要的作用！精品資料圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能(jiénénɡ)技術(shù)通過(guò)采取減少?lài)o(hù)結(jié)構(gòu)耗能的措施，包括提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱和氣密性，以滿(mǎn)足(mǎnzú)《節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。精品資料熱能的傳導(dǎo)：熱能總是試圖達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)!!第零定律熱量傳遞過(guò)程的推動(dòng)力：溫差熵增定律導(dǎo)熱：是物體不同溫度(wēndù)的各部分直接接觸而發(fā)生的熱傳遞現(xiàn)象。熱量傳遞的三種基本方式導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))對(duì)流(熱對(duì)流)熱輻射

精品資料傳熱過(guò)程(guòchéng)包含的傳熱方式：導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射精品資料導(dǎo)熱Conduction導(dǎo)熱是指物體各部分無(wú)相對(duì)位移或不同物體直接接觸時(shí)依靠物質(zhì)分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞(chuándì)現(xiàn)象?？梢栽诠腆w、液體、氣體中發(fā)生在地球引力場(chǎng)范圍內(nèi)，單純的導(dǎo)熱只能發(fā)生在密實(shí)的固體中。在導(dǎo)熱過(guò)程中，導(dǎo)熱的熱流量與壁兩側(cè)的溫差成正比，與壁的厚度成反比，并與材料的導(dǎo)熱性能有關(guān)。a必須有溫差；b物體直接接觸；c依靠(yīkào)分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量；精品資料對(duì)流(duìliú)（熱對(duì)流(duìliú)）(Convection)流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對(duì)(xiāngduì)宏觀運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量的現(xiàn)象。對(duì)流換熱：當(dāng)流體流過(guò)一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過(guò)程，具有如下特點(diǎn)：

a導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的熱傳遞過(guò)程

b必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；同樣必須存在溫差

c壁面處會(huì)形成速度梯度的邊界層在傳熱的三個(gè)階段中的第一個(gè)階段和第三個(gè)階段，往往是流體與固體壁面接觸時(shí)的換熱，在這種情況下，換熱過(guò)程就不單有流體的對(duì)流作用，同時(shí)伴隨著導(dǎo)熱，我們把導(dǎo)熱和對(duì)流共同存在的過(guò)程，稱(chēng)為對(duì)流換熱過(guò)程。精品資料定義：有熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞能量的現(xiàn)象交變電磁場(chǎng)在空間的傳播。與彈性介質(zhì)中的機(jī)械波不同，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，且傳播速度等于光速。電磁波傳播速度、頻率與波長(zhǎng)(bōcháng)的關(guān)系：c=fλ真空c＝3×108m/s特點(diǎn)：a、任何物體，只要溫度高于0K，就會(huì)不停地向周?chē)臻g發(fā)出熱輻射；b、可以在真空中傳播；c、伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；（發(fā)射時(shí)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，吸收時(shí)輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽ヾ、具有強(qiáng)烈的方向性；e、輻射能與溫度和波長(zhǎng)(bōcháng)均有關(guān)；f、發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。熱輻射(Thermalradiation)精品資料熱輻射是依靠(yīkào)物體表面發(fā)射可見(jiàn)和不可見(jiàn)的射線來(lái)傳遞熱量。物體表面每平方米每秒對(duì)外輻射的熱量稱(chēng)為輻射力E，其大小與物體表面性質(zhì)和溫度有關(guān)。輻射換熱物體間靠熱輻射進(jìn)行的熱量(rèliàng)傳遞，它與單純的熱輻射不同。精品資料(5)輻射換熱的特點(diǎn)a不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量b在輻射換熱過(guò)程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換物體熱力學(xué)能電磁波能物體熱力學(xué)能c無(wú)論溫度(wēndù)高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量；總的結(jié)果是熱由高溫傳到低溫。輻射傳熱量是物體間相互輻射與吸收的動(dòng)態(tài)平衡(當(dāng)物體間處于熱平衡時(shí)，凈輻射換熱量等于零，但是相互間的輻射與吸收仍在進(jìn)行)。注意熱輻射與輻射傳熱的概念區(qū)別精品資料圖1-4對(duì)流(duìliú)換熱中邊界層的示意圖對(duì)流換熱的分類(lèi)(fēnlèi)無(wú)相變：強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流有相變：沸騰換熱和凝結(jié)換熱精品資料Convectionheattransfercoefficient對(duì)流換熱的基本計(jì)算公式——牛頓(niúdùn)冷卻公式h—

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)—熱流量[W]，單位時(shí)間傳遞的熱量q—熱流密度A—與流體接觸的壁面面積—固體壁表面溫度—流體溫度精品資料——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位(dānwèi)壁面面積上、單位(dānwèi)時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量影響h因素：流速、流體物性(wùxìnɡ)、壁面形狀大小等（Convectionheattransfercoefficient）對(duì)流換熱系數(shù)(表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))精品資料對(duì)流(duìliú)換熱熱阻：(Thermalresistanceforconvection)

精品資料（1）自然對(duì)流換熱。由于流體(liútǐ)冷熱部分的密度不同而引起的流動(dòng)。主要受溫差大小影響。（2）受迫對(duì)流換熱。由于外力作用（如風(fēng)吹，泵壓）而迫使流體(liútǐ)產(chǎn)生對(duì)流。受迫對(duì)流包含了自然對(duì)流。主要受溫差、風(fēng)速及固體表明粗糙度的影響。精品資料精品資料穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(dǎorè)精品資料3一維穩(wěn)態(tài)傳熱(chuánrè)過(guò)程中的熱量傳遞忽略(hūlüè)熱輻射換熱，則左側(cè)對(duì)流換熱熱阻固體的導(dǎo)熱熱阻右側(cè)對(duì)流換熱熱阻精品資料上面(shàngmiɑn)傳熱過(guò)程中傳遞的熱量為：傳熱系數(shù)，是表征(biǎozhēnɡ)傳熱過(guò)程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺，不是物性參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。單位面積的傳熱熱阻

傳熱系數(shù)精品資料ak越大，傳熱(chuánrè)越好。若要增大k，可增大b非穩(wěn)態(tài)傳熱(chuánrè)過(guò)程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用熱阻分析法精品資料建筑領(lǐng)域?qū)嵯禂?shù)影響因素1）材質(zhì)的影響。如：礦棉、泡沫塑料<磚、鋼筋混凝土<鋼材、鋁2）材料干密度的影響。干密度越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大。對(duì)特殊材料來(lái)說(shuō)：存在一個(gè)(yīɡè)最佳干密度值，使導(dǎo)熱系數(shù)最小。3）材料含濕量的影響含濕量越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大。精品資料混凝土干密度與導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)的關(guān)系磚砌體導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)與重量濕度的關(guān)系精品資料壁體內(nèi)表面吸熱量(rèliàng)

αi——內(nèi)表面換熱系數(shù)平壁材料層導(dǎo)熱量(rèliàng)λ——材料層導(dǎo)熱系數(shù)壁體外表面散熱量(rèliàng)αe——外表面換熱系數(shù)穩(wěn)態(tài)傳熱——北方(běifāng)冬季精品資料精品資料精品資料精品資料物體(wùtǐ)熱輻射的特性：物體(wùtǐ)對(duì)熱輻射的吸收、反射和穿透Qα溫差

梯度，決定熱流傳導(dǎo)方向熱

溫度，決定輻射）[m2/s]精品資料不能按物體的顏色來(lái)判斷（可見(jiàn)光只是全波長(zhǎng)射線中的一小部分），白顏色的的物體不一定是白體。雪對(duì)可見(jiàn)光吸收率很小，但對(duì)全波長(zhǎng)射線其吸收率α≈0.98，非常接近黑體；白布和黑布對(duì)可見(jiàn)光的吸收率不同，但對(duì)紅外線的吸收率基本相同，普通(pǔtōng)玻璃能透過(guò)可見(jiàn)光，對(duì)λ＞3μm的紅外線幾乎是不透明體。精品資料輻射系數(shù)（C）輻射系數(shù)可以表征物體向外發(fā)射輻射的能力。各種物體的輻射系數(shù)均低于黑體，其數(shù)值大小(dàxiǎo)取決于物質(zhì)種類(lèi)、表面溫度和表面狀況。這說(shuō)明只與發(fā)射輻射的物體本身有關(guān)，而不涉及外界條件。輻射系數(shù)的范圍在0~5.68W/(m2?k4)黑度（ε）相同溫度下，實(shí)際物體(wùtǐ)的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:輻射力E：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長(zhǎng)的能量總和。黑體的輻射力為Eb；黑體的光譜輻射力為Ebλ精品資料物體對(duì)外來(lái)輻射的吸收和反射能力是和物體的性質(zhì)、表面狀況、所處溫度(wēndù)和發(fā)射物體的溫度(wēndù)有關(guān)。選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實(shí)際(shíjì)物體對(duì)投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長(zhǎng)的不同而變化，稱(chēng)為選擇性吸收。精品資料隔熱涂料的應(yīng)用存在的問(wèn)題：1、僅僅將該產(chǎn)品其一個(gè)“反射作用”特性進(jìn)行了研究，量化計(jì)算的基礎(chǔ)值得探討。（無(wú)論是等效法或修正法）2、對(duì)其特性研究對(duì)象僅針對(duì)(zhēnduì)“反射性能”，希望揭示其自身的特性作用對(duì)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定做出的貢獻(xiàn)。3、將該傳熱研究的基礎(chǔ)仍建立在基于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱理論，進(jìn)入了一個(gè)不適合的體系，即一方面認(rèn)為是“反射隔熱周期作用”特性，而又采用穩(wěn)態(tài)“保溫”傳統(tǒng)思路去分析其機(jī)理，其結(jié)果效應(yīng)以及對(duì)“隔熱涂料”產(chǎn)品性能的要求缺乏針對(duì)(zhēnduì)性和完整性。

精品資料晝夜---------------》建筑物內(nèi)外表面的傳熱(chuánrè)特點(diǎn)夏冬精品資料精品資料黑體單色輻射Ebλ的最大值隨著黑體溫度升高而向波長(zhǎng)較短一邊(yībiān)移動(dòng)。精品資料精品資料波段輻射力占同溫度(wēndù)下黑體輻射力Eb的百分?jǐn)?shù)。Fb(λ１－λ２）:精品資料熱輻射主要處于(chǔyú)紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)，αλ＝ελ這是克希霍夫定律的表達(dá)式，它說(shuō)明在熱平衡條件下，任意物體的吸收(xīshōu)比等于同溫度下該物體的輻射率(黑度)。克?；舴?Kirchhoff)揭示了與周?chē)h(huán)境處于熱平衡狀態(tài)下實(shí)際物體的黑度與吸收率之間的關(guān)系。精品資料精品資料熱輻射，0.76-20太陽(yáng)輻射(tàiyánɡfúshè),0.38-0.76精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料隔熱涂料與普通涂料對(duì)比1、在250nm—2500nm反射比不具特點(diǎn)(tèdiǎn)；在760nm-2500nm表現(xiàn)其特征；2、在不同明度下，其760nm-2500nm反射特性更優(yōu)于在250nm—2500nm反射比；3、在遠(yuǎn)紅外其反射特性差異不明顯3、發(fā)射率（黑度）與所處溫度密切相關(guān)精品資料明度、顏色均表現(xiàn)在可見(jiàn)光譜(guāngpǔ)范圍（太陽(yáng)輻射），對(duì)普通涂料的吸收和反射影響大由于隔熱涂料對(duì)紅外光譜(guāngpǔ)更為敏感（熱輻射），因此受明度、顏色因素影響小精品資料保溫-----------------------》完全不同(bùtónɡ)的概念隔熱精品資料墻體保溫：1、外墻從內(nèi)側(cè)------外側(cè)溫度梯度隨時(shí)間的延續(xù)——穩(wěn)態(tài)傳熱（溫差-熱流波動(dòng)）2、傳導(dǎo)方式：?jiǎn)蜗虻臒醾鲗?dǎo)，墻體失熱過(guò)程(guòchéng)3、量化參數(shù)：傳熱系數(shù)保溫——抵抗熱流的傳遞4、熱阻性能與材料密度成反比精品資料

λ

α=——

ρc

熱擴(kuò)散率a反映了導(dǎo)熱過(guò)程中材料(cáiliào)的導(dǎo)熱能力（λ）與沿途物質(zhì)儲(chǔ)熱能力（ρc）之間的關(guān)系λ物體的導(dǎo)熱系數(shù)(xìshù)越大，在相同的溫度梯度下可以傳導(dǎo)更多的熱量。α越大，材料中溫度變化傳播的越迅速。α是材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)

ρc越小，溫度升高1℃所吸收的熱量越小，剩下更多熱量繼續(xù)向物體內(nèi)部傳遞，能使物體各點(diǎn)的溫度更快地隨界面溫度的升高而升高。λ:導(dǎo)熱系數(shù)

單位W/m·K；ρ：密度，

單位Kg/m3c：比熱容，

單位J/kg·K

精品資料墻體隔熱：1、外墻從外側(cè)------內(nèi)側(cè)溫度梯度2、傳導(dǎo)方式：輻射熱傳導(dǎo)的周期性波動(dòng)特征（墻體得熱）隨時(shí)間的延續(xù)——趨于非穩(wěn)態(tài)（溫差-熱流）3、量化參數(shù)：α、ρ、τ保溫——抵抗熱流波的能力R導(dǎo)熱隔熱——抵抗溫度波的能力S和相位(xiàngwèi)延遲導(dǎo)溫α=λ/ρc4、性能與墻材密度ρ成正比C為容積熱容量精品資料建筑(jiànzhù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱作用穩(wěn)定傳熱基層墻體僅需給定室內(nèi)、外設(shè)計(jì)計(jì)算氣溫，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的晝、夜時(shí)段傳熱量恒定且對(duì)應(yīng)一個(gè)傳熱阻，隔熱涂料在維護(hù)結(jié)構(gòu)外表面除與外空氣發(fā)生熱交換，還會(huì)受到外環(huán)境的熱輻射和太陽(yáng)輻射，發(fā)生復(fù)雜的輻射換熱。這些輻射包括太陽(yáng)直射、天空散射、地面反射、大氣和地面的長(zhǎng)波輻射，這些的熱作用來(lái)自室外氣溫、輻射強(qiáng)度以及光譜波段隨季節(jié)和晝夜而變化(biànhuà)——外表面隔熱涂料對(duì)輻射熱的反應(yīng)，直接影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱特征。

精品資料夏天隔熱涂料墻面的熱發(fā)射能力以溫度(wēndù)4次方提升，少吸多反射冬天隔熱涂料墻面的熱發(fā)射能力大幅度衰減紅外線選擇性吸收和反射的特性精品資料夏季：隔熱涂料反射熱能力主要體現(xiàn)在紅外以及在近紅外0.78-2.5波段對(duì)色彩與明度(mínɡdù)不敏感，同時(shí)吸收的熱能具有較高的發(fā)射紅外發(fā)射能力。（太陽(yáng)光譜中熱能主要在0.78-20紅外區(qū)域）普通涂料對(duì)色彩具有明顯的選擇性吸收，其可見(jiàn)光區(qū)域的敏感性高于隔熱涂料，對(duì)紅外發(fā)射能力遠(yuǎn)低于隔熱涂料，使得表面溫度升高；溫差，影響熱流量精