建筑用隔熱涂料熱工性能評價(jià)方法分析

2012年第10期總第40卷第260期建筑節能■墻體與設計No, 10 in 2012 (Total No 260, Vol 40)WaLL desigNdoi:10.3969jiss.1673-7237,2012.10.01l建筑用隔熱涂料熱工性能評價(jià)方法分析邱童(上海市建筑科學(xué)研究院(集團)有限公司,上海200032)摘要:外墻及屋面通過(guò)采用熱反射隔熱涂料來(lái)提髙太陽(yáng)光反射比和半球發(fā)射率,從而達到了隔熱降溫α果,結合上海的氣候特點(diǎn)對此進(jìn)行了理論分析,參考囯內外隔熱涂料相關(guān)標準,提岀了涂層穩態(tài)表面溫度、等效熱阻、熱惰性修正系等評價(jià)指標及方法為隔熱涂料的效果評價(jià)提供了理論依據關(guān)鍵詞:隔熱涂料;節能效果;建筑節能;傳熱系數中圖分類(lèi)號:TU1.19文獻標志碼:A文章編號:1673-7237(2012)10-004204Thermal Performance Evaluation of Solar Reflecting Coatinghanghai Research Institute of Building Science, Shanghai 200032, China)Abstract: The thermal performance of solar reflecting coating is studied. Based on the heat transfer theoretical analysis, series of evaluating indicators including outside surface tempalent thermal resistance, inside surface maximum temperature and thermal inertiaKey words: solar reflectingthermal performance; building energy efficiency; heat transfer coefficient1概述的重要影響因素,涂層表面暴露于太陽(yáng)光下時(shí),其穩地球上能接受到的太陽(yáng)輻射由紫外光、可見(jiàn)光和態(tài)下(涂層表面的太陽(yáng)光吸收量、涂層對天空的輻射近紅外光線(xiàn)組成,合計總能量最高可達1000w/m2以換熱量、涂層與空氣的對流換熱量以及涂層向室內側上,波長(cháng)區域是02~2.5m。其中紫外區為02傳遞的熱量達到穩態(tài)平衡)表面溫度T按式(1)計算,0.38m,能量約占5%;可見(jiàn)光區為0.38~0,76m,占若為水平屋面,可簡(jiǎn)化為式(2)總能量的45%左右;入射在建筑外表面涂層上的太陽(yáng)al=colsa TM -,Tr)射比P之間的關(guān)系為:a+r+m1。提高涂層的反射比(-了-工輻射被吸收、透射或反射,其吸收比α、透射比r和反(1)RotRρ,可以使涂層表面對能量的吸收減少,涂層溫度上升al=ao(T-T )+h, T-T) T-T的幅度降低。采用高反射率和髙折光指數材料是提高R。+R1涂層反射降溫的有效途徑。在大氣環(huán)境中熱量吸收和式中:a為涂層的太陽(yáng)光吸收率,a=1p,;輻射存在馬鞍形現象,在波長(cháng)8-~13.5m區域會(huì )出Ⅰ為太陽(yáng)輻射強度,wm?(依照氣象數據取值)現熱量輻射大于吸收,采用紅外輻射材料的涂料能提E為半球輻射率高這一區域的熱輻射,從而可使涂層表面溫度比環(huán)境σ為波爾茲曼常數,取566961×10w(m2K低。因此,通過(guò)提高太陽(yáng)光反射比和提高輻射率是反T為天空溫度,K射隔熱涂料的主要降溫機理。h為對流傳熱系數,取12W(m2K);2隔熱涂料熱工性能分析T為室外空氣溫度,K隔熱涂料在建筑上應用的節能效果可以從以下T為室內空氣溫度,K幾種方法進(jìn)行分析:①外表面溫度的計算:②等效熱R為圍護結構傳熱阻,m2“K/W阻值的計算:③建筑能耗模擬計算;④熱惰性及內表R,為內表面換熱熱阻,0.11m2K/W面最高溫度計算。xs為外表面相對天空的角系數1涂層表面溫度穩態(tài)計算方法x2為外表面相對地面(即水平線(xiàn)以下區域)的角太陽(yáng)光反射比和半球輻射率都是涂層表面溫度系數收稿日期:2012-05-26Eg為地面*基金項目:國家十二五科技支撐計劃(2011BAJ03B01)外表面溫YH剛王0△Tgm為涂層外表面夏季晝夜最大溫差,K;△T3=T=-Tsm為涂層外表面夏季夜間最低溫度KAT=T-I根據以上公式代入GB50176《民用建筑熱工設計式中:4T為涂層外表面夏季溫度波幅,K規范》上海地區夏季的氣象參數,計算得到上海地區T為涂層外表面夏季平均溫度,K;屋面和外墻外表面涂層穩態(tài)溫度以及溫度波幅和極Tsms為涂層外表面夏季最高溫度,K限溫差如表1所示表1上海夏季建筑外表面涂層溫度及波幅計算值太陽(yáng)光反射率005(標準黑色)0.208(標準白色)最高溫度/℃平均溫度/℃C43.640.3水平屋面溫度波幅/C34.323.610.5極限溫差/℃50.5最高溫度/C45.4平均溫度C30.5南向墻面溫度波幅/C14.1極限溫差/℃24.4最高溫度/℃43.5374平均溫度/℃北向墻面溫度波幅/℃11.1極限溫差/C19.316.514.812,4最高溫度/℃平均溫度℃36.932.2東(西)向墻面溫度波幅/C31422.717.6極限溫差/℃39,222等效熱阻計算式中:F1為圍護結構的溫差負荷現有的節能設計標準中對于墻體和屋面熱工性J1為太陽(yáng)輻射強度,W/m2能的規定性指標以控制傳熱系數K為主,因此,隔熱sr為反射涂層半球輻射率涂料的節能貢獻如果以等效熱組(或者稱(chēng)為當量熱阻En為普通涂層半球輻射率的方式計算將十分方便地應用于現有節能設計體系K為外墻傳熱系數,W(m2K)中,等效熱阻的計算主要以負荷計算中的綜合溫度法Fw為外墻面積,m2;理論為基礎建立計算方法,首先計算夏季和冬季的傳to為室內溫度;熱系數修正系數,然后計算全年綜合修正系數,進(jìn)而得到等效熱阻,具體如下?！茷閷r(shí)間的積分符,表示在計算時(shí)間段內溫22.1夏季傳熱系數修正值計算差負荷的疊加隔熱涂料和普通涂料相比,其在整個(gè)夏季對墻體t為室外空氣溫度傳熱系數的修正系數U,可用下式計算p為隔熱涂料對太陽(yáng)輻射的吸收比(1-p)a(-1,)ρn為普通涂料對太陽(yáng)輻射的吸收比。由于隔熱涂料的反射比一般大于普通涂料的反&Ce射比,則其吸收比也小于普通涂料的吸收比,則隔熱涂料在夏季對傳熱系數的修正系數υ<1W=EF∑F=KF∑(1-p)/ cC,B-L))2.2.2冬季傳熱系數修正值計算在冬季,室內空調設定溫度高于室外空氣溫度,其修正系數U表達式為K∑(+1=B-5C-42-)KF∑(.-4(-p)r E Ce-l,).KF∑+=BCm-=4)中國煤化工(9)KF∑(CNMHG冬季對傳熱系數的修正系數v>1值及等效熱阻值計算2.2.3全年傳熱系數修正值計算根據以上公式代入上海地區典型氣象年的氣象綜合隔熱涂層對建筑夏季隔熱和冬季保溫效果參數,分別計算得到冬季和夏季傳熱系數的修正系數的影響,得到全年K值修正系數υo表達式為:以及等效熱阻值,見(jiàn)表2、3。UF+uEEat(10)23能耗模擬計算能耗模擬計算方法現在已廣泛應用于建筑節能式中:U0為全年傳熱系數修正系數設計中的權衡計算,可以針對不同的單體特點(diǎn)進(jìn)行能E為采暖年耗電量,kw·hm,依據不同地區的耗分析,對于反射隔熱涂料可以直接在建模計算時(shí)通HDDl8確定;過(guò)改變外墻或屋面太陽(yáng)光反射比進(jìn)行能耗分析,本文E為空調年耗電量,kw·hm,依據不同地區的選取上海某6層住宅模型(如圖1)進(jìn)行計算,根據上CDD26確定;海地區的氣象參數和建筑圍護結構參數設置,模擬不22.4上海不同反射比彩色隔熱涂層傳熱系數修正同反射率變化對多層建筑能耗的影響,結果如表4。表2上海不同反射比的彩色隔熱涂層K值修正系數太陽(yáng)光反射比P≥0.800.80>P,≥0.700.70>10.60>p,≥0.500.50>≥0.40夏季修正系數≤0.340.34-0.460.46-0.600.60~0.730.73~0.86冬季修正系數全年修正系數≤0.800.80~0.840.84~0.870.87~0.910.91~0.95表3上海不同反射比的彩色隔熱涂層K等效熱阻值太陽(yáng)光反射比P≥0.800.80>p1≥0.700.70>p≥0.600.60>p,≥0.500.50>P≥0.40等效熱組/mKW≥0.210.16~0.210.12~0.160.08~0.120.04~0.08表4上海多層不同反射率對能耗影響分析太陽(yáng)光反射比/夏季負荷,冬季負荷/kWh/(m2·a)kW·h/(m2"a)kW.h/(m a)kWh(m·a)31.3333.016.549.518.030.017947.935.032.031.0圖2上海多層不同反射率外墻對夏季能耗影響圖16層住宅建筑模型24內表面最高計算溫度以及熱惰性指標圖2~4分別為夏季、冬季、全年能耗隨反射率變根據GB50176《民用建筑熱工設計規范》中對建化曲線(xiàn)圖,由圖可以看出反射率的提高對夏季能耗的筑隔熱性能的降低、冬季能耗的增加以及全年綜合能耗的降低幾乎通過(guò)夏季內表中國煤化工熱性能可以呈線(xiàn)性關(guān)系。光反射比和半球CNMH重要因素18.518.0100%圖3上海多層不同反射率外墻對冬季能耗影響圖4上海多層不同反射率外墻對全年能耗影響可以通過(guò)以下公式針對不同氣候條件和不同的基材中通常采用熱惰性指標D值來(lái)簡(jiǎn)化表征圍護結構的計算m進(jìn)行隔熱設計。隔熱性能。因此,計算不同太陽(yáng)光反射比對D值的修0-0,+(+ A)B正系數◇具有較強的實(shí)際操作性。D=RS=. RigcRT·R=1+Ra=+4(1-p)≤CO=t)D·R0.15K(13)6.=D,g7R(15)rage0.5K式中:8.m為內表面最高溫度,℃為內表面平均溫度,℃式中:D為圍護結構熱惰性指標值:A為室外綜合溫度波幅值,℃δ為圍護結構熱惰性指標修正系數;A為室內計算溫度波幅值,℃R為圍護結構熱阻,m2KWU0為圍護結構衰減倍數;S為圍護結構蓄熱系數,W(m'K)為室內空氣到內表面的衰減倍數;λ為圍護結構平均導熱系數,W(mK)B為相位差修正系數g為圍護結構密度,kgm4為室內計算溫度平均值,℃,取=1+15℃c為圍護結構比熱容,J/(g·K)D為有隔熱涂層的圍護結構熱惰性指標為室外綜合溫度平均值,℃D為有普通涂層的圍護結構熱惰性指標?！錇槭彝庥嬎銣囟绕骄?℃代入上海地區的典型氣象參數計算得到上海夏Ro為圍護結構傳熱阻,m2KW;季傳熱系數的修正系數。0=1.70-188,p=0.80不同為平均太陽(yáng)輻射強度,Wmi反射比彩色隔熱涂層熱惰性指標D值修正系數計算計算內表面最高溫度比較繁瑣,在實(shí)際工程應用如表5所示。表5不同反射比的彩色隔熱涂層D值修正系數太陽(yáng)光反射比0.80>p≥0.700.70>p2≥0600.50>9≥0.40D值修正系數1.85~1.55155~1.35135~1.211.21~1.093結論roofs in two small non-residential buildings[J]. Energy, 2003(28): 953-967綜合以上分析可以看出,外表面溫度的計算、等②2重徐強等建筑外場(chǎng)隔熱涂料節能效果實(shí)測研究U新型建筑材效熱阻值的計算、建筑能耗模擬計算、熱惰性及內表*20。98082面最高溫度計算4種方法都可以用于建筑反射隔熱3]許錦峰等熱反射外涂料的節能機理與效果分析建筑節能,涂料節能效果分析,其中等效熱阻法在節能設計時(shí)最200603為簡(jiǎn)便易操作,可作為節能設計規定性指標的補充,4童,范宏武等熱反射隔熱星面的應用研究巾建筑節能201012)能耗模擬計算也可以方便用于單體建筑能耗的權衡5859計算,外表面溫度、內表面最高計算溫度以及熱惰性5BT25261-200建筑用反射隔熱涂料S指標值可用于隔熱設計與評價(jià)參考文獻作者簡(jiǎn)介:邱童(19中國煤化工,工程師,建筑JH Akbari. Measured energy savings from the application of reflective Ti能研究室副主任。.HCNMHG