建筑外墙用隔热涂料辐射换热原理分析

建筑(jiànzhù)外墙用隔热涂料

辐射换热原理分析

精品资料我国已出台建筑用隔热涂料产品的国家标准；引导全国建筑隔热涂料的科学推广以及合理应用。部分省市因地制宜(yīndìzhìyí)编制了建筑隔热涂料地方应用规程。各地建设管理机构配套出台了促进建筑隔热涂料在当地合理应用的管理文件和验收规定。为正确引导其产品的正确应用和健康发展起了非常重要的作用！精品资料围护结构节能(jiénénɡ)技术通过采取减少围护结构耗能的措施，包括提高围护结构的保温、隔热和气密性，以满足(mǎnzú)《节能设计标准》要求。精品资料热能的传导：热能总是试图达到一个平衡的状态!!第零定律热量传递过程的推动力：温差熵增定律导热：是物体不同温度(wēndù)的各部分直接接触而发生的热传递现象。热量传递的三种基本方式导热(热传导)对流(热对流)热辐射

精品资料传热过程(guòchéng)包含的传热方式：导热、对流、热辐射精品资料导热Conduction导热是指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依靠物质分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行的热量传递(chuándì)现象。可以在固体、液体、气体中发生在地球引力场范围内，单纯的导热只能发生在密实的固体中。在导热过程中，导热的热流量与壁两侧的温差成正比，与壁的厚度成反比，并与材料的导热性能有关。a必须有温差；b物体直接接触；c依靠(yīkào)分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；精品资料对流(duìliú)（热对流(duìliú)）(Convection)流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对(xiāngduì)宏观运动而传递热量的现象。对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，具有如下特点：

a导热与热对流同时存在的热传递过程

b必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；同样必须存在温差

c壁面处会形成速度梯度的边界层在传热的三个阶段中的第一个阶段和第三个阶段，往往是流体与固体壁面接触时的换热，在这种情况下，换热过程就不单有流体的对流作用，同时伴随着导热，我们把导热和对流共同存在的过程，称为对流换热过程。精品资料定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象交变电磁场在空间的传播。与弹性介质中的机械波不同，电磁波的传播不需要介质，且传播速度等于光速。电磁波传播速度、频率与波长(bōcháng)的关系：c=fλ真空c＝3×108m/s特点：a、任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b、可以在真空中传播；c、伴随能量形式的转变；（发射时热能转变为辐射能，吸收时辐射能转变为热能）d、具有强烈的方向性；e、辐射能与温度和波长(bōcháng)均有关；f、发射辐射取决于温度的4次方。热辐射(Thermalradiation)精品资料热辐射是依靠(yīkào)物体表面发射可见和不可见的射线来传递热量。物体表面每平方米每秒对外辐射的热量称为辐射力E，其大小与物体表面性质和温度有关。辐射换热物体间靠热辐射进行的热量(rèliàng)传递，它与单纯的热辐射不同。精品资料(5)辐射换热的特点a不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量b在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换物体热力学能电磁波能物体热力学能c无论温度(wēndù)高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温。辐射传热量是物体间相互辐射与吸收的动态平衡(当物体间处于热平衡时，净辐射换热量等于零，但是相互间的辐射与吸收仍在进行)。注意热辐射与辐射传热的概念区别精品资料图1-4对流(duìliú)换热中边界层的示意图对流换热的分类(fēnlèi)无相变：强迫对流和自然对流有相变：沸腾换热和凝结换热精品资料Convectionheattransfercoefficient对流换热的基本计算公式——牛顿(niúdùn)冷却公式h—

表面传热系数—热流量[W]，单位时间传递的热量q—热流密度A—与流体接触的壁面面积—固体壁表面温度—流体温度精品资料——当流体与壁面温度相差1度时、每单位(dānwèi)壁面面积上、单位(dānwèi)时间内所传递的热量影响h因素：流速、流体物性(wùxìnɡ)、壁面形状大小等（Convectionheattransfercoefficient）对流换热系数(表面传热系数)精品资料对流(duìliú)换热热阻：(Thermalresistanceforconvection)

精品资料（1）自然对流换热。由于流体(liútǐ)冷热部分的密度不同而引起的流动。主要受温差大小影响。（2）受迫对流换热。由于外力作用（如风吹，泵压）而迫使流体(liútǐ)产生对流。受迫对流包含了自然对流。主要受温差、风速及固体表明粗糙度的影响。精品资料精品资料稳态导热(dǎorè)精品资料3一维稳态传热(chuánrè)过程中的热量传递忽略(hūlüè)热辐射换热，则左侧对流换热热阻固体的导热热阻右侧对流换热热阻精品资料上面(shàngmiɑn)传热过程中传递的热量为：传热系数，是表征(biǎozhēnɡ)传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。单位面积的传热热阻

传热系数精品资料ak越大，传热(chuánrè)越好。若要增大k，可增大b非稳态传热(chuánrè)过程以及有内热源时，不能用热阻分析法精品资料建筑领域导热系数影响因素1）材质的影响。如：矿棉、泡沫塑料<砖、钢筋混凝土<钢材、铝2）材料干密度的影响。干密度越大，导热系数越大。对特殊材料来说：存在一个(yīɡè)最佳干密度值，使导热系数最小。3）材料含湿量的影响含湿量越大，导热系数越大。精品资料混凝土干密度与导热系数(xìshù)的关系砖砌体导热系数(xìshù)与重量湿度的关系精品资料壁体内表面吸热量(rèliàng)

αi——内表面换热系数平壁材料层导热量(rèliàng)λ——材料层导热系数壁体外表面散热量(rèliàng)αe——外表面换热系数稳态传热——北方(běifāng)冬季精品资料精品资料精品资料精品资料物体(wùtǐ)热辐射的特性：物体(wùtǐ)对热辐射的吸收、反射和穿透Qα温差

梯度，决定热流传导方向热

温度，决定辐射）[m2/s]精品资料不能按物体的颜色来判断（可见光只是全波长射线中的一小部分），白颜色的的物体不一定是白体。雪对可见光吸收率很小，但对全波长射线其吸收率α≈0.98，非常接近黑体；白布和黑布对可见光的吸收率不同，但对红外线的吸收率基本相同，普通(pǔtōng)玻璃能透过可见光，对λ＞3μm的红外线几乎是不透明体。精品资料辐射系数（C）辐射系数可以表征物体向外发射辐射的能力。各种物体的辐射系数均低于黑体，其数值大小(dàxiǎo)取决于物质种类、表面温度和表面状况。这说明只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外界条件。辐射系数的范围在0~5.68W/(m2•k4)黑度（ε）相同温度下，实际物体(wùtǐ)的半球总辐射力与黑体半球总辐射力之比:辐射力E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有波长的能量总和。黑体的辐射力为Eb；黑体的光谱辐射力为Ebλ精品资料物体对外来辐射的吸收和反射能力是和物体的性质、表面状况、所处温度(wēndù)和发射物体的温度(wēndù)有关。选择性吸收：投入辐射本身具有光谱特性，因此，实际(shíjì)物体对投入辐射的吸收能力也根据其波长的不同而变化，称为选择性吸收。精品资料隔热涂料的应用存在的问题：1、仅仅将该产品其一个“反射作用”特性进行了研究，量化计算的基础值得探讨。（无论是等效法或修正法）2、对其特性研究对象仅针对(zhēnduì)“反射性能”，希望揭示其自身的特性作用对结构热稳定做出的贡献。3、将该传热研究的基础仍建立在基于稳态导热理论，进入了一个不适合的体系，即一方面认为是“反射隔热周期作用”特性，而又采用稳态“保温”传统思路去分析其机理，其结果效应以及对“隔热涂料”产品性能的要求缺乏针对(zhēnduì)性和完整性。

精品资料昼夜---------------》建筑物内外表面的传热(chuánrè)特点夏冬精品资料精品资料黑体单色辐射Ebλ的最大值随着黑体温度升高而向波长较短一边(yībiān)移动。精品资料精品资料波段辐射力占同温度(wēndù)下黑体辐射力Eb的百分数。Fb(λ１－λ２）:精品资料热辐射主要处于(chǔyú)红外线波长范围内，αλ＝ελ这是克希霍夫定律的表达式，它说明在热平衡条件下，任意物体的吸收(xīshōu)比等于同温度下该物体的辐射率(黑度)。克希霍夫(Kirchhoff)揭示了与周围环境处于热平衡状态下实际物体的黑度与吸收率之间的关系。精品资料精品资料热辐射，0.76-20太阳辐射(tàiyánɡfúshè),0.38-0.76精品资料精品资料精品资料精品资料精品资料隔热涂料与普通涂料对比1、在250nm—2500nm反射比不具特点(tèdiǎn)；在760nm-2500nm表现其特征；2、在不同明度下，其760nm-2500nm反射特性更优于在250nm—2500nm反射比；3、在远红外其反射特性差异不明显3、发射率（黑度）与所处温度密切相关精品资料明度、颜色均表现在可见光谱(guāngpǔ)范围（太阳辐射），对普通涂料的吸收和反射影响大由于隔热涂料对红外光谱(guāngpǔ)更为敏感（热辐射），因此受明度、颜色因素影响小精品资料保温-----------------------》完全不同(bùtónɡ)的概念隔热精品资料墙体保温：1、外墙从内侧------外侧温度梯度随时间的延续——稳态传热（温差-热流波动）2、传导方式：单向的热传导，墙体失热过程(guòchéng)3、量化参数：传热系数保温——抵抗热流的传递4、热阻性能与材料密度成反比精品资料

λ

α=——

ρc

热扩散率a反映了导热过程中材料(cáiliào)的导热能力（λ）与沿途物质储热能力（ρc）之间的关系λ物体的导热系数(xìshù)越大，在相同的温度梯度下可以传导更多的热量。α越大，材料中温度变化传播的越迅速。α是材料传播温度变化能力大小的指标

ρc越小，温度升高1℃所吸收的热量越小，剩下更多热量继续向物体内部传递，能使物体各点的温度更快地随界面温度的升高而升高。λ:导热系数

单位W/m·K；ρ：密度，

单位Kg/m3c：比热容，

单位J/kg·K

精品资料墙体隔热：1、外墙从外侧------内侧温度梯度2、传导方式：辐射热传导的周期性波动特征（墙体得热）随时间的延续——趋于非稳态（温差-热流）3、量化参数：α、ρ、τ保温——抵抗热流波的能力R导热隔热——抵抗温度波的能力S和相位(xiàngwèi)延迟导温α=λ/ρc4、性能与墙材密度ρ成正比C为容积热容量精品资料建筑(jiànzhù)围护结构的热作用稳定传热基层墙体仅需给定室内、外设计计算气温，围护结构的昼、夜时段传热量恒定且对应一个传热阻，隔热涂料在维护结构外表面除与外空气发生热交换，还会受到外环境的热辐射和太阳辐射，发生复杂的辐射换热。这些辐射包括太阳直射、天空散射、地面反射、大气和地面的长波辐射，这些的热作用来自室外气温、辐射强度以及光谱波段随季节和昼夜而变化(biànhuà)——外表面隔热涂料对辐射热的反应，直接影响围护结构的传热特征。

精品资料夏天隔热涂料墙面的热发射能力以温度(wēndù)4次方提升，少吸多反射冬天隔热涂料墙面的热发射能力大幅度衰减红外线选择性吸收和反射的特性精品资料夏季：隔热涂料反射热能力主要体现在红外以及在近红外0.78-2.5波段对色彩与明度(mínɡdù)不敏感，同时吸收的热能具有较高的发射红外发射能力。（太阳光谱中热能主要在0.78-20红外区域）普通涂料对色彩具有明显的选择性吸收，其可见光区域的敏感性高于隔热涂料，对红外发射能力远低于隔热涂料，使得表面温度升高；温差，影响热流量精