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1、建筑外墙用隔热涂料 辐射换热原理分析,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！,围护结构节能技术,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 满足节能设计标准要求。,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
2、热(热传导) 对流(热对流) 热辐射,传热过程包含的传热方式：导热、对流、热辐射,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 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；,对流（热对流）(Convection),流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对宏观运动而传递
3、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。,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、频率与波长的关系： c = f 真空
4、c3108 m/s特点：a、任何物体，只要温度高于0 K，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均有关；f、发射辐射取决于温度的4次方。,热辐射(Thermal radiation),热辐射是依靠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传递，它与单纯的热辐射不同。,(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
5、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,图1-4 对流换热中边界层的示意图,对流换热的分类无相变：强迫对流和自然对流有相变：沸腾换热和凝结换热,对流换热的基本计算公式牛顿冷却公式, 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间
6、内所传递的热量,影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等,（Convection heat transfer coefficient）,对流换热系数(表面传热系数),对流换热热阻：(Thermal resistance for convection),（1）自然对流换热。由于流体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。,稳态导热,3 一维稳态传热过程中的热量传递,忽略热辐射换热，则左侧对流换热热阻,固体的导热热阻,右侧对流换热热阻,上面传热过程中传
7、递的热量为：,传热系数 ，是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。,传热系数,a k 越大，传热越好。若要增大 k，可增大,b 非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法,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。,混凝土干密度与导热系数的关系,砖砌体导热系数与重量湿度的关系,壁体内表面吸热量i内表面换热系数平壁材料层导热量材料层导热系数壁体外表面散热量e外表面换热系数,稳态传热北方冬
8、季,物体热辐射的特性：,物体对热辐射的吸收、反射和穿透,Q 温差 梯度，决定热流传导方向热温度，决定辐射） m2 /s,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， 普通玻璃能透过可见光，对3m的红外线几乎是不透明体。,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05
9、.68W/(m2 k4),黑度（）相同温度下，实际物体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Eb,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、所处温度和发射物体的温度有关。,选择性吸收：投入辐射本身具有光谱特性，因此，实际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。,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“反射性能”，希望揭示其自身的
10、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性和完整性。,昼 夜- - 建筑物内外表面的传热特点 夏 冬,黑体单色辐射Eb的最大值随着黑体温度升高而向波长较短一边移动。,波段辐射力占同温度下黑体辐射力Eb的百分数。,Fb(）:,热辐射主要处于红外线波长范围内，,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
11、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。,热辐射，0.76-20,太阳辐射, 0.38-0.76,隔热涂料与普通涂料对比1、在250nm2500nm反射比不具特点；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250nm2500nm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,明度、颜色均表现在可见光谱范围（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更为敏感（热辐射），因此受明度、颜色因素影响小,保温 -完全不同的概念隔热,墙体保温： 1、外墙从内侧 - 外侧 温度梯度随时间的延
12、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, = c,热扩散率a 反映了导热过程中材料的导热能力（ ） 与沿途物质储热能力（ c ）之间的关系, 物体的导热系数越大，在相同的温度梯度下可以传导更多的热量。,越大，材料中温度变化传播的越迅速。是材料传播温度变化能力大小的指标,c 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。, :导热系数 单位W/mK； ：密度， 单位Kg/m3c：比热容， 单位J/kgK,墙体隔热：1、外墙 从
13、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： 、保温抵抗热流波的能力 R 导热隔热抵抗温度波的能力 S 和相位延迟 导温=/ c4、 性能与墙材密度成正比 C为容积热容量,建筑围护结构的热作用,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
14、夜而变化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。,夏天 隔热涂料墙面的热发射能力以温度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,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,冬季： 由于太阳辐射强度降低，室外温度的走低，隔热涂料的热辐射能力降低一半以上，相对
15、吸收更多红外热；在夜晚，墙体红外互射达到平衡， 隔热涂料墙体在低温和长波段的热发射能力 明显减弱，其在低温黑度值的优势，提升吸收红外波能力温度梯度变缓，热流量减少，热损失降低。,围护结构的传热过程 稳定传热+辐射传热,反映了墙材抵抗热流和温度波共同作用的能力。（既包含热阻又附加导温能力来体现非稳态热传递的表现特征）外来热辐射波穿透墙体的时间（相位延迟）和波动幅度（温度）衰减的程度，表现出墙体综合热流稳定性能。隔热涂料夏季与冬季提升墙体热稳定性！反映变化温度梯度下的热流传递时间、波动幅度两因数的衰减特征。 （得热加的少隔热，失热减的少保温）,围护结构传热过程的周期性,有限厚度平壁在简谐波热作用下的传热特点围护结构一般都认为是有限厚度的平壁，两侧均会受到空气温度辐射传热作用的影响。把平壁所受的周期性热作用分解为三个过程，再进行叠加，得到综合结果。,=,+,+,双向辐射热作用,稳态传热过程 墙材热效应,隔热涂料对辐射作用外侧热效应,内侧辐射作用热效应,综合性能,谢 谢！,
