建筑用隔热涂料热工性能评价方法分析

2012年第10期总第40卷第260期建筑节能■墙体与设计No, 10 in 2012 (Total No 260, Vol 40)WaLL desigNdoi:10.3969jiss.1673-7237,2012.10.01l建筑用隔热涂料热工性能评价方法分析邱童(上海市建筑科学研究院(集团)有限公司,上海200032)摘要:外墙及屋面通过采用热反射隔热涂料来提髙太阳光反射比和半球发射率,从而达到了隔热降温α果,结合上海的气候特点对此进行了理论分析,参考囯内外隔热涂料相关标准,提岀了涂层稳态表面温度、等效热阻、热惰性修正系等评价指标及方法为隔热涂料的效果评价提供了理论依据关键词:隔热涂料;节能效果;建筑节能;传热系数中图分类号:TU1.19文献标志码:A文章编号: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概述的重要影响因素,涂层表面暴露于太阳光下时,其稳地球上能接受到的太阳辐射由紫外光、可见光和态下(涂层表面的太阳光吸收量、涂层对天空的辐射近红外光线组成,合计总能量最高可达1000w/m2以换热量、涂层与空气的对流换热量以及涂层向室内侧上,波长区域是02~2.5m。其中紫外区为02传递的热量达到稳态平衡)表面温度T按式(1)计算,0.38m,能量约占5%;可见光区为0.38~0,76m,占若为水平屋面,可简化为式(2)总能量的45%左右;入射在建筑外表面涂层上的太阳al=colsa TM -,Tr)射比P之间的关系为:a+r+m1。提高涂层的反射比(-了-工辐射被吸收、透射或反射,其吸收比α、透射比r和反(1)RotRρ,可以使涂层表面对能量的吸收减少,涂层温度上升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数材料是提高R。+R1涂层反射降温的有效途径。在大气环境中热量吸收和式中:a为涂层的太阳光吸收率,a=1p,;辐射存在马鞍形现象,在波长8-~13.5m区域会出Ⅰ为太阳辐射强度,wm?(依照气象数据取值)现热量辐射大于吸收,采用红外辐射材料的涂料能提E为半球辐射率高这一区域的热辐射,从而可使涂层表面温度比环境σ为波尔兹曼常数,取566961×10w(m2K低。因此,通过提高太阳光反射比和提高辐射率是反T为天空温度,K射隔热涂料的主要降温机理。h为对流传热系数,取12W(m2K);2隔热涂料热工性能分析T为室外空气温度,K隔热涂料在建筑上应用的节能效果可以从以下T为室内空气温度,K几种方法进行分析:①外表面温度的计算:②等效热R为围护结构传热阻,m2“K/W阻值的计算:③建筑能耗模拟计算;④热惰性及内表R,为内表面换热热阻,0.11m2K/W面最高温度计算。xs为外表面相对天空的角系数1涂层表面温度稳态计算方法x2为外表面相对地面(即水平线以下区域)的角太阳光反射比和半球辐射率都是涂层表面温度系数收稿日期:2012-05-26Eg为地面*基金项目:国家十二五科技支撑计划(2011BAJ03B01)外表面温YH刚王0△Tgm为涂层外表面夏季昼夜最大温差,K;△T3=T=-Tsm为涂层外表面夏季夜间最低温度KAT=T-I根据以上公式代入GB50176《民用建筑热工设计式中:4T为涂层外表面夏季温度波幅,K规范》上海地区夏季的气象参数,计算得到上海地区T为涂层外表面夏季平均温度,K;屋面和外墙外表面涂层稳态温度以及温度波幅和极Tsms为涂层外表面夏季最高温度,K限温差如表1所示表1上海夏季建筑外表面涂层温度及波幅计算值太阳光反射率005(标准黑色)0.208(标准白色)最高温度/℃平均温度/℃C43.640.3水平屋面温度波幅/C34.323.610.5极限温差/℃50.5最高温度/C45.4平均温度C30.5南向墙面温度波幅/C14.1极限温差/℃24.4最高温度/℃43.5374平均温度/℃北向墙面温度波幅/℃11.1极限温差/C19.316.514.812,4最高温度/℃平均温度℃36.932.2东(西)向墙面温度波幅/C31422.717.6极限温差/℃39,222等效热阻计算式中:F1为围护结构的温差负荷现有的节能设计标准中对于墙体和屋面热工性J1为太阳辐射强度,W/m2能的规定性指标以控制传热系数K为主,因此,隔热sr为反射涂层半球辐射率涂料的节能贡献如果以等效热组(或者称为当量热阻En为普通涂层半球辐射率的方式计算将十分方便地应用于现有节能设计体系K为外墙传热系数,W(m2K)中,等效热阻的计算主要以负荷计算中的综合温度法Fw为外墙面积,m2;理论为基础建立计算方法,首先计算夏季和冬季的传to为室内温度;热系数修正系数,然后计算全年综合修正系数,进而得到等效热阻,具体如下。∑为对时间的积分符,表示在计算时间段内温22.1夏季传热系数修正值计算差负荷的叠加隔热涂料和普通涂料相比,其在整个夏季对墙体t为室外空气温度传热系数的修正系数U,可用下式计算p为隔热涂料对太阳辐射的吸收比(1-p)a(-1,)ρn为普通涂料对太阳辐射的吸收比。由于隔热涂料的反射比一般大于普通涂料的反&Ce射比,则其吸收比也小于普通涂料的吸收比,则隔热涂料在夏季对传热系数的修正系数υ<1W=EF∑F=KF∑(1-p)/ cC,B-L))2.2.2冬季传热系数修正值计算在冬季,室内空调设定温度高于室外空气温度,其修正系数U表达式为K∑(+1=B-5C-42-)KF∑(.-4(-p)r E Ce-l,).KF∑+=BCm-=4)中国煤化工(9)KF∑(CNMHG冬季对传热系数的修正系数v>1值及等效热阻值计算2.2.3全年传热系数修正值计算根据以上公式代入上海地区典型气象年的气象综合隔热涂层对建筑夏季隔热和冬季保温效果参数,分别计算得到冬季和夏季传热系数的修正系数的影响,得到全年K值修正系数υo表达式为:以及等效热阻值,见表2、3。UF+uEEat(10)23能耗模拟计算能耗模拟计算方法现在已广泛应用于建筑节能式中:U0为全年传热系数修正系数设计中的权衡计算,可以针对不同的单体特点进行能E为采暖年耗电量,kw·hm,依据不同地区的耗分析,对于反射隔热涂料可以直接在建模计算时通HDDl8确定;过改变外墙或屋面太阳光反射比进行能耗分析,本文E为空调年耗电量,kw·hm,依据不同地区的选取上海某6层住宅模型(如图1)进行计算,根据上CDD26确定;海地区的气象参数和建筑围护结构参数设置,模拟不22.4上海不同反射比彩色隔热涂层传热系数修正同反射率变化对多层建筑能耗的影响,结果如表4。表2上海不同反射比的彩色隔热涂层K值修正系数太阳光反射比P≥0.800.80>P,≥0.700.70>10.60>p,≥0.500.50>≥0.40夏季修正系数≤0.340.34-0.460.46-0.600.60~0.730.73~0.86冬季修正系数全年修正系数≤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热涂层K等效热阻值太阳光反射比P≥0.800.80>p1≥0.700.70>p≥0.600.60>p,≥0.500.50>P≥0.40等效热组/mKW≥0.210.16~0.210.12~0.160.08~0.120.04~0.08表4上海多层不同反射率对能耗影响分析太阳光反射比/夏季负荷,冬季负荷/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图2上海多层不同反射率外墙对夏季能耗影响图16层住宅建筑模型24内表面最高计算温度以及热惰性指标图2~4分别为夏季、冬季、全年能耗随反射率变根据GB50176《民用建筑热工设计规范》中对建化曲线图,由图可以看出反射率的提高对夏季能耗的筑隔热性能的降低、冬季能耗的增加以及全年综合能耗的降低几乎通过夏季内表中国煤化工热性能可以呈线性关系。光反射比和半球CNMH重要因素18.518.0100%图3上海多层不同反射率外墙对冬季能耗影响图4上海多层不同反射率外墙对全年能耗影响可以通过以下公式针对不同气候条件和不同的基材中通常采用热惰性指标D值来简化表征围护结构的计算m进行隔热设计。隔热性能。因此,计算不同太阳光反射比对D值的修0-0,+(+ A)B正系数◇具有较强的实际操作性。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为内表面最高温度,℃为内表面平均温度,℃式中:D为围护结构热惰性指标值:A为室外综合温度波幅值,℃δ为围护结构热惰性指标修正系数;A为室内计算温度波幅值,℃R为围护结构热阻,m2KWU0为围护结构衰减倍数;S为围护结构蓄热系数,W(m'K)为室内空气到内表面的衰减倍数;λ为围护结构平均导热系数,W(mK)B为相位差修正系数g为围护结构密度,kgm4为室内计算温度平均值,℃,取=1+15℃c为围护结构比热容,J/(g·K)D为有隔热涂层的围护结构热惰性指标为室外综合温度平均值,℃D为有普通涂层的围护结构热惰性指标。′为室外计算温度平均值,℃代入上海地区的典型气象参数计算得到上海夏Ro为围护结构传热阻,m2KW;季传热系数的修正系数。0=1.70-188,p=0.80不同为平均太阳辐射强度,Wmi反射比彩色隔热涂层热惰性指标D值修正系数计算计算内表面最高温度比较繁琐,在实际工程应用如表5所示。表5不同反射比的彩色隔热涂层D值修正系数太阳光反射比0.80>p≥0.700.70>p2≥0600.50>9≥0.40D值修正系数1.85~1.55155~1.35135~1.211.21~1.093结论roofs in two small non-residential buildings[J]. Energy, 2003(28): 953-967综合以上分析可以看出,外表面温度的计算、等②2重徐强等建筑外場隔热涂料节能效果实测研究U新型建筑材效热阻值的计算、建筑能耗模拟计算、热惰性及内表*20。98082面最高温度计算4种方法都可以用于建筑反射隔热3]许锦峰等热反射外涂料的节能机理与效果分析建筑节能,涂料节能效果分析,其中等效热阻法在节能设计时最200603为简便易操作,可作为节能设计规定性指标的补充,4童,范宏武等热反射隔热星面的应用研究巾建筑节能201012)能耗模拟计算也可以方便用于单体建筑能耗的权衡5859计算,外表面温度、内表面最高计算温度以及热惰性5BT25261-200建筑用反射隔热涂料S指标值可用于隔热设计与评价参考文献作者简介:邱童(19中国煤化工,工程师,建筑JH Akbari. Measured energy savings from the application of reflective Ti能研究室副主任。.HCNMHG