建筑外墙用隔热涂料辐射换热原理分析

1、建筑外墙用隔热涂料建筑外墙用隔热涂料辐射换热原理分析辐射换热原理分析 我国已出台建筑用隔热涂料产品的国家标准；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。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！要的作

2、用！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：温差热量传递过程的推动力：温差 熵增定律熵增定律 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。 导热导热( (热传导热传导) ) 对流对流( (热对流热对流) ) 热辐射热辐射 可以在固体、液体、气体中发生可以在固体、液体、气体中发生a 必须有温差；必须有温差；b 物体直接接触；物体直接接触；c 依靠分子、原子及自由依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；电子等微观粒子热运动而传递热量；流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对

3、宏观运动而传递热量的现象。对宏观运动而传递热量的现象。对流换热：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：如下特点： a 导热与热对流同时存在的热传递过程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；同样必须存在温差在温差 c 壁面处会形成速度梯度的边界层壁面处会形成速度梯度的边界层 在传热的三个阶段中的在传热的三个阶段中的，往往是，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

4、有流体的对流作用，同时伴随着导热，我们把导热和对流共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，称为同存在的过程，称为。定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象 特点：特点：a a、任何物体，只要温度高于、任何物体，只要温度高于0 K0 K，就会不停地向周，就会不停地向周围空间发出热辐射；围空间发出热辐射； b b、可以在真空中传播；、可以在真空中传播； c c、伴随能量形式的转变；、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 d、具有强烈的方向性；、具有强烈的方向性； e e、辐

5、射能与温度和波长均有关；、辐射能与温度和波长均有关； f f、发射辐射取决于温度的、发射辐射取决于温度的4 4次方。次方。 物体表面每平方米每秒对外辐射的热量称为物体表面每平方米每秒对外辐射的热量称为辐射力辐射力E，其大小与物体表面性质和温度有关。，其大小与物体表面性质和温度有关。辐射换热辐射换热物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同。不同。 (5) (5) 辐射换热的特点辐射换热的特点a 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就可以传递能量b

6、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 电磁波能电磁波能 物体热力学能物体热力学能c c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、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。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)。图图1-4 1-4 对流换

7、热中边界层的示意图对流换热中边界层的示意图 无相变：强迫对流和自然对流无相变：强迫对流和自然对流 有相变：沸腾换热和凝结换热有相变：沸腾换热和凝结换热W )(fwtthA2mW )( fwtthAqConvection heattransfer coefficient h 表面传热系数表面传热系数 热流量热流量W，单位时间传递的热量，单位时间传递的热量q2mW 热流密度热流密度K)(mW2A2m 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积wt C 固体壁表面温度固体壁表面温度ft 流体温度流体温度 C 当流体与壁面温度相差当流体与壁面温度相差1 1度时、每单位壁面面积上、单位度时、每单位壁面面积

8、上、单位时间内所传递的热量时间内所传递的热量)( ttAhwK)(mW2影响影响h h因素：因素：等等hhrthtqRthAt 1 )(1（Convection heat transfer coefficientConvection heat transfer coefficient）hhrthtqRthAt 1 )(1 )(1WChARh 12WCmhrh （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。3 3 一维稳态传热

9、过程中的热量传递一维稳态传热过程中的热量传递忽略热辐射换热，则忽略热辐射换热，则左侧对流换热热阻左侧对流换热热阻111AhRh固体的导热热阻固体的导热热阻右侧对流换热热阻右侧对流换热热阻211AhRhAR 上面传热过程中传递的热量为：上面传热过程中传递的热量为：2121212111)()(AhAAhttRRRttffhhfftAkttAkff)(21传热系数传热系数 ，是表征传热过程强烈程度的标尺，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。不是物性参数，与过程有关。KmW221211111hhrrrhhk单位面积的传热热阻单位面积的传热热阻 传热系数传热系数a k k 越大，传热

10、越好。若要增大越大，传热越好。若要增大 k k，可增大，可增大或减小21 , ,hhb 非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法析法 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外表面换热系数物体热辐射的特性：物体对热辐射的吸

11、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 /sp不能按物体的颜色来判断（不能按物体的颜色来判断（可见光只是全波长射线中的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。一小部分），白颜色的的物体不一定是白体。p雪对可见光吸收率很小，但对全波长射线其吸收率雪对可见光吸收率很小，但对全波长射线其吸收率0.980.98，非常接近黑体；，非常接近黑体；p白布和黑布对可见光的吸收率不同，但对红外线的吸收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，率基本相同，p普通玻璃能透过可见光，对普通玻璃能透过可见光，对3m3m的红外线几乎是不的红外线几

12、乎是不透明体。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05.68W/(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物体对外来辐射的吸收和反射能力是和物体的性质、反射能力是和物体的性质、表面状况、所处温度和发表面状况、所处温度和发射物体的温度有关射物体的温

13、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：隔热涂料的应用存在的问题：1、仅仅将该产品其一个、仅仅将该产品其一个“反射作用反射作用”特性进行了研究，量特性进行了研究，量化计算的基础值得探讨。（无论是等效法或修正法）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、对其特性研究对象仅针对“反射性能反射性能”，希望揭示其自，希望揭示其自身的特性作用对结构热稳定做出的贡献。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、将该传热研

14、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，即一方面认为是了一个不适合的体系，即一方面认为是“反射隔热周期作反射隔热周期作用用”特性，而又采用稳态特性，而又采用稳态“保温保温”传统思路去分析其机理，传统思路去分析其机理，其结果效应以及对其结果效应以及对“隔热涂料隔热涂料”产品性能的要求缺乏针对产品性能的要求缺乏针对性和完整性。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波段辐射力占同温度下黑体辐射力力E Eb b的百分数。的百分数。F Fb(b(）: :热辐射主要处于红外线

15、波长范围内，热辐射主要处于红外线波长范围内， 这是这是克希霍夫定律的表达式克希霍夫定律的表达式，它说明在热，它说明在热平衡条件下，任意物体的吸收比等于同温度平衡条件下，任意物体的吸收比等于同温度下该物体的辐射率下该物体的辐射率(黑度黑度)。克希霍夫克希霍夫(Kirchhoff)(Kirchhoff)揭示了与周围环境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处于热平衡状态下实际物体的黑度与吸收率之间的关系。率之间的关系。cos)(IdAdddE热辐射，热辐射，0.76-200.76-20太阳辐射太阳辐射, 0.38-0.76隔热涂料与普通涂料对比1、在250nm2500nm反射比不具特

16、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），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、颜色因素影响小此受明度、颜色因素影响小 = c 热扩散率a 反映了导热过程中材料的导热能力（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

17、间的关系）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/m3 c：比热容， 单位J/kgK 、=/ cC为容积热容量 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