反射隔热涂料等效热阻数学模型

反射隔热涂料等效热阻数学模型的建立第一部分夏热冬暖地区第一部分夏热冬暖地区一等效热阻数学模型建立的方法二建立等效热阻数学模型的目的1、按照建立的数学模型，从已知的墙体与屋面的材料热阻R0与对热射线的吸收率ρ，计算反射隔热涂层的当量热阻Ri。2、对已经用反射隔热涂料涂布的建筑，按照数学模型进行检验，确定涂层的等效热阻Ri、涂层的热射线的反射率τ与吸收率ρ。3、对反射隔热涂层建筑的节能效果进行评价。三夏热冬暖地区反射隔热涂层数学模型的理论基础1、传热分析太阳辐射热经过围护结构传入室内，这过程与传热机理是很复杂的。在墙体表面有对太阳辐射能的吸收与反射；同时还有反射隔热涂层与外层空间的热辐射交换；还有墙体与空间的对流传热；通过墙体的热传导等。墙体与隔热层R0反射隔热膜层内表面温度t0隔热膜表面温度tse墙体表面综合温度ts0传热方向内墙侧放热系数αc外墙侧的吸热系数αi图1夏季反射隔热涂膜与墙体传热示意图反射隔热等效热阻层Ri2建立数学模型时参数的简化【1】墙体发射率与反射隔热涂膜的发射率相等。【2】墙体的传热过程稳态假设。(外墙内表面最高温度为判据）【3】以内表面最高温度t0，反射隔热涂层外表面最高综合温度温度tse与原墙体外表面最高综合温度ts0建立模型。【4】以全年夏季的太阳辐射强度最高值作为本模型计算依据。【5】等效热阻值只要适合了最高温度时段的隔热要求，同样也适合了其他温度低的时间段的隔热要求。3、夏热冬暖地区反射隔热涂层等效热阻模型按照稳态设定，及传热基本理论：通过各个传热热阻层的热量相等，建立理论等效热阻：Q=K*A*Δt=K1*A*Δt1=K2*A*Δt2（1）Ri=(ts0-tse)R0/(tse-t0)（2）4、反射隔热涂层等效热阻实用模型建立过程【1】按照地区的气候特点，用计算方法建立等效热阻模型。【2】建立同一ρ值时，按照（2）计算R0、Ri之间的关系选用同一吸收率ρ值的反射隔热涂层，不同的R0的墙体，计算原墙体的外表面综合温度ts0、反射隔热涂层外表面的综合温度tse；用夏热冬暖地区建筑节能评价软件计算围护结构内表面温度t0；按照（2）计算相对应的Ri，得到同一ρ值时，R0、Ri之间的关系。【3】改变ρ值，对所选墙体，建立系列R0、Ri之间的对应关系。【4】对所选的所有墙体的ρ与U（U=Ri/R0)的关系式列表、作图，建立反射隔热涂层等效热阻。本方法反射隔热涂层等效热阻的特点【1】本方法建立的反射隔热涂层等效热阻模型是关于Ri、R0、ρ之间的数学式或图形。【2】建立模型时，考虑了围护结构涂布前、后外表面的综合温度，也考虑了室内墙体内表面的最高温度，比较实际的反映了墙体的传热特点。【3】把围护结构的热阻与反射隔热涂层等效热阻之间的关系联系起来。四南宁地区反射隔热涂层等效热阻模型4.1南宁地区的气象资料南宁夏季太阳辐射强度资料4.2东、西向墙体反射隔热涂层等效热阻数学模型【1】东、西向墙体ρ与U对应关系表按照基本计算，得出不同的吸收率ρ反射涂层的ρ与U，列表1。【2】东、西向墙体反射隔热涂层数学模型U=6.5051e-5.9562ρ图2反射隔热涂层等效热阻与墙体热阻和反射率的关系【东（西）墙】U=6.5051e-5.9562ρ00.511.522.5300.10.20.30.40.50.60.7反射隔热涂膜热辐射吸收率ρ等效热阻与墙体热阻比值U=Ri/R04.3南、北向墙体反射隔热涂层等效热阻数学模型【1】南、北向墙体ρ与U对应关系表按照基本计算，得出不同的吸收率ρ反射涂层的ρ与U，列表1。【2】南（北）向墙体反射隔热涂层数学模型反射隔热涂膜等效热阻与墙体热阻和吸收率的关系图南(北）墙U=3.037e-4.5857ρ00.20.40.60.811.21.41.61.800.10.20.30.40.50.60.7太阳热射线吸收率ρ等效热阻与墙体热阻比值RI/RwU=3.037e-4.5857ρ4.4屋面反射隔热涂层等效热阻数学模型【1】屋面反射隔热涂层ρ与U对应关系表按照基本计算，得出不同的吸收率ρ反射涂层的ρ与U，列表1。【2】屋面反射隔热涂层数学模型屋面反射隔热涂膜等效热阻与屋面热阻及热辐射吸收率对应图U=6.138e-4.9541ρ00.511.522.533.500.050.10.150.20.250.30.350.40.45屋面反射隔热涂膜热辐射吸收率ρ屋面反射隔热涂膜等效热阻与屋面热阻值U=Ri/RwU=6.138e-4.9541ρ4.5等效热阻模型小结反射隔热涂层等效热阻模型中的参数确定五反射隔热涂层等效热阻的检验5.1实际墙体反射隔热涂层等效热阻测试【1】选的测试墙面选定两个朝向相同、墙体结构相同的西墙面，水泥粉刷内外表面（或者是同一结构的同一扇墙面），一处涂布反射隔热涂料，一处为原来水泥墙面作为对比墙体。【2】测试墙体所选部位的温度测试墙体不同时段太阳照射下，各个测试点的表面温度。（注意相关的对比点的条件相似性）。【3】用多种方法计算反射隔热涂层的等效热阻5.2实验结果理论传热模型:Ri=(ts0-tse)R0/(tse-t0)西墙实测Ri1=0.491西墙计算Ri2=0.522指数模型：U=6.5051e-5.9562ρRi=（6.5051e-5.9562ρ）RwRi3=0.452测试与计算结果：实测值Ri1介于理论值Ri2与实用模型值Ri3之间。相对误差6.3%、8.0%。六反射隔热涂层等效热阻热工计算6.1热工计算内容1反射隔热涂层外墙构图集与其性能参数2校核墙体的隔热效果6.1反射隔热涂层外墙构图集与其性能参数【1】选用应用软件《夏热冬暖地区建筑节能设计标准》广东省建筑科学研究院【2】绘制建筑结构图【3】反射隔热涂层标准墙体建立：选定软件“结果与计算”“年耗电指数”“模版定制”“标准墙体”“编制墙体”按照要求设计结构层数及每层的性能参数。计算编制的墙体的热阻，计算反射涂层的等效热阻并加入到编制墙体的附加热阻栏编制标准墙体完成。2校核墙体的隔热效果【1】选用应用软件《夏热冬暖地区建筑节能设计标准》广东省建筑科学研究院【2】节能评价计算过程“结果与计算”“年耗电指数”“输入数据”“墙体信息”从编制标准墙体中选择需要的墙体；“屋面信息”从编制标准屋面中选择需要的屋面。回到“结果与计算”“年耗电指数”“生成计算书”完成6.3反射隔热涂层节能效果比较•参见附件•【1】灰沙砖墙体•灰沙砖墙体+反射隔热涂层•【2】采用墙体材料+反射隔热涂层七夏热冬暖地区反射隔热涂层等效热阻今后要做的工作1反射隔热材料的研究：材料的热射线吸收率ρ减少，等效热阻Ri越大。因为外墙的涂膜为漫反射为主，反射率不能太大。提高发射率为材料发展方向。2多种颜色的反射隔热涂料的研究。3反射隔热涂层等效热阻及热工计算。第二部分夏热冬冷地区反射隔热涂层等效热阻夏热冬冷地区反射隔热涂层等效热阻分为夏季与冬季两个季节独立的热阻。夏季的等效热阻按照夏热冬暖地区的计算；冬季则要考虑低气温下反射隔热涂层等效热阻。一夏热冬冷地区传热分析夏热冬冷地区冬季，一般是室内温度高于室外气温，居住建筑物围护结构的热传递方向是从室内向室外传递。在晴朗的白天及夜晚、阴雨天，由于太阳辐射不同，建筑物外表面温度不同，通过围护结构的传热有差异，因此要分别建立相应的数学模型。太阳辐射热对建筑围护结构的升温作用，外表面温度可能高于室内，传热方向会改变。这过程与传热机理是很复杂的：在墙体表面有对太阳辐射能的吸收与反射；还有反射隔热涂层与外层空间的热辐射交换；还有墙体与空间的对流传热等相关；室内外通过墙体的传热。1.1传热过程分析【1】墙体外墙表面温度高于室内温度墙体与隔热层热阻Rw反射隔热膜层内表面温度tw0原墙体表面综合温度ts0隔热涂层表面综合温度tse传热方向内墙侧吸热系数α0外墙侧的放热系数αe图二冬季反射隔热涂膜与墙体传热示意图（ts0＞18℃）反射隔热涂层等效热阻层Ri温度分布tetS0tsetw0t0•【2】墙体外墙表面温度高于室内温度墙体与隔热层热阻Rw反射隔热膜层内表面温度tw0原墙体表面综合温度ts0隔热涂层表面综合温度tse传热方向内墙侧吸热系数α0外墙侧的放热系数αe图二冬季季反射隔热涂膜与墙体传热示意图（ts0＜18℃)00反射隔热涂层等效热阻层Ri温度分布tetSets0tw0t01.2传热分析与参数简化【1】墙体热发射率与反射隔热涂膜的发射率相等。【2】墙体表面综合温度按照标准GB50176计算。【3】通过墙体的传热过程稳态假设。（整点平均数据）【4】建筑室内温度按照国家居住建筑室内冬季气温18℃的设定。【5】内墙表面温度与室内温度与内墙侧的吸热系数相关联，归并到墙体热阻Rw中计算。二冬季反射隔热涂层等效热阻计算2.1夏热冬冷地区反射隔热涂层等效热阻冬季数学模型按照稳态假设，通过各热阻层的热量Q=K*A*Δt=K1*A*Δt1=K2*A*Δt2（1）墙体涂布反射隔热涂料后，墙体表面温度从ts0下降到tse,相当于墙体外表面增加了一个负热阻层，该附加的热阻层的温差为ts0–tse。（tse-ts0)/Ri=(ts0-t0)/（Rw+0.11)Ri=(tse-ts0)（Rw+0.11)/(ts0-t0)（2）由于冬季的太阳辐射及日照时的太阳辐射强度与整点气温分布数据难得到。以搜集到苏州地区的冬季的全辐射辐射与气温的气象资料，进行屋面的等效热阻计算，探讨冬季气候条件下，反射隔热涂层的等效热阻的变化规律。本例是以苏州地区1月的气象资料为依据冬季晴天外墙表面温度与反射涂层等效热阻关系-40-2002040051015202530354045外墙表面温度℃反射涂层等效热阻m2k/w冬季晴天反射隔热涂层等效热阻与时间的关系-40-30-20-100102030400.0010.0020.0030.0040.00时刻反射隔热涂层等效热阻m2k/w晴天白天计算结果分析【1】冬季一般是外界气温低于室内温度，室内热通过墙壁传向室外，产生热损失。【2】当原墙体外表面因太阳辐射温度升高，温度高于室内温度设定值时（18℃），传热方向发生改变。计算的反射隔热涂层等效热阻为负值。表示反射隔热涂层减少了进入室内的热能。【3】当原墙体外表面因太阳辐射温度升高，温度仍低于室内温度设定值时（18℃），传热方向不改变。计算的反射隔热涂层等效热阻为正值。反射隔热层增加了墙体的温差，减少了室内温度热的散失。相当于反射隔热涂层是增加了墙体的热阻。冬季阴雨天计算结果分析：【1】冬季的阴雨天太阳的直接辐射能减少，主要是漫反射辐射的能量，其辐射能很小，最大值仅为120w/m2k左右。特别是当云层厚度大，漫反射辐射能更小，原墙体与反射隔热涂层的升温作用都小。这时，太阳辐射对墙体的外传热影响小。【2】冬季阴雨天反射隔热涂层降低了原围护结构表面的温度，但是比气温高，相对的增加了围护结构的内外温差，增加了围护结构的热阻，相当于反射隔热涂层等效热阻值为正值。【3】冬季阴雨天反射隔热涂层的等效热阻值很小，为原来围护结构的热阻R0的20%左右。三冬季等效热阻模型的特点与应用分析墙体内外表面温差对传热影响分析Ri=(tse-ts0)（Rw+0.11)/(ts0-t0)3.1冬季的白天晴天【1】t0＞ts0,Ri＞0，反射隔热涂层减少热损耗。【2】t0=ts0，这时墙体内外表面温差为0，没有热的交换。Ri为无穷大。【3】t0＜ts0,Ri＜0，隔热涂层减少了原墙体向室内的传热量。3.2冬季的白天阴雨天白天t0＞ts0,Ri＞0，反射隔热涂层隔减少热损耗。3.3冬季的夜晚反射隔热涂层的隔热效果与阴雨天白天相当。t0＞ts0,Ri＞0，反射隔热涂层隔减少热损耗。对反射隔热涂层冬季隔热效果今后要做的工作1反射隔热涂层冬季保温问题：【1】以前认为降低表面温度，增加室内能耗。【2】冬季的保温作用从模型证实了，国外有减少能耗3%的报道。【3】不同的地区要分别对待。2进行反射隔热涂层冬季等效热阻的理论与试验研究。3对夏热冬冷地区的气象资料的测试与搜集整理。4反射隔热涂层冬季的热工计算。