張 波 田 琦

(1.太原理工大學(xué),山西 太原 030024； 2.山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

保溫隔熱涂料熱工性能研究

張 波1,2田 琦1

(1.太原理工大學(xué),山西 太原 030024； 2.山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

通過(guò)理論模擬與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試相結(jié)合的方法研究一種新型的反射隔熱涂料的熱工性能，通過(guò)理論模擬與測(cè)試，得出該種反射隔熱涂料對(duì)于建筑節(jié)能也能起到一定的作用。

反射隔熱涂料，理論模擬，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

0 引言

目前，我國(guó)建筑用保溫材料以有機(jī)材料為主，這些有機(jī)材料主要是利用材料的厚度和低導(dǎo)熱性能，采用阻隔的、被動(dòng)的方式來(lái)達(dá)到保溫隔熱的目的?，F(xiàn)在市面上出現(xiàn)了一種利用紅外熱控技術(shù)原理來(lái)達(dá)到保溫隔熱目的的保溫隔熱水性涂料。該種涂料在特定紅外波段內(nèi)具有較大發(fā)射率，能有效阻止熱傳遞作用。

為了驗(yàn)證這種絕熱涂料的保溫隔熱性能，筆者決定用實(shí)測(cè)與軟件模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行雙向研究。確定研究方案后，在室外建造外形完全一致的兩棟單層建筑作為相互對(duì)比的模型，兩棟建筑的基層圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法、構(gòu)造、朝向、建筑體形系數(shù)及窗墻比等參數(shù)完全一致，唯一區(qū)別在于保溫層的做法不同。對(duì)比建筑外墻用60 mm厚模塑聚苯板保溫，測(cè)試建筑外墻刷0.3 mm厚的絕熱涂料。兩棟建筑主體工程均于2015年9月27日完工，保溫工程于2015年11月20日全部完工。

1 測(cè)試建筑概況

建筑模型位于太原市耿家莊村，外形為立方體，坐北朝南，并排而立。磚混結(jié)構(gòu)，單層，高3.2 m，長(zhǎng)5 m，寬3.5 m。建筑主體工程于2015年9月27日完工，保溫工程于2015年11月20日全部完工，基準(zhǔn)建筑外墻用60 mm厚模塑聚苯板保溫，比對(duì)建筑外墻刷0.3 mm厚的絕熱涂料。

建筑本體及模型如圖1，圖2所示。

基準(zhǔn)建筑外墻外保溫用的是60 mm厚的模塑聚苯板，屋面沒(méi)有保溫，外窗為雙層塑鋼窗，外門為普通鐵門；比對(duì)建筑外墻保溫用的是0.3 mm的絕熱涂料，屋面沒(méi)有保溫，外窗為雙層塑鋼窗，外門為普通鐵門?；鶞?zhǔn)建筑與比對(duì)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法如表1所示。

2 測(cè)試方法

根據(jù)前期的研究探討，主要通過(guò)軟件模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法來(lái)得到絕熱涂料的等效熱阻。具體方法有以下幾種。

表1 建筑模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法

2.1熱流計(jì)法

根據(jù)JGJ/T 132—2009居住建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)熱流計(jì)法對(duì)外墻傳熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，最終計(jì)算出絕熱涂料的等效熱阻。

經(jīng)過(guò)一系列的準(zhǔn)備工作，筆者在2016年1月～2月進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試期間太原市室外平均溫度為-2.4 ℃(最高溫4.1 ℃，最低溫-8.1 ℃)，室內(nèi)空氣溫度維持在(19±0.5)℃之間，采集器記錄時(shí)間間隔為30 min，對(duì)于采集的數(shù)據(jù)采用算數(shù)平均法進(jìn)行分析，具體分析過(guò)程按下式進(jìn)行：

式中：tn——測(cè)試期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面平均溫度；

tw——測(cè)試期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面平均溫度；

q——測(cè)試期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)平均熱流值；

Rn——除保溫層外的熱阻；

Ri——保溫層熱阻。

2.2能耗實(shí)測(cè)+軟件模擬

監(jiān)測(cè)測(cè)試期間兩棟建筑的能耗、利用軟件對(duì)建筑能耗進(jìn)行模擬，對(duì)測(cè)試值與模擬值進(jìn)行對(duì)比，從而計(jì)算出涂料的等效熱阻。

1)給兩棟建筑設(shè)置相同的熱源，使得建筑內(nèi)部保持相同的室內(nèi)溫度；

2)在維持室內(nèi)相同溫度的情況下，分別測(cè)試兩棟建筑的能耗及外墻熱流值；

3)對(duì)比兩棟建筑的能耗值，得出能耗差別；

4)用軟件模擬建筑能耗情況，通過(guò)對(duì)比得出保溫涂料等效熱阻。

Q=∑KiFi+G1-G2。

式中：Q——保溫材料建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗；

Ki——保溫材料建筑外墻傳熱系數(shù)；

Fi——保溫材料建筑外墻面積；

G1——保溫材料建筑除外墻外各圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗；

G2——保溫材料建筑太陽(yáng)得熱量；

Q′——涂料建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗；

Ki′——涂料建筑外墻傳熱系數(shù)；

Fi′——涂料建筑外墻面積；

G1′——涂料建筑除外墻外各圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗；

G2′——涂料建筑太陽(yáng)得熱量。

近似認(rèn)為：G1=G1′;G2=G2′；Fi=Fi′。

從而得出絕熱涂料等效熱阻。

3 性能測(cè)試

3.1測(cè)點(diǎn)布置

1)測(cè)試參數(shù)：室內(nèi)外溫度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部位熱流值、圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部位內(nèi)外表面溫度、熱源耗電量、太陽(yáng)輻照量。

2)測(cè)試設(shè)備：鉑電阻溫度傳感器、三相四線電力分析儀、R70B采集記錄儀、太陽(yáng)能輻照表。

3)測(cè)試周期：

測(cè)試時(shí)間為68.5 h。

測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

測(cè)點(diǎn)說(shuō)明如下：測(cè)點(diǎn)1：室外空氣溫度；測(cè)點(diǎn)2：涂料建筑室內(nèi)空氣溫度；測(cè)點(diǎn)3：保溫建筑室內(nèi)空氣溫度；測(cè)點(diǎn)4：涂料建筑屋面熱流值及內(nèi)外表面溫度；測(cè)點(diǎn)5：保溫建筑屋面熱流值及內(nèi)外表面溫度；測(cè)點(diǎn)6：涂料建筑南外墻熱流值及內(nèi)外表面溫度；測(cè)點(diǎn)7：保溫建筑南外墻熱流值及內(nèi)外表面溫度；測(cè)點(diǎn)8：涂料建筑北外墻熱流值及內(nèi)外表面溫度；測(cè)點(diǎn)9：保溫建筑北外墻熱流值及內(nèi)外表面溫度；測(cè)點(diǎn)10：涂料建筑東外墻熱流值及內(nèi)外表面溫度；測(cè)點(diǎn)11：保溫建筑東外墻熱流值及內(nèi)外表面溫度；測(cè)點(diǎn)12：涂料建筑熱源耗電量；測(cè)點(diǎn)13：保溫建筑熱源耗電量；測(cè)點(diǎn)14：涂料建筑太陽(yáng)輻照量；測(cè)點(diǎn)15：保溫建筑太陽(yáng)輻照量。

3.2性能測(cè)試

表2 熱流值法測(cè)試結(jié)果

1)測(cè)試時(shí)間：2016年1月31日～2016年2月3日。

2)測(cè)試地點(diǎn)：太原市杏花嶺區(qū)耿家莊。

3)測(cè)試周期：測(cè)試時(shí)長(zhǎng)68.5 h，30 min讀取一組數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果整理

1)熱流計(jì)法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

2)實(shí)測(cè)+模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 軟件模擬+實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)采集數(shù)據(jù)及軟件模擬結(jié)果，可得到如下關(guān)系：

其中，Q1為涂料建筑熱負(fù)荷值，kW；Q2為保溫建筑熱負(fù)荷值，kW；H1為涂料建筑測(cè)試期間電耗，kWh；H2為保溫建筑測(cè)試期間電耗，kWh。

根據(jù)參數(shù)間的關(guān)系，可得到如下關(guān)系式：

R1′=R1+x;R2′=R2+x;q1′+q2′=A。

整理以上參數(shù)，可以得到一個(gè)一元二次方程組：

解該一元二次方程組得到：x=0.52。

其中，x為涂料等效熱阻，(m2·K)/W；q1為無(wú)任何保溫措施時(shí)屋頂負(fù)荷，kW；k1為無(wú)任何保溫措施時(shí)屋頂傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；F1為屋頂面積，m2；F2為外墻面積，m2；R1為無(wú)任何保溫措施時(shí)屋頂傳熱熱阻，(m2·K)/W；q2為無(wú)任何保溫措施時(shí)外墻負(fù)荷，kW；k2為無(wú)任何保溫措施時(shí)外墻傳熱系數(shù)，W /(m2·K)；R2為無(wú)任何保溫措施時(shí)外墻傳熱熱阻，(m2·K)/W；q1′為涂料建筑屋頂負(fù)荷，kW；q2′為涂料建筑外墻負(fù)荷，kW；k1′為涂料建筑屋頂傳熱系數(shù)，W /(m2·K)；R1′為涂料建筑屋頂傳熱熱阻，(m2·K)/W；R2′為涂料建筑外墻傳熱熱阻，(m2·K)/W；A為涂料建筑屋頂與外墻負(fù)荷值，kW。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，實(shí)測(cè)+模擬計(jì)算方法得出的涂料等效熱阻為0.52。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)理論模擬與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的方法對(duì)保溫隔熱涂料進(jìn)行熱工性能研究，通過(guò)研究結(jié)果可以知道涂料等效熱阻為0.52，對(duì)于建筑節(jié)能是有一定的貢獻(xiàn)作用的。

Researchonthethermalperformanceofthermalinsulationcoatings

ZhangBo1,2TianQi1

(1.TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China;2.ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

Through the way combining with the theoretical simulation and laboratory testing researched a new type of thermal performance of reflective thermal insulation coatings, through the theory simulation and testing, gained the kind of reflective thermal insulation coatings could also play a role for building energy saving.

reflective insulation coating, theoretical simulation, laboratory testing

TU201.5

A

1009-6825(2017)27-0154-02

2017-07-13

張 波(1977- )，男，在讀工程碩士，高級(jí)工程師； 田 琦(1966- )，男，博士生導(dǎo)師，教授