保溫隔熱涂料熱工性能研究

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)

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

反射隔熱涂料，理論模擬，實驗室測試

0 引言

目前，我國建筑用保溫材料以有機材料為主，這些有機材料主要是利用材料的厚度和低導(dǎo)熱性能，采用阻隔的、被動的方式來達到保溫隔熱的目的。現(xiàn)在市面上出現(xiàn)了一種利用紅外熱控技術(shù)原理來達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。

為了驗證這種絕熱涂料的保溫隔熱性能，筆者決定用實測與軟件模擬相結(jié)合的方法進行雙向研究。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比的模型，兩棟建筑的基層圍護結(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。對比建筑外墻用60 mm厚模塑聚苯板保溫，測試建筑外墻刷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，基準建筑外墻用60 mm厚模塑聚苯板保溫，比對建筑外墻刷0.3 mm厚的絕熱涂料。

建筑本體及模型如圖1，圖2所示。

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

2 測試方法

根據(jù)前期的研究探討，主要通過軟件模擬及現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法來得到絕熱涂料的等效熱阻。具體方法有以下幾種。

表1 建筑模型圍護結(jié)構(gòu)做法

2.1熱流計法

根據(jù)JGJ/T 132—2009居住建筑節(jié)能檢測標準，通過熱流計法對外墻傳熱系數(shù)進行測試，最終計算出絕熱涂料的等效熱阻。

經(jīng)過一系列的準備工作，筆者在2016年1月～2月進行該項測試，測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，采集器記錄時間間隔為30 min，對于采集的數(shù)據(jù)采用算數(shù)平均法進行分析，具體分析過程按下式進行：

式中：tn——測試期間圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面平均溫度；

tw——測試期間圍護結(jié)構(gòu)外表面平均溫度；

q——測試期間圍護結(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能耗實測+軟件模擬

監(jiān)測測試期間兩棟建筑的能耗、利用軟件對建筑能耗進行模擬，對測試值與模擬值進行對比，從而計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，分別測試兩棟建筑的能耗及外墻熱流值；

3)對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，通過對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結(jié)構(gòu)能耗；

G2——保溫材料建筑太陽得熱量；

Q′——涂料建筑圍護結(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結(jié)構(gòu)能耗；

G2′——涂料建筑太陽得熱量。

近似認為：G1=G1′;G2=G2′；Fi=Fi′。

從而得出絕熱涂料等效熱阻。

3 性能測試

3.1測點布置

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

2)測試設(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、太陽能輻照表。

3)測試周期：

測試時間為68.5 h。

測點布置如圖3所示。

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

3.2性能測試

表2 熱流值法測試結(jié)果

1)測試時間：2016年1月31日～2016年2月3日。

2)測試地點：太原市杏花嶺區(qū)耿家莊。

3)測試周期：測試時長68.5 h，30 min讀取一組數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果整理

1)熱流計法計算結(jié)果見表2。

2)實測+模擬計算結(jié)果見表3。

表3 軟件模擬+實測結(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為涂料建筑熱負荷值，kW；Q2為保溫建筑熱負荷值，kW；H1為涂料建筑測試期間電耗，kWh；H2為保溫建筑測試期間電耗，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為無任何保溫措施時屋頂負荷，kW；k1為無任何保溫措施時屋頂傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；F1為屋頂面積，m2；F2為外墻面積，m2；R1為無任何保溫措施時屋頂傳熱熱阻，(m2·K)/W；q2為無任何保溫措施時外墻負荷，kW；k2為無任何保溫措施時外墻傳熱系數(shù)，W /(m2·K)；R2為無任何保溫措施時外墻傳熱熱阻，(m2·K)/W；q1′為涂料建筑屋頂負荷，kW；q2′為涂料建筑外墻負荷，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荷值，kW。

根據(jù)計算結(jié)果，實測+模擬計算方法得出的涂料等效熱阻為0.52。

5 結(jié)語

本文通過理論模擬與實驗室測試的方法對保溫隔熱涂料進行熱工性能研究，通過研究結(jié)果可以知道涂料等效熱阻為0.52，對于建筑節(jié)能是有一定的貢獻作用的。

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，高級工程師； 田 琦(1966- )，男，博士生導(dǎo)師，教授