祁少明;白润山
【摘 要】外饰面材料的太阳辐射吸收性能影响着建筑的能源消耗,为降低建筑的能耗,外饰面材料的选取要考虑其太阳辐射性能.试验检测是获得外饰面材料太阳辐射性能参数的一种直接有效的方法.已有的测试方法各有其优缺点,本文在分析常用的测试方法的基础上,提出一种简捷经济的测试方法,为外饰面材料的太阳辐射性能测试提供指导. 【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》
【年(卷),期】2010(028)003
【总页数】5页(P8-11,7)
【关键词】外饰面材料;太阳辐射性能;测试方法
滚筒式混凝土搅拌机【作 者】祁少明;白润山
【作者单位】河北建筑工程学院;河北建筑工程学院
【正文语种】中 文
【中图分类】TU761
0 引 言
建筑外表面受到太阳辐射的作用,直接影响室内的热环境以及建筑的能耗.在建筑设计选择外饰面材料的时候,为降低建筑的能耗,提高室内的热舒适性,应考虑外饰面材料的太阳辐射性能[1].建筑外饰面材料太阳辐射性能一般指的是其对太阳辐射的吸收或者是反射能力,用太阳辐射吸收系数或反射系数表示.试验检测是获得这些性能指标的直接有效的方法.外饰面材料的太阳辐射性能的测试常用的有两种,一是采用分光光度计直接测试,一是自制简易装置室内进行测试,这两种方法各有其特点.本文在分析常用的测试方法的基础上,提出一种简捷经济的测试方法,为外饰面材料的太阳辐射性能测试提供指导.
1 分光光度计法测试太阳辐射反射系数方法分析
1.1 检测仪器
测试材料太阳辐射吸收系数采用的仪器为紫外—可见—近红外分光光度计[3](波长范围350-2100 nm).为测定粉末样品和不透明样品的镜反射、漫反射需要检测附件——积分球.积分球又称光度球,是一个球形空腔,一般有两个内壁涂以白漫反射层(硫酸钡或氧化镁)的半球壳组装而成,积分球的光路图如图1.
图1 积分球光路图
1.2 检测方法
如图1所示,来自单反射器的光束经反射镜到达样品表面,样品所反射的光经球壁多次漫反射后,使整个球壁上的照度均匀分布,故通过球壁上的窗到光电检测器上的光通量正比于样品表面所反射的总光通量,因而可用于测定样品在不同波长处的反射比.整个过程的检测与记录均由计算机完成,最终可以得到待测材料的反射比随波长分布的一条曲线.
1.3 测试优点与局限性
应用紫外—可见—近红外分光光度计测定材料太阳辐射的反射系数,精确度高,受环境干扰小.但由于紫外—可见—近红外分光光度计的价格昂贵,中小型研究机构难以承受,导致其使
用的局限性.
2 自制装置室内测试太阳辐射反射系数方法分析
2.1 检测装置
该装置使用碘钨灯模拟太阳在可见光和近红外区域的热辐射[3][5],装置如图2所示.
2.2 检测步骤
(1)调节室温t为(28.8±0.5)℃;
(2)将两块喷涂黑瓷漆(吸收比＞97%)的铝板平行放在聚苯乙烯泡沫上,喷漆的一面朝上,两样板边缘相距5 cm,位于灯泡的正下方;
在线水分检测(3)调节灯泡与样板之间的距离,使两样板在30 min内达到(87.8±1)℃;
钢水取样器
(4)达到平衡温度后立即撤走一块黑样板,换上一块待测的热反射涂料样板;(5)经15 min温度重新达到平衡后,记录平衡时的热反射涂料样板的温度t2和黑样板的温度t1;
图2 涂料反射率室内测试装置示意图1.热反射涂料;2.试板;3.温度传感器; 4.温度记录仪;5.聚苯乙烯泡沫塑料; 6.稳压电源;7.250 W碘钨灯sky angel vol.92
(6)利用反射率公式计算反射率ρ
式(1)中:ρ为反射率,%;t1为标准黑板温度,℃;t2为样板温度,℃;t3为当时的室温,一般固定在28.8℃.
2.3 检测优点及存在的问题
利用自制简易装置在室内测定材料的太阳辐射性能,定性分析比较直观,测试装置简单易制,测试方便,成本低.国内大部分研究也一直延用该检测方法.
但这种检测方法存在一些问题,首先其计算材料的太阳辐射反射系数不准确;其次,由于测试装置采用碘钨灯模拟太阳辐射,与太阳光实际波长与强度分布不一致,不同碘钨灯的辐射光谱也不相同,因此,不能确切地给出太阳辐射的反射系数,并且,不同的简易装置所测定的反射系数也缺乏可比性.
3 自制装置室外测试太阳辐射吸收系数方法分析
3.1 测试原理
围护结构的保温与隔热作用主要与室外气温和太阳辐射有关,而实际中室外综合温度涵盖了太阳辐射和室外气温两方面的影响.室外综合温度越高对建筑夏季隔热越不利,而对建筑的冬季保温越有利[4].即在其它条件都相同的情况下,室外综合温度是建筑能耗高低的决定性因素,根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)的规定:其计算式如下[4]:
式(2)中:I为太阳辐射照度值,W/m2;ρs为围护结构外表面对太阳辐射的吸收系数;αe为外表面换热系数,夏季取19.0W/(m2·K),冬季取23.0W/(m2·K).
该式中把太阳辐射得热部分作为假想温度与室外温度共同作用于建筑物.这个假想温度即为太阳辐射当量温度,其数值为I·ρs/αe.从太阳辐射当量温度计算式中看出,室外综合温度与建筑外饰面材料对太阳辐射吸收系数ρs呈线性关系.ρs越大,室外综合温度tsa越大,计算传入室内的热量越多,反之, ρ s越小,室外综合温度tsa越小,计算传入室内的热量就越少.所以,在测试外饰面材料的太阳辐射吸收系数时,可以通过测试室外综合温度而得到.由于室外综合温度值难以测试,因此,选择导热系数大传热快蓄热小的钢板上涂刷涂料,测试钢板另一侧的温度来间接得到材料太阳辐射吸收系数.
假设基准涂料的太阳辐射吸收系数ρs标已知,所测材料的太阳辐射吸收系数为ρs,在同样测试环境条件下进行测试,测得基准涂料的温度为tsa标,所测材料温度为tsa,则:
在测试的数据中,记录的温度以及太阳辐射强度值都是连续的逐时变化值,为了计算方便,在测试数据足够多的情况下可以简化按照平均值计算.
3.2 检测装置
检测器材:木盒子、三角形支架、不锈钢板、热电偶、铜-铜康导线、电烙铁、热流与温度巡检仪、太阳辐射直射表、黄油、焊丝、刷子、喷涂工具、辊子.检测装置示意图如图3所示.
图3 涂料反射率室内测试装置示意图
3.3 检测步骤
(1)做木框架,并加隔断把空间分为独立部分,避免互相干扰,外钉五合板制作;顶板上留有150×150毫米的洞,洞两侧需要留有支撑钢板的横档;底板正对顶板洞处钻小孔(直径1毫米),目的穿导线.
(2)钢板面涂刷、喷涂或辊涂涂料,并编号.此时要保证材料便与比较,即能保证一种条件在变化. (3)用电烙铁将铜—铜康导线焊于热电偶片上.
(4)热电偶粘贴于钢板的另一面,把钢板放在置于三角形支架的木盒子上,并把导线与热流与温度巡检仪连接.
(5)连接电源,测试并记录数据.同时利用太阳直射辐射表测试太阳辐射强度.
检测过程中,为了减小误差采取一定的措施.为了避免周边环境的长波辐射影响,选择辐射系数小的材料铝箔铺放在支架下面,同时为了避免传热的影响,在木盒子的下方放置60 mm的挤塑板.图4为不同颜涂料(光滑)面测得的温度.
图4 不同颜涂料(光滑)面测得的温度
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基准材料为白热反射涂料,ρs标=0.2.根据测试数据,按照式(2)的计算方法,可以得出几种涂料饰面的吸收系数ρs,见表1.计算出的数据与建筑物理相关资料中给出的ρs值相符,说明这种测试方法可行.薯类淀粉机
表1 几种涂料的太阳辐射吸收系数ρs涂料 白光滑 棕光滑 浅灰光滑 深灰光滑ρs 0.2 0.89 0.82 0.87
3.4 测试方法优点及局限性
本检测方法外饰面材料直接接受太阳辐射的照射,热源就是实际应用中的太阳,更能够接近实际的使用状况,而且很方便的计算出材料的太阳辐射吸收系数.装置制作简单,成本低.另外,这种测试方法可以同时测试多种颜以及多种粗糙程度涂料的太阳辐射吸收系数,测试速度快而且简捷,还便于进行不同情况的比较分析.但这种测试方法的测试条件受外界气候的影响大,只能在晴天进行测试.
4 结论和建议
建筑外饰面材料的太阳辐射性能的检测可以采用自制室内检测装置、分光光度计、自制室外检测装置.自制室外检测装置具有一定的优点,尤其是更接近实际情况,能够方便计算出材料的太阳辐射吸收系数.在没有分光光度计的情况下,进行材料的太阳辐射性能定量或定性研究,建议采用自制室外检测装置方法检测;进行材料的太阳辐射性能定性研究,建议采用自制室内检测装置方法检测.
参 考 文 献
【相关文献】
[1]刘加平.建筑物理.北京:中国建筑工业出版社,2000
[2]李英,王玉卓.建筑非透明外墙面材料热工性能研究.建筑技术,2009(01):38～41
[3]殷燕子,林安等.太阳热反射涂料的反射率检测方法研究及其数学模型.材料保护2004,37(05):8～10
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