1、建筑外墻用隔熱涂料建筑外墻用隔熱涂料輻射換熱原理分析輻射換熱原理分析 我國已出臺建筑用隔熱涂料產品的國家標準；我國已出臺建筑用隔熱涂料產品的國家標準；引導全國建筑隔熱涂料的科學推廣以及合理應用。引導全國建筑隔熱涂料的科學推廣以及合理應用。 部分省市因地制宜編制了建筑隔熱涂料地方應部分省市因地制宜編制了建筑隔熱涂料地方應用規程。各地建設管理機構配套出臺了促進建筑隔用規程。各地建設管理機構配套出臺了促進建筑隔熱涂料在當地合理應用的管理文件和驗收規定。為熱涂料在當地合理應用的管理文件和驗收規定。為正確引導其產品的正確應用和健康發展起了非常重正確引導其產品的正確應用和健康發展起了非常重要的作用！要的作

2、用！熱能的傳導：熱能總是試圖達到一個平衡的狀態! 第零定律熱量傳遞過程的推動力：溫差熱量傳遞過程的推動力：溫差 熵增定律熵增定律 導熱：是物體不同溫度的各部分直接接觸而發生的熱傳遞現象。 導熱導熱( (熱傳導熱傳導) ) 對流對流( (熱對流熱對流) ) 熱輻射熱輻射 可以在固體、液體、氣體中發生可以在固體、液體、氣體中發生a 必須有溫差；必須有溫差；b 物體直接接觸；物體直接接觸；c 依靠分子、原子及自由依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而傳遞熱量；電子等微觀粒子熱運動而傳遞熱量；流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發生相流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發生相對

3、宏觀運動而傳遞熱量的現象。對宏觀運動而傳遞熱量的現象。對流換熱：對流換熱：當流體流過一個物體表面時的熱量傳遞過程，具有當流體流過一個物體表面時的熱量傳遞過程，具有如下特點：如下特點： a 導熱與熱對流同時存在的熱傳遞過程導熱與熱對流同時存在的熱傳遞過程 b 必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運動；同樣必須存必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運動；同樣必須存在溫差在溫差 c 壁面處會形成速度梯度的邊界層壁面處會形成速度梯度的邊界層 在傳熱的三個階段中的在傳熱的三個階段中的，往往是，往往是流體與固體壁面接觸時的換熱，在這種情況下，換熱過程就不流體與固體壁面接觸時的換熱，在這種情況下，換熱過程就不單

4、有流體的對流作用，同時伴隨著導熱，我們把導熱和對流共單有流體的對流作用，同時伴隨著導熱，我們把導熱和對流共同存在的過程，稱為同存在的過程，稱為。定義：有熱運動產生的，以電磁波形式傳遞能量的現象定義：有熱運動產生的，以電磁波形式傳遞能量的現象 特點：特點：a a、任何物體，只要溫度高于、任何物體，只要溫度高于0 K0 K，就會不停地向周，就會不停地向周圍空間發出熱輻射；圍空間發出熱輻射； b b、可以在真空中傳播；、可以在真空中傳播； c c、伴隨能量形式的轉變；、伴隨能量形式的轉變； （發射時熱能轉變為輻射能，吸收時輻射能轉變為熱能） d d、具有強烈的方向性；、具有強烈的方向性； e e、輻

5、射能與溫度和波長均有關；、輻射能與溫度和波長均有關； f f、發射輻射取決于溫度的、發射輻射取決于溫度的4 4次方。次方。 物體表面每平方米每秒對外輻射的熱量稱為物體表面每平方米每秒對外輻射的熱量稱為輻射力輻射力E，其大小與物體表面性質和溫度有關。，其大小與物體表面性質和溫度有關。輻射換熱輻射換熱物體間靠熱輻射進行的熱量傳遞，它與單純的熱輻射物體間靠熱輻射進行的熱量傳遞，它與單純的熱輻射不同。不同。 (5) (5) 輻射換熱的特點輻射換熱的特點a a 不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質的存在，在真空中不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質的存在，在真空中就可以傳遞能量就可以傳遞能量b

6、b 在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉換物體熱力學能在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉換物體熱力學能 電磁波能電磁波能 物體熱力學能物體熱力學能c c 無論溫度高低，物體都在不停地相互發射電磁波能、無論溫度高低，物體都在不停地相互發射電磁波能、 相互輻射相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量；總的結果是熱由高溫傳到低溫。體的能量；總的結果是熱由高溫傳到低溫。輻射傳熱量是物體間相互輻射與吸收的動態平衡(當物體間處于熱平衡時，凈輻射換熱量等于零，但是相互間的輻射與吸收仍在進行)。圖圖1-4 1-4 對流換

7、熱中邊界層的示意圖對流換熱中邊界層的示意圖 無相變：強迫對流和自然對流無相變：強迫對流和自然對流 有相變：沸騰換熱和凝結換熱有相變：沸騰換熱和凝結換熱W )(fwtthA2mW )( fwtthAqConvection heattransfer coefficient h 表面傳熱系數表面傳熱系數 熱流量熱流量W，單位時間傳遞的熱量，單位時間傳遞的熱量q2mW 熱流密度熱流密度K)(mW2A2m 與流體接觸的壁面面積與流體接觸的壁面面積wt C 固體壁表面溫度固體壁表面溫度ft 流體溫度流體溫度 C 當流體與壁面溫度相差當流體與壁面溫度相差1 1度時、每單位壁面面積上、單位度時、每單位壁面面積

8、上、單位時間內所傳遞的熱量時間內所傳遞的熱量)( ttAhwK)(mW2影響影響h h因素：因素：等等hhrthtqRthAt 1 )(1（Convection heat transfer coefficientConvection heat transfer coefficient）hhrthtqRthAt 1 )(1 )(1WChARh 12WCmhrh （1）自然對流換熱。 由于流體冷熱部分的密度不同而引起的流動。主要受溫差大小影響。 （2）受迫對流換熱。 由于外力作用（如風吹，泵壓）而迫使流體產生對流。受迫對流包含了自然對流。主要受溫差、風速及固體表明粗糙度的影響。3 3 一維穩態傳熱

9、過程中的熱量傳遞一維穩態傳熱過程中的熱量傳遞忽略熱輻射換熱，則忽略熱輻射換熱，則左側對流換熱熱阻左側對流換熱熱阻111AhRh固體的導熱熱阻固體的導熱熱阻右側對流換熱熱阻右側對流換熱熱阻211AhRhAR 上面傳熱過程中傳遞的熱量為：上面傳熱過程中傳遞的熱量為：2121212111)()(AhAAhttRRRttffhhfftAkttAkff)(21傳熱系數傳熱系數 ，是表征傳熱過程強烈程度的標尺，是表征傳熱過程強烈程度的標尺，不是物性參數，與過程有關。不是物性參數，與過程有關。KmW221211111hhrrrhhk單位面積的傳熱熱阻單位面積的傳熱熱阻 傳熱系數傳熱系數a k k 越大，傳熱

10、越好。若要增大越大，傳熱越好。若要增大 k k，可增大，可增大或減小21 , ,hhb 非穩態傳熱過程以及有內熱源時，不能用熱阻分非穩態傳熱過程以及有內熱源時，不能用熱阻分析法析法 1）材質的影響。 如：礦棉、泡沫塑料 磚、鋼筋混凝土 鋼 材、鋁 2）材料干密度的影響。 干密度越大，導熱系數越大。對特殊材料 來說：存在一個最佳干密度值，使導熱系 數最小。 3）材料含濕量的影響 含濕量越大，導熱系數越大。混凝土干密度與導熱系數的關系磚砌體導熱系數與重量濕度的關系 壁體內表面吸熱量 i內表面換熱系數 平壁材料層導熱量材料層導熱系數 壁體外表面散熱量e外表面換熱系數物體熱輻射的特性：物體對熱輻射的吸

11、收、反射和穿透 Q溫差 梯度，決定熱流傳導方向熱 溫度，決定輻射） m2 /sp不能按物體的顏色來判斷（不能按物體的顏色來判斷（可見光只是全波長射線中的可見光只是全波長射線中的一小部分），白顏色的的物體不一定是白體。一小部分），白顏色的的物體不一定是白體。p雪對可見光吸收率很小，但對全波長射線其吸收率雪對可見光吸收率很小，但對全波長射線其吸收率0.980.98，非常接近黑體；，非常接近黑體；p白布和黑布對可見光的吸收率不同，但對紅外線的吸收白布和黑布對可見光的吸收率不同，但對紅外線的吸收率基本相同，率基本相同，p普通玻璃能透過可見光，對普通玻璃能透過可見光，對3m3m的紅外線幾乎是不的紅外線幾

12、乎是不透明體。透明體。輻射系數（C） 輻射系數可以表征物體向外發射輻射的能力。各種物體的輻射系數均低于黑體，其數值大小取決于物質種類、表面溫度和表面狀況。這說明只與發射輻射的物體本身有關，而不涉及外界條件。 輻射系數的范圍在05.68W/(m2 k4)黑度（） 相同溫度下，實際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比:輻射力E：單位時間內，物體的單位表面積向半球空間發射的所有波長的能量總和。 黑體的輻射力為Eb；黑體的光譜輻射力為Eb物體對外來輻射的吸收和物體對外來輻射的吸收和反射能力是和物體的性質、反射能力是和物體的性質、表面狀況、所處溫度和發表面狀況、所處溫度和發射物體的溫度有關射物體的溫

13、度有關。 選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實際物體對投入輻射的吸收能力也根據其波長的不同而變化，稱為選擇性吸收。隔熱涂料的應用存在的問題：隔熱涂料的應用存在的問題：1、僅僅將該產品其一個、僅僅將該產品其一個“反射作用反射作用”特性進行了研究，量特性進行了研究，量化計算的基礎值得探討。（無論是等效法或修正法）化計算的基礎值得探討。（無論是等效法或修正法）2、對其特性研究對象僅針對、對其特性研究對象僅針對“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對結構熱穩定做出的貢獻。身的特性作用對結構熱穩定做出的貢獻。3、將該傳熱研究的基礎仍建立在基于穩態導熱理論，進入、將該傳熱研

14、究的基礎仍建立在基于穩態導熱理論，進入了一個不適合的體系，即一方面認為是了一個不適合的體系，即一方面認為是“反射隔熱周期作反射隔熱周期作用用”特性，而又采用穩態特性，而又采用穩態“保溫保溫”傳統思路去分析其機理，傳統思路去分析其機理，其結果效應以及對其結果效應以及對“隔熱涂料隔熱涂料”產品性能的要求缺乏針對產品性能的要求缺乏針對性和完整性。性和完整性。 晝 夜 - - 建筑物內外表面的傳熱特點夏 冬 黑體單色輻射Eb的最大值隨著黑體溫度升高而向波長較短一邊移動。波段輻射力占同溫度下黑體輻射波段輻射力占同溫度下黑體輻射力力E Eb b的百分數。的百分數。F Fb(b(）: :熱輻射主要處于紅外線

15、波長范圍內，熱輻射主要處于紅外線波長范圍內， 這是這是克希霍夫定律的表達式克希霍夫定律的表達式，它說明在熱，它說明在熱平衡條件下，任意物體的吸收比等于同溫度平衡條件下，任意物體的吸收比等于同溫度下該物體的輻射率下該物體的輻射率(黑度黑度)。克希霍夫克希霍夫(Kirchhoff)(Kirchhoff)揭示了與周圍環境揭示了與周圍環境處于熱平衡狀態下實際物體的黑度與吸收處于熱平衡狀態下實際物體的黑度與吸收率之間的關系。率之間的關系。cos)(IdAdddE熱輻射，熱輻射，0.76-200.76-20太陽輻射太陽輻射, 0.38-0.76隔熱涂料與普通涂料對比1、在250nm2500nm反射比不具特

16、點；在760nm-2500nm表現其特征；2、在不同明度下，其760nm-2500nm反射特性更優于在250nm2500nm反射比；3、在遠紅外其反射特性差異不明顯3、發射率（黑度）與所處溫度密切相關明度、顏色均表現在可見光譜范圍（太陽輻射），明度、顏色均表現在可見光譜范圍（太陽輻射），對普通涂料的吸收和反射影響大對普通涂料的吸收和反射影響大由于隔熱涂料對紅外光譜更為敏感（熱輻射），因由于隔熱涂料對紅外光譜更為敏感（熱輻射），因此受明度、顏色因素影響小此受明度、顏色因素影響小 = c 熱擴散率a 反映了導熱過程中材料的導熱能力（反映了導熱過程中材料的導熱能力（ ）與沿途物質儲熱能力（ c ）之

17、間的關系）之間的關系 物體的導熱系數越大，在相同的溫度梯度下可以傳導更多的熱量。 越大，材料中溫度變化傳播的越迅速。是材料傳播溫度變化能力大小的指標 c 越小，溫度升高1所吸收的熱量越小，剩下更多熱量繼續向物體內部傳遞，能使物體各點的溫度更快地隨界面溫度的升高而升高。 :導熱系數 單位W/mK； ：密度， 單位Kg/m3 c：比熱容， 單位J/kgK 、=/ cC為容積熱容量 夏天 隔熱涂料墻面的熱發射能力 以溫度4次方提升，少吸多反 射 冬天 隔熱涂料墻面的熱發射能力大 幅度衰減 紅外線選擇性吸收和反射的特性夏季： 隔熱涂料反射熱能力主要體現在紅外以及在近紅外0.78-2.5 波段對色彩與明度不敏感，同時吸收的熱能具有較高的發 射紅外發 射能力。（太陽光譜中熱能主要在0.78-20紅外區 域） 普通涂料對色彩具有明顯的選擇性吸收，其可見光區域 的敏感性高于隔熱涂料，對紅外發射 能力遠低于隔熱涂料 ，使得表面溫度升高； 溫差，影響熱流量冬季