隔热涂料保温性能的实验研究

隔热涂料保温性能的实验研究

王永娟1,张双喜1,韩伟康1,常乐1,张雅淳2
(1.青岛理工大学环境与市政工程学院,山东青岛266033;2.青岛大学经济学院,山东青岛266000)

0 前言
目前,我国市场上墙体保温涂料的种类很多,具有耐污染、耐久、耐碱及较低成膜温度等特点,但并不是每种涂料都包含这些优点。本文研究的隔热涂料是以高科技特殊粉体混合耐水性和耐候性极佳的环保型高分子聚合物及添加剂复合而成,可采用喷涂方式施工。其特殊的空心粉体结构可有效阻隔太阳光长、短波85%~90%的热源,大幅降低短波吸收率,使建筑物围护吸收的热量大减。该隔热涂料具有优良的弹性、耐候性和耐水性,25 ℃时导热系数不大于0.0563 W/(m·K),涂膜厚度只需0.5~0.6 mm,即可达到优异的隔热保温效果。可广泛应用于建筑墙体、各类异型管道、塔体、球体以及结构复杂、体型特殊的保温绝热工程。本文对该隔热涂料与普通涂料的隔热性能进行了对比试验,分析该隔热涂料的优缺点及节能效果。

1 实验
实验原理与板状建筑构件稳态热传递性质的测定原理一样,选取青岛某居民楼内1 个房间的1 面墙作为试验台,采用空调加热控制室内一侧空气的温度,墙体外侧则选取青岛2.5h 内温度变化不大时段的数据。对室内墙体涂有隔热涂料和普通涂料的同一个墙体、相同的时间进行试验研究分析,2 种涂料的颜色均为白色,墙体的热电偶布置为室内、外墙体各布置5 个点(见图1),热电偶为标准热电偶[1],精度为±0.2 ℃。每隔10 min 采集1 次数据。最后采用试验稳态时的数据,采用的每一组计算数据为试验达到稳态后2.5 h 内5 组数据的平均值。

○为墙内侧测点;●为墙外侧测点
图1 试验装置示意
2 实验数据及分析
2.1 晚间空气温差对内外墙体温度的影响
试验时间为4 月2~8 日每晚的9 点到凌晨5 点,测试结果见表1。

通过表1 的数据得到晚间2 种涂料墙体室内外空气温差对内外墙体温差的影响(见图2)。

图2 晚间室内外空气温差对内外墙体温差的影响
从图2 可得晚间2 种涂料墙体温差与室内外温差的函数关系式。
(1)隔热保温涂料:y=0.6058x+1.8401,R2=0.9726;
(2)普通涂料:y=0.6425x+0.6619,R2=0.9782。
2.2 白天室内外空气温差对内外墙体温度的影响
白天的数据为4 月2~8 号每天中午12 点左右2.5 h 内的平均数据(见表2)。
表2 白天时段的温度测试结果℃

通过表2 的数据得到白天2 种涂料墙体室内外空气温差对内外墙体温差的影响(见图3)。

图3 白天室内外空气温差对内外墙体温差的影响
从图3 可得白天2 种涂料墙体温差与室内外温差的函数关系式。
(1)隔热涂料:y=1.0938x-5.4094,R2=0.8346;
(2)普通涂料:y=1.1450x-6.9046,R2=0.8316。
3 节能对比计算及温度延迟时间
3.1 节能对比计算
选取的处理数据的平均值见表3。
表3 2 种涂料数据的对比

由表3 可以看出,同一时间,晚间涂隔热涂料墙体室内壁面温度比普通涂料的高0.8 ℃,室外壁面温度比普通涂料墙体温度的低0.1 ℃;白天涂隔热涂料墙体室内壁面温度比普通涂料的高0.6 ℃,室外壁面温度比普通涂料墙体的温度低0.4 ℃,由此可以看出,隔热涂料达到了一定的保温隔热效果。任何隔热涂料的最终目的都是为了节能,我们通过计算2 种材料的节能对比,得出结论。假设在相同试验条件下,2 种材料的传热量相同,即取室内外空气温度的平均值进行计算,由于涂刷2 种材料的墙体面积相同,为了计算简便,我们都取面积F=1 m2。
3.1.1 晚间
普通涂料的传热量[2]为:Q=KF△t=1.72×1×(19.2-7.5)=20.12 W,则传热量取为20.12 W,2 种涂料的墙体内外墙温差不同时的传热系数(K1、K2)的计算结果见表4。

由表4 中的X 可得节能效果受室内外墙体温差变化而变化的曲线(见图4)。


图4 节能效果受室内外墙体温差变化而变化的曲线
由图4 可得2 种材料的相对传热系数X 为线性函数,其关系式为:y=0.0164x+0.0168,R2=0.9144。
3.1.2 白天
在做白天的试验时,试验达到稳态时的时间不相同,太阳的辐射效率不同,而且受到天气的影响,本次试验没有找到相关的规律。

3.2 温度波的延迟
涂料的保温性能在另一个方面体现在温度的延迟上,测试了2 次不同时刻各个墙体及室内外空气温度的变化趋势。图5 的测试时间为2011 年4 月2 日16:00~4 日7:50,图6的测试时间为2011 年4 月4 日8:00~6 日8:00。


从图5、图6 可以看出,在最高温度时,涂隔热涂料墙体的温度比涂普通涂料外墙的温度低,而且在时间上也延迟了130 min,多次试验发现延迟时间皆为130 min;在最低温度时,隔热涂料墙体的温度比普通涂料外墙的温度低,在时间上延迟了10 min。由此可以说明,隔热涂料的保温隔热效果比普通涂料的明显。

4 结语
同一时间,晚间涂隔热涂料墙体室内壁面温度比普通涂料的高0.8 ℃,室外壁面温度比普通涂料墙体温度的低0.1℃;白天涂隔热涂料墙体室内壁面温度比普通涂料的高0.6℃,室外壁面温度比普通涂料墙体的温度低0.4 ℃。涂隔热涂料墙体的温度到达最大值比普通涂料墙体的要延迟130 min,且最高温度值低于普通涂料墙体的温度值;达到最小值延迟10min。由此可以看出,隔热涂料的保温隔热效果比普通涂料的好,达到了一定的保温隔热效果。但是现在市场对该涂料的认知还不是很全面,这就需要我们大力推广该新型涂料的使用。

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