CN101581682A - 一种建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，包括可360°旋转的转盘和包含防护箱体的测试台，该测试台位于所述转盘之上，所述防护箱体内又包括测试箱体和参比箱体，所述测试箱体测试面上是附着所述隔热涂料的测试墙体，所述参比箱体测试面上是附着参比涂料的参比墙体。本发明形成了一套准确可行的适合我国气候条件的建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置。

Description

一种建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置

技术领域

本发明涉及建筑热工性能测试技术领域，尤其涉及一种建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置。

背景技术

当前，美国和德国等发达国家在航空及军用等专用涂料的基础上相继开发了用于彩瓦和屋面的反射隔热涂料，具有一定的反射率与节能效率。现有隔热涂料按照机理大致可以分为以下3类：

(1)阻隔性隔热涂料，这是一种通过热传递的阻抗作用实现隔热的被动式降温涂料。一般采用低导热率的组合物或在涂膜中引入热导率极低的空气，以获得良好的隔热效果。以海泡石、蛭石、珍珠岩粉等作无机隔热骨料的硅酸盐复合隔热涂料(GB/T17371-1998)为典型的阻隔性隔热涂料。

(2)选择性热反射隔热涂料，这是一种以反射太阳光近红外部分为主的被动式降温涂料。有在地球上能接受到的太阳辐射由紫外光、可见光和近红外光线组成，合计能量为700kcal/m2，波长区域是0.2～2.5μm，其中紫外光占2.5％，可见光占44.3％，近红外光占53％。借助反射涂层对可见光和近红外线的高反射率降低太阳辐射的积累热。

(3)辐射隔热涂料，这是一种通过辐射形式把吸收的日照光线和热量以一定的波长发射到大气窗口中，以主动式降温方法达到隔热降温效果。该涂料借用了军事红外技术，提高涂层在λ＝0.3～1.35μm和λ＝8～13.5μm波段的高发射效果，其性能评价参数为发射率。

对于该种属于新型的建筑节能材料的隔热涂料，现有的建筑外墙保温隔热测试手段主要以实验室热箱法测定传热系数，无法考虑太阳辐射的影响，因此无法测试及分析隔热涂料对建筑能耗的影响，其在冬季夏季的实际气候条件下对墙体或屋面热工性能的改变需要通过大量的室外实测获得。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合我国气候条件的建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置。

本发明的技术方案是，一种建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，包括可360°旋转的转盘和包含防护箱体的测试台，该测试台位于所述转盘之上，所述防护箱体内又包括测试箱体和参比箱体，所述测试箱体测试面上是附着所述隔热涂料的测试墙体，所述参比箱体测试面上是附着参比涂料的参比墙体。

在所述测试箱体上制作的测试墙体是在空心粘土砖墙上附着所述隔热涂料，在所述参比箱体上制作的参比墙体是空心粘土砖墙上附着作为参比照涂料的普通涂料。

所述的防护箱体材料是聚氨酯，箱体的厚度是10厘米。

所述测试箱体及参比箱体长度为2米，宽度为2米，高度为2.4米。

在所述测试箱体及参比箱体前壁有边长为1.5米的正方形开口，用于制作测试墙体和参比墙体。

在所述防护箱体的前壁有边长为1.5米的正方形开口，用于制作测试墙体。

在所述测试箱体及参比箱体和所述防护箱体均安装有制冷设备和加热器，该制冷设备用来散发热量，该加热器用于平衡热量。

在所述测试箱体及参比箱体每个壁面按对角方向均匀布置热流计来测量通过壁面的微量传热。

在所述测试箱体及参比箱体每个壁面按对角方向均匀布置热电偶来测量壁面温度。

在所述测试箱体及参比箱体测试面的外部布置太阳总辐射计来测量测试面的太阳总辐射强度。

在所述测试箱体及参比箱体测试面的外部布置空气温度计来测量测试面外侧室外空气温度。

在所述测试箱体及参比箱体的每个壁面按对角方向均匀布置2个热流计来测量通过壁面的微量传热。

在所述参比测试箱体及参比箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置9个热电偶来测量壁面温度。

本发明的有益效果是，提供的测试装置考虑了太阳辐射的影响，能够测试分析隔热涂料对建筑能耗的影响，对于在冬季夏季的实际气候条件下的墙体或屋面热工性能也能够获得准确的测试结果。

附图说明

图1是本发明一实施例中提供的测试方法构件的测试装置平面图

图2是本发明一实施例中提供的测试方法构件的测试装置立体图

图3是本发明一实施例测试中获得的测试面太阳总辐射强度随时间变化图

图4是本发明一实施例测试中获得的通过测试面及参比面传入箱体的热流随时间变化图

图5是本发明一实施例测试中获得的测试涂料及参比涂料表面温度以及室外温度随时间变化图

图6是本发明一实施例测试中获得的测试面及参比面有效传热系数随时间的变化图

具体实施方式

本发明的具体实施方式说明如下，如图1和图2所示的测试装置图，一种建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，包括可360°旋转的转盘和包含防护箱体的测试台，该测试台位于所述转盘之上，所述防护箱体内又包括测试箱体和参比箱体，所述测试箱体测试面上是附着所述隔热涂料的测试墙体，所述参比箱体测试面上是附着参比涂料的参比墙体。在所述测试箱体上制作的测试墙体是在空心粘土砖墙上附着所述隔热涂料，在所述参比箱体上制作的参比墙体是空心粘土砖墙上附着作为参比照涂料的普通涂料。所述的防护箱体材料是聚氨酯，箱体的厚度是10厘米。所述测试箱体及参比箱体长度为2米，宽度为2米，高度为2.4米。在所述测试箱体及参比箱体前壁有边长为1.5米的正方形开口，用于制作测试墙体和参比墙体。在所述防护箱体的前壁有边长为1.5米的正方形开口，用于制作测试墙体。在所述测试箱体及参比箱体和所述防护箱体均安装有制冷设备和加热器，该制冷设备用来散发热量，该加热器用于平衡热量。在所述测试箱体及参比箱体每个壁面按对角方向均匀布置热流计来测量通过壁面的微量传热。在所述测试箱体及参比箱体每个壁面按对角方向均匀布置热电偶来测量壁面温度。在所述测试箱体及参比箱体测试面的外部布置太阳总辐射计来测量测试面的太阳总辐射强度。在所述测试箱体及参比箱体测试面的外部布置空气温度计来测量测试面外侧室外空气温度。在所述测试箱体及参比箱体的每个壁面按对角方向均匀布置2个热流计来测量通过壁面的微量传热。在所述参比测试箱体及参比箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置9个热电偶来测量壁面温度。

按照上述如图1和图2所示的测试装置图，要求附近没有建筑物阻挡测试光线，从日升到日落太阳都能照射到测试台。整个测试台放置于一个转盘上，转盘由电机带动可以360°旋转。测试台由两个测试箱体及参比箱体、一个防护热箱、一台风冷冷水机组、测量和控制设备以及其他辅助设备组成。其中，防护热箱主要用来将测试箱体及参比箱体和环境隔离，从而减少测试箱体及参比箱体和环境的传热。箱体的材料选用聚氨酯，它的保温性能及强度都能满足要求。箱体厚度为10cm。在测试箱体及参比箱体前壁留有一个(1.5m×1.5m)洞口，用于制作基墙和隔热涂料。在测试时，防护热箱和测试箱体及参比箱体温度共同保持在24℃，理论上除测试面，测试箱体及参比箱体其余各面与外界基本无传热量。测试箱体及参比箱体(2m×2m×2.4m)主要用于测试。前壁留有和防护热箱一样的洞口。测试箱体及参比箱体内分别安装有一台风机盘管机组和电加热器，风机盘管用来带走房间内的热量，电加热器用于平衡房间内的热量。同时为了使测量结果更加精确，在测试箱体及参比箱体每个壁面按对角方向均匀布置热流计来测量通过壁面的微量传热。同时为了解壁面温度的均匀性，在测试箱体及参比箱体每个壁面按对角方向均匀布置了热电偶来测量壁面温度。散热器采用风冷冷水机组，位于测试台的一角。为满足试验在不同天气条件下运行，风冷冷水机组选用两台并联的压缩机，一般情况下只需运行一台压缩机，当太阳辐射得热量较多而箱体内温度不能控制在设定值时，两台压缩机同时运行。风冷冷水机组同样适用于冬季试验的运行，只需先运行风机盘管和电加热，将冷水机组的循环水温度提高到8℃以上，机组便可自动运行。由于测试进行过程中，回水温度基本保持不变，因此机组不会因低温保护而停机。

测试台主要测量仪表数量及其精度如表1、2所示。

表1测试台主要测量仪表及其数量

表2测试台主要测量仪表精度

三相电参数综合测量仪的精度是指电能量累计到1kWh时的误差。

其中防护热箱和每个测试箱体及参比箱体内都放置一个铂电阻用于测量箱体温度，然后将温度信号传给控制器，控制器通过比较测量温度值和设定温度值来控制固态继电器通断，从而控制电加热器开停来达到稳定房间温度的目的。测试箱体及参比箱体中另外两个铂电阻用于测量风机盘管的进出口水温。同时在测试箱体及参比箱体风机盘管进口管路上安装电磁流量计测量水流量。在测试箱体及参比箱体内部选取9个不同的测试点放置热电偶，用于在测试的进行过程中确保箱体内部温度均匀。由于对防护热箱温度均匀性要求相对较低，故只放置3个热电偶。为提高测试的精度，每个测试箱体及参比箱体内壁附有2片热流计用于测量测试箱体及参比箱体与防护热箱及环境的微量传热。三相电参数综合测量仪和功率变送器分别测量电加热累计耗能和风机的功率。另外，室外放置一整套便携式自动气象站，用于测量室外温湿度、风速、风向等。

试验开始前需对测试箱进行标定，主要是将测试箱制作标准墙体(标准隔热保温性能已知)。然后启动测控系统，使测试进行过程中确保测试箱体及参比箱体和防护热箱内温度保持在24℃，各点热电偶测量温差在0.5℃以内。同时控制试件内表面风速小于0.3m/s。在现场状态下比较测试箱测试值与理论标准值的差距，然后进行校准。标定结束后，在测试箱体及参比箱体上制作基墙及隔热涂料。选择太阳辐射强度较高的天气对样品进行测试。

基于热量平衡原理，对于测试箱体及参比箱体，在密闭的情况下，测试样品的传热量可由下式计算：

Q_s＝Q_fc-Q_f-Q_s-Q_wall-Q_l    (1)

其中：Q_fc＝cmΔT          (2)

$Q_{\mathrm{wall}}=\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{q}_i{A}_i---\left(3\right)$

Q_window＝KAΔT            (4)

以上式中，Q_S为测试墙体的实际传热量，单位W；

Q_fc为风机盘管换热量，单位W；

Q_f风机功率，单位W；

Q_e为电加热量，单位W；

Q_Wall为墙体传热量，单位W；

Q_l为各壁面漏热量，单位W；

由公式(1)得到的测试样品的传热量可计算得到实际动态状况下的有效传热系数K_eff

K_eff＝Q_S/(T_e-T_i)           (5)

T_e为室外空气温度，单位℃

T_i为室内空气温度，单位℃

根据表2、公式(1)～(4)和测试数据分析可知，冷水机组进出口水温差的误差影响比较大。故在对测试箱标定时需将冷水机组的水流量控制在比较小的稳定状态下，同时将进出口温度的误差调试到同向误差，这样可以有效的减少出口水温差误差带来的影响。

下面，就在室外条件下测试一种隔热涂料的隔热性能，具体描述其过程以及效果。

在进行必要的标定后，在测试箱体上制作了空心粘土砖墙加隔热涂料，在参比箱体上制作了空心粘土砖墙加普通涂料，在2008年3月19日-21日进行了测试，图3～6为试验测试结果。

由图4可见，透过试验墙体传入测试箱体内部的热流量昼夜变化十分显著，其变化趋势与太阳辐射强度的变化(图3)一致。而隔热涂料与普通外墙涂料在白天及夜间均略有差别，随着太阳辐射强度的提高，其隔热效果逐渐开始显现，正午太阳辐射最强且室外温度最高时热流变化最大。

图5显示了测试墙体的内外表面温度随时间的变化。可以看到涂有隔热涂料的墙体外表面温度低于普通外墙涂料，这样在白天减小了太阳得热的同时在夜间阻隔了室内温度向外传递。

根据公式(5)可以得到测试墙体的有效传热系数K(即U值)，如图6，阻隔型隔热涂料比普通外墙涂料的有效传热系数略低约10％左右，对建筑节能有一定的贡献。

Claims (13)

1、一种建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，包括可360°旋转的转盘和包含防护箱体的测试台，该测试台位于所述转盘之上，所述防护箱体内又包括测试箱体和参比箱体，所述测试箱体测试面上是附着所述隔热涂料的测试墙体，所述参比箱体测试面上是附着参比涂料的参比墙体。

2、如权利要求1所述的建筑外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述测试箱体上制作的测试墙体是在空心粘土砖墙上附着所述隔热涂料，在所述参比箱体上制作的参比墙体是空心粘土砖墙上附着作为参比照涂料的普通涂料。

3、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，所述的防护箱体材料是聚氨酯，箱体的厚度是10厘米。

4、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，所述测试箱体及参比箱体长度为2米，宽度为2米，高度为2.4米。

5、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述测试箱体及参比箱体前壁有边长为1.5米的正方形开口，用于制作测试墙体和参比墙体。

6、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述防护箱体的前壁有边长为1.5米的正方形开口，用于制作测试墙体。

7、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述测试箱体及参比箱体和所述防护箱体均安装有制冷设备和加热器，该制冷设备用来散发热量，该加热器用于平衡热量。

8、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述测试箱体及参比箱体每个壁面按对角方向均匀布置热流计来测量通过壁面的微量传热。

9、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述测试箱体及参比箱体每个壁面按对角方向均匀布置热电偶来测量壁面温度。

10、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述测试箱体及参比箱体测试面的外部布置太阳总辐射计来测量测试面的太阳总辐射强度。

11、如权利要求1所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述测试箱体及参比箱体测试面的外部布置空气温度计来测量测试面外侧室外空气温度。

12、如权利要求8所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述测试箱体及参比箱体的每个壁面按对角方向均匀布置2个热流计来测量通过壁面的微量传热。

13、如权利要求9所述对于外墙隔热涂料隔热性能室外动态测试装置，其特征在于，在所述参比测试箱体及参比箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置9个热电偶来测量壁面温度。

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