CN109490358A - 一种保温节能涂料传热系数的检测方法 - Google Patents

一种保温节能涂料传热系数的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料传热系数检测领域，具体涉及一种保温节能涂料传热系数的检测方法。通过准备两块材质完全相同的玻璃基板，其中一块玻璃基板喷涂或刷凃精确质量的待测涂料，制得带涂料的玻璃基板S和空白玻璃基板Y；将玻璃基板S置于密闭环境中养护，养护结束分别在检测装置中进行两块玻璃基板的传热系数测量；最后根据公式K＝K0‑K1，计算出待测涂料的传热系数；为反映该类产品的热工性能提供了一种思路，为判定保温节能涂料的保温隔热效果提供一个解决方法，可以用传热系数的大小来对涂料的保温性能进行分类，简单、直观、具体地对涂料保温性能进行定级。

Description

一种保温节能涂料传热系数的检测方法
技术领域
本发明涉及建筑材料传热系数检测领域，具体涉及一种保温节能涂料传热系数的检测方法。
背景技术
随着建筑能耗所占国民经济总能耗的份额与日俱增，建筑节能已经成为十分紧迫的工作，新建建筑工作重点之一就是大力发展高效节能的新型围护结构。
针对原有建筑的改造，在围护结构表面施涂一层保温节能涂料的方法来达到保温节能标准要求，该方法既简单可行，又方便施工，围护结构表面施涂一层保温节能涂料后，涂层在整个围护结构传热过程中变成隔热的主要因素。保温节能涂料与其他保温节能材料相比，有难于制成符合要求的检测传热系数的试样的特点，其保温节能效果难以具体表征及检测，保温节能涂料的发展与其热工性能——传热系数的检测方法的发展并不同步。
JG/T338-2011《建筑玻璃用隔热涂料》，该产品具有较高的红外线阻隔效果，其产品性能指标有光学性能(遮蔽系数、可见光透射比、可见光透射比保持率)，未对热工性能传热系数做具体的技术要求及测试方法。HG/T4341-2012《金属表面用热反射隔热涂料》，其热反射性能指标有：太阳光反射比、半球发射率、近红外光反射比，未对传热系数做具体技术要求及测试方法的规定。类似的保温节能涂料产品还有很多，各个公司生产的执行自己企业标准的产品，其产品性能指标中，未对传热系数作相应的规定，为解决保温节能涂料保温节能效果检测及表征方法的问题，保温节能涂料传热系数K值(或U值)的分级及检测方法亟待提出。
发明内容
由于保温节能涂料的传热系数目前没有相应的统一的检测方法，因此，本发明提出了一种保温节能涂料传热系数的检测方法，为反映该类产品的热工性能提供了一种思路，为判定保温节能涂料的保温隔热效果提供一个解决方法，可以用传热系数的大小来对涂料的保温性能进行定级，简单、直观、具体的对涂料保温性能进行定级。
本发明是通过以下技术方案实现的：
第一步、构架保温节能涂料的传热系数的检测装置，所述检测装置包括：
热箱1和冷箱2，及可拆卸地连接于热箱1和冷箱2之间的试件框3，所述试件框3中还含有可拆卸的试件5；
所述热箱1中还包括电加热器4；
所述冷箱2中还包括连接于冷箱底板上的可拆卸的风机7，设置于冷箱2内部的蒸发器8和加热器9；所述风机7上方紧密连接有可拆卸的隔风板6；所述蒸发器8的另一端穿透冷箱2，并通过管道连通至冷冻机13；
所述检测装置还包括环境空间10，所述环境空间10密闭环绕热箱1、冷箱2、试件框3；所述环境空间10的外侧还紧密连接有湿度控制及数据采集系统14，内侧设置有不与热箱1连接的空调器11；
所述湿度控制及数据采集系统14外部设有控湿装置12，控制装置12与热箱1之间通过可拆卸式管道连接，并穿过环境空间10；
优选的，所述热箱1和冷箱2之间紧密连接，且热箱1和冷箱2的箱体厚度完全相同；便于控制单一变量，并保证热箱1和冷箱2之间的气流顺畅流通且不向外扩散。
第二步、进行保温节能涂料的传热系数检测，包括以下检测步骤：
a、制板：准备两块材质完全相同的玻璃基板，洗净后沥干，至玻璃基板上无水印、无杂质；其中一块玻璃基板喷涂或刷凃精确质量的待测涂料，制得带涂料的玻璃基板S和空白玻璃基板Y；
b、养护检测：将玻璃基板S置于密闭环境中养护5～10d，并将养护结束的玻璃基板S和玻璃基板Y分别放于检测装置中进行传热系数测量；
c、传热系数计算：根据公式K＝K0-K1，计算出待测涂料的传热系数，式中：
K为待测涂料的传热系数，单位为W/(m2·K)；
K0为玻璃基板Y的传热系数，单位为W/(m2·K)；
K1为玻璃基板S的传热系数，单位为W/(m2·K)。
优选的，所述玻璃基板为两块6mm厚的钢化白板，尺寸为800×1250mm，取至同一厂家、同一批次、同一生产条件；也可仅选用一块玻璃基板，先进行空白板的传热系数测定，再进行涂料版的传热系数测定，目的在于选择相同玻璃基板的这一单一变量，减小测量误差。
优选的，所述待测涂料的精确质量由下式计算：
m＝D×S×100×10-6
式中：
m为湿膜厚度为100μm的一层涂料的质量，单位为kg；
D为待测涂料稀释后的密度，单位为kg/m3；
S为涂料在玻璃基板上的喷涂或刷凃面积，单位为m2；
其中，所述待测涂料的称量质量精确至±0.1g。
优选的，所述玻璃基板S养护过程中，还需控制密闭环境的温度为21～25℃，空气湿度为45～55％，保证保温节能涂料均匀地粘附在玻璃基板的表面。
优选的，所述传热系数测量过程中，还需控制检测装置中的热箱温度为18～22℃，且恒定不变；冷箱温度为-18～-22℃，且恒定不变；环境空间湿度为45～55％，且恒定不变；目的在于控制检测过程中的环境参数完全相同，减少检测误差。
优选的，所述传热系数测量过程中，还需控制玻璃基板S与玻璃基板Y的检测环境和检测参数完全相同；
同时，还需控制控制玻璃基板S与玻璃基板Y在检测前的温度和湿度完全相同；
必要时，还可按相同的方法对玻璃基板Y进行养护处理。
优选的，所述玻璃基板S或玻璃基板Y的传热系数按下述方法计算：
设玻璃基板S的传热系数K1或玻璃基板Y的传热系数K0为U，其中，U＝(Q-M1·Δθ1-M2·Δθ2)/(A·(th-tc))，式中：
U为传热系数，单位为W/(m2·K)；
Q为加热器加热功率，单位为W；
M1为由标定试验确定的热箱外壁热流系数，单位为W/K；
M2为由标定试验确定的试件框热流系数，单位为W/K；
Δθ1为热箱外壁内、外表面面积加权平均温度之差，单位为K；
Δθ2为试件框热侧冷侧表面面积加权平均温度之差，单位为K；
A为试件面积，单位为m2；
Th为热箱空气平均温度，单位为K；
Tc为冷箱空气平均温度，单位为K。
在本发明中，所述传热系数的检测原理如下：
该传热系数检测方法基于稳定传热原理，采用标定热箱法分别检测玻璃基板Y、施涂涂料后的玻璃基板S的传热系数，然后以两次检测结果的差值来反应保温节能涂料的传热系数；玻璃基板检测时一侧为热箱，模拟采暖建筑冬季室内气候条件，另一侧为冷箱，模拟冬季室外气温和气流速度，对玻璃板四周缝隙进行密封处理，玻璃基板两侧各自保持稳定的空气温度、气流速度和热辐射条件下，测量热箱中加热器的发热量，减去通过热箱外壁和试件框的热疏松，除以玻璃板面积与两侧空气温差的乘积，即可计算出玻璃基板Y、施涂涂料后的玻璃基板S的传热系数U值，然后以玻璃基板Y的传热系数值K0减去施涂涂料后的玻璃基板S的传热系数值K1，以所得的差值来表征保温节能涂料的传热系数。
在传热系数测定前，分别测定热箱或冷箱中的温度和湿度，各测定5～10次，待热箱和冷箱中的温度和湿度平稳不变后，开始测定玻璃基板S和玻璃基板Y的传热系数。
在传热系数测定过程中，严格控制环境空间中的空气湿度与玻璃基板S养护时的密闭空间湿度完全相同，同时至开始测定起10名后，每隔3min分别测定一次热箱中温度和冷箱中温度，待热箱中温度和冷箱中均达到平衡时，传热系数测定结束。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明提出了一种保温节能涂料传热系数的检测方法，为反映该类产品的热工性能提供了一种思路，为判定保温节能涂料的保温隔热效果提供一个解决方法，可以用传热系数的大小来对涂料的保温性能进行分类，简单、直观、具体地对涂料保温性能进行定级；
同时，本发明提供的保温节能涂料系数的检测方法设计合理，检测方便，操作简易，可控性强；再搭配合理有效的检测装置，一次测定，就可直接表征出保温节能涂料的传热系数或玻璃基板或其他材质的传热系数，方便快捷。
附图说明
图1是检测装置的结构示意图；图中：
1-热箱、2-冷箱、3-试件框、4-电加热器、5-试件、6-隔风板、7-风机、8-蒸发器、9-加热器、10-环境空间、11-空调器、12-控湿装置、13-冷冻机、14-温度控制与数据采集系统。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步作详细的说明，但本发明提供的技术方案不仅包括实施例中展现的内容。
实施例1
本实施例提供了一种保温节能涂料传热系数的检测方法，具体过程如下：
第一步、构架保温节能涂料的传热系数的检测装置，所述检测装置包括：
用于承载热源的热箱1和用于承载冷源的冷箱2，及可拆卸地连接于热箱1和冷箱2之间的试件框3，用于安装待测定的玻璃基板，所述试件框3中还含有可拆卸的试件5；
所述热箱1中还包括电加热器4，用于向热箱1中提供热源；
所述冷箱2中还包括连接于冷箱底板上的可拆卸的风机7，用于调节控制冷箱和热箱间的空气流速；
设置于冷箱2内部的蒸发器8和加热器9；所述风机7上方紧密连接有可拆卸的隔风板6；所述蒸发器8的另一端穿透冷箱2，并通过管道连通至冷冻机13，便于向冷箱中提供冷源；
所述检测装置还包括环境空间10，所述环境空间10密闭环绕热箱1、冷箱2、试件框3；所述环境空间10的外侧还紧密连接有湿度控制及数据采集系统14，内侧设置有不与热箱1连接的空调器11；
所述湿度控制及数据采集系统14外部设有控湿装置12，控制装置12与热箱1之间通过可拆卸式管道连接，并穿过环境空间10；
所述热箱1和冷箱2之间紧密连接，且热箱1和冷箱2的箱体厚度完全相同；便于控制单一变量，并保证热箱1和冷箱2之间的气流顺畅流通且不向外扩散。
第二步、进行保温节能涂料的传热系数检测，包括以下检测步骤：
a、制板：准备两块材质完全相同的6mm厚的钢化白板，尺寸为800×1250mm，两块钢化白板取至同一厂家、同一批次、同一生产条件，洗净后沥干，至玻璃基板上无水印、无杂质；在其中一块玻璃基板刷凃100μm厚的精确质量的待测涂料，制得带涂料的玻璃基板S和空白玻璃基板Y；
b、养护检测：将玻璃基板S置于密闭环境中养护7d，养护过程中，控制密闭环境的温度为23℃，空气湿度为50％，保证保温节能涂料均匀地粘附在玻璃基板的表面；
并将养护结束的玻璃基板S和玻璃基板Y分别放于检测装置中进行传热系数测量，测量过程中，控制检测装置中的热箱温度为20±0.3℃；冷箱温度为-20±0.3℃；环境空间湿度为50±5％；目的在于控制检测过程中的环境参数完全相同，减少检测误差；同时，控制玻璃基板S与玻璃基板Y的检测环境和检测参数完全相同；控制控制玻璃基板S与玻璃基板Y在检测前的温度和湿度完全相同；
c、传热系数计算：根据公式K＝K0-K1，计算出待测涂料的传热系数，式中：
K为待测涂料的传热系数，单位为W/(m2·K)；
K0为玻璃基板Y的传热系数，单位为W/(m2·K)；
K1为玻璃基板S的传热系数，单位为W/(m2·K)。
优选的，所述待测涂料的精确质量由下式计算：
m＝D×S×100×10-6＝1560×0.8×1.25×100×10-6＝0.1560
式中：
m为湿膜厚度为100μm的一层涂料的质量，单位为kg；
D为待测涂料稀释后的密度，单位为kg/m3，在本实施例中，D＝1560kg/m3；
S为涂料在玻璃基板上的喷涂或刷凃面积，单位为m2，在本实施例中，S＝0.8×1.25＝1m2；
在本实施例中，所述玻璃基板S或玻璃基板Y的传热系数按下述方法计算：
设玻璃基板S的传热系数K1或玻璃基板Y的传热系数K0为U，其中，U＝(Q-M1·Δθ1-M2·Δθ2)/(A·(th-tc))，式中：
U为传热系数，单位为W/(m2·K)；
Q为加热器加热功率，单位为W；
M1为由标定试验确定的热箱外壁热流系数，单位为W/K；
M2为由标定试验确定的试件框热流系数，单位为W/K；
Δθ1为热箱外壁内、外表面面积加权平均温度之差，单位为K；
Δθ2为试件框热侧冷侧表面面积加权平均温度之差，单位为K；
A为试件面积，单位为m2；
Th为热箱空气平均温度，单位为K；
Tc为冷箱空气平均温度，单位为K。
在本实施例中，测量出玻璃基板S和玻璃基板Y的具体传热系数如下表1所示：
试板类型 涂层厚度μm 传热系数W/(m<sup>2</sup>·K)
玻璃基板Y 0 5.7
玻璃基板S 100 4.2
表1
根据式K＝K0-K1可知，本实施例所选用的保温节能涂料的传热系数K＝5.7-4.2＝1.5W/(m2·K)。
在本实施例中，刷涂一层100μm的保温节能涂料后，根据公开的资料，其传热系数跟6+9A+6(mm)的中空玻璃的传热系数相当，即100μm的涂层，隔热效果可相当于中空玻璃9mm空气层的隔热效果。
实施例2
本实施例提供了一种节能保温涂料的传热系数的检测方法，包括以下检测步骤：
a、制板：准备一块6mm厚的钢化白板，尺寸为800×1250mm，洗净后沥干，至玻璃基板上无水印、无杂质，先进行空白板的传热系数测定，再进行涂料版的传热系数测定，目的在于选择相同玻璃基板的这一单一变量，减小测量误差；喷涂100μm厚的待测保温节能涂料，抹匀，制得试板；
b、养护检测：将试板置于密闭环境中养护5d，控制密闭环境的温度为23℃，空气湿度为45％，保证保温节能涂料均匀地粘附在试板的表面；
并将养护结束的试板放于检测装置中进行传热系数测量，控制检测装置中的热箱温度为20±0.5℃；冷箱温度为-20±0.5℃；环境空间湿度为50±5％；目的在于控制检测过程中的环境参数完全相同，减少检测误差；
试板的传热系数测量结束后，取出试板，刮净表层喷涂的节能保温涂料，洗净后沥干，至玻璃基板上无水印、无杂质，制得空白板；将空白板置于密闭环境中养护5d，控制密闭环境的温度为23℃，空气湿度为45％；
并将养护结束的空白板按试板相同的测量方法在检测装置中进行空白板的传热系数测量，控制试板和空白板的检测参数完全相同，控制控制玻璃基板S与玻璃基板Y在检测前的温度和湿度完全相同；
c、传热系数计算：根据公式K＝K0-K1，计算出待测涂料的传热系数，式中：
K为待测涂料的传热系数，单位为W/(m2·K)；
K0为玻璃基板Y的传热系数，单位为W/(m2·K)；
K1为玻璃基板S的传热系数，单位为W/(m2·K)。
优选的，所述待测涂料的精确质量由下式计算：
m＝D×S×100×10-6＝1480×0.8×1.25×100×10-6＝0.1480
式中：
m为湿膜厚度为100μm的一层涂料的质量，单位为kg；
D为待测涂料稀释后的密度，单位为kg/m3，在本实施例中，D＝1480kg/m3；
S为涂料在玻璃基板上的喷涂或刷凃面积，单位为m2，在本实施例中，S＝0.8×1.25＝1m2；
在本实施例中，所述试板或空白板的传热系数按下述方法计算：
设空白板的传热系数K0或试板的传热系数K1为U，其中，U＝(Q-M1·Δθ1-M2·Δθ2)/(A·(th-tc))，式中：
U为传热系数，单位为W/(m2·K)；
Q为加热器加热功率，单位为W；
M1为由标定试验确定的热箱外壁热流系数，单位为W/K；
M2为由标定试验确定的试件框热流系数，单位为W/K；
Δθ1为热箱外壁内、外表面面积加权平均温度之差，单位为K；
Δθ2为试件框热侧冷侧表面面积加权平均温度之差，单位为K；
A为试件面积，单位为m2；
Th为热箱空气平均温度，单位为K；
Tc为冷箱空气平均温度，单位为K。
在本实施例中，试板和空白板的传热系数的测量结果如下表2所示：
试板类型 涂层厚度μm 传热系数W/(m<sup>2</sup>·K)
空白板 0 5.7
试板 100 4.6
表2
根据式K＝K0-K1可知，本实施例所选用的保温节能涂料的传热系数K＝5.7-4.6＝1.1W/(m2·K)。
由实施例1和实施例2的测量结果可知，在空白玻璃基板上喷涂一层涂料后，空白玻璃基板的传热系数均有明显的降低，即喷涂的涂料具有良好的保温效果。
实施例1选取的节能保温涂料的传热系数较实施例2选取的节能保温涂料的传热系数来说，其传热系数K至较大，即其传热性能较强，隔热性能较差，涂料的保温效果就较差；
因此可知，实施例2选取的节能保温涂料的保温性能更好，在保温节能方面，其质量更佳。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、制板：准备两块材质完全相同的玻璃基板，洗净后沥干，至玻璃基板上无水印、无杂质；其中一块玻璃基板喷涂或刷凃精确质量的待测涂料，制得带涂料的玻璃基板S和空白玻璃基板Y；
b、养护检测：将玻璃基板S置于密闭环境中养护5～10d，并将养护结束的玻璃基板S和玻璃基板Y分别放于检测装置中进行传热系数测量；
c、传热系数计算：根据公式K＝K0-K1，计算出待测涂料的传热系数，式中：
K为待测涂料的传热系数；
K0为玻璃基板Y的传热系数；
K1为玻璃基板S的传热系数。
2.根据权利要求1所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述玻璃基板为两块6mm厚的钢化白板，尺寸为800×1250mm，取至同一厂家、同一批次、同一生产条件。
3.根据权利要求1所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述待测涂料的精确质量由下式计算：
m＝D×S×100×10-6
式中：
m为湿膜厚度为100μm的一层涂料的质量；
D为待测涂料稀释后的密度；
S为涂料在玻璃基板上的喷涂或刷凃面积；
其中，所述待测涂料的精确质量精确至±0.1g。
4.根据权利要求1所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述玻璃基板S养护过程中，还需控制密闭环境的温度为21～25℃，空气湿度为45～55％。
5.根据权利要求1所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述传热系数测量过程中，还需控制检测装置中的热箱温度为18～22℃，且恒定不变；冷箱温度为-18～-22℃，且恒定不变；环境空间湿度为45～55％，且恒定不变。
6.根据权利要求1所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述传热系数测量过程中，还需控制玻璃基板S与玻璃基板Y的检测环境和检测参数完全相同；
同时，还需控制控制玻璃基板S与玻璃基板Y在检测前的温度和湿度完全相同。
7.根据权利要求1所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述玻璃基板S或玻璃基板Y的传热系数按下述方法计算：
设玻璃基板S的传热系数K1或玻璃基板Y的传热系数K0为U，其中，U＝(Q-M1·Δθ1-M2·Δθ2)/(A·(Th-Tc))，式中：
U为传热系数；
Q为加热器加热功率；
M1为由标定试验确定的热箱外壁热流系数；
M2为由标定试验确定的试件框热流系数；
Δθ1为热箱外壁内、外表面面积加权平均温度之差；
Δθ2为试件框热侧冷侧表面面积加权平均温度之差；
A为试件面积；
Th为热箱空气平均温度；
Tc为冷箱空气平均温度。
8.根据权利要求1所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述检测装置包括：
热箱(1)和冷箱(2)，及可拆卸地连接于热箱(1)和冷箱(2)之间的试件框(3)，所述试件框(3)中还含有可拆卸的试件(5)；
所述热箱(1)中还包括电加热器(4)；
所述冷箱(2)中还包括连接于冷箱底板上的可拆卸的风机(7)，设置于冷箱(2)内部的蒸发器(8)和加热器(9)；所述风机(7)上方紧密连接有可拆卸的隔风板(6)；所述蒸发器(8)的另一端穿透冷箱(2)，并通过管道连通至冷冻机(13)。
9.根据权利要求8所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述检测装置还包括：
环境空间(10)，所述环境空间(10)密闭环绕热箱(1)、冷箱(2)、试件框(3)；所述环境空间(10)的外侧还紧密连接有湿度控制及数据采集系统(14)，内侧设置有不与热箱(1)连接的空调器(11)；
所述湿度控制及数据采集系统(14)外部设有控湿装置(12)，控制装置(12)与热箱(1)之间通过可拆卸式管道连接，并穿过环境空间(10)。
10.根据权利要求8所述的一种保温节能涂料传热系数的检测方法，其特征在于，所述热箱(1)和冷箱(2)之间紧密连接，且热箱(1)和冷箱(2)的箱体厚度完全相同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111537557A (zh) * 2020-05-29 2020-08-14 山东雪圣电器有限公司 全热交换膜的性能测试方法、系统、介质及设备
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