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环保型涂料的隔热保温性能研究及机理分析

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摘要

1.1 建筑物的节能改造

1.1.1 建筑物能耗与建筑物节能改造的意义

1.1.2 建筑物外墙隔热保温措施

1.2 建筑物隔热保温涂料

1.2.1 反射型隔热保温涂料

1.2.2 辐射型隔热保温涂料

1.2.3 阻隔型隔热保温涂料

1.2.4 复合型隔热保温涂料

1.3 建筑物隔热保温涂料的研究现状分析

1.3.1 涂料组分优选及制备研究

1.3.2 涂料对建筑能耗影响的研究

1.3.3 解析与数值模拟研究

1.4 课题研究的目的及意义

1.5 课题的主要研究内容

第2章 涂料的制备及其隔热保温性能的研究方法

2.1 实验原料

2.2 实验所用仪器与设备

2.3 隔热保温涂料的制备

2.3.1 隔热保温涂料的配方

2.3.2 隔热保温涂料的工艺及制备

2.4 测试与表征

2.4.1 自制涂层隔热性能测试装置

2.4.2 空心玻璃微珠粒度分析

2.4.4 涂层导热系数测定

2.4.5 扫描电子显微镜观测微观形貌

2.5 数值模拟分析

第3章 涂料的隔热保温性能研究

3.1 空心玻璃微珠对涂层隔热性能的影响

3.1.1 空心玻璃微珠的微观形貌、粒度及成分分析

3.1.2 空心玻璃微珠添加量对涂层隔热性能的影响

3.1.3 空心玻璃微珠粒径对涂层隔热性能的影响

3.1.4 分散时间对涂层隔热性能的影响

3.1.5 厚度对涂层隔热性能的影响

3.2.1 SiO2气凝胶的微观形貌分析

3.2.2 气凝胶添加量对涂料隔热性能影响

3.2.3 厚度对气凝胶涂层隔热性能的影响

3.3 气凝胶与空心玻璃微珠混合添加对涂层隔热性能的影响

3.4 涂层的反射光谱分析

3.4.1 空心玻璃微珠涂层太阳光反射比

3.4.2 气凝胶涂层太阳光反射比

3.4.3 空心玻璃微珠与气凝胶混合涂层太阳光反射比

3.5 涂层热导率的测定

3.6 涂层的隔热机理分析

3.7 本章小结

第4章 隔热保温涂料热导率的有限元模拟

4.1 隔热保温涂层传热分析

4.1.1 温度场基本方程

4.1.2 基本假定

4.1.3 隔热涂层热传导模型的建立

4.1.4 有限元分析准备条件

4.1.5 有限元模型空心玻璃微珠壁厚的选择

4.1.6 有限元模拟温度场及热流矢量

4.2 空心玻璃微珠填充隔热涂层的有限元模拟

4.2.1 单一粒径填充隔热涂层

4.2.2 考虑粒径分布填充隔热涂层

4.2.3 两种填充方式模拟值对比

4.3 气凝胶填充隔热涂层的有限元模拟

4.3.1 单一粒径填充隔热涂层

4.3.2 考虑粒径分布填充隔热涂层

4.3.3 两种填充方式模拟值对比

4.4 气凝胶与空心玻璃微珠混合填充隔热涂层的有限元模拟

4.5 有限元模拟结果与实验结果对比

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的研究成果

致谢

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摘要

太阳作为地球能量的主要来源,为人们的生活和生产活动提供的巨大能量。但是在气候炎热的地区,太阳能量过度辐射会引起建筑物温度升高,空调制冷需求的增加导致能源消耗居高不下。为了减缓全球变暖和温室效应,对建筑物进行的隔热保温处理被认为是最为经济有效的举措之一。传统的隔热保温材料存在着需要厚层施用、侵占建筑物可用空间、吸水率大、易开裂等缺点,因而开发和研究新型高效的建筑隔热保温涂料就显得十分必要。
  针对这种情况,本文提出了一种新型水性环保型隔热保温涂料。以水性丙烯酸乳液作为成膜物质,选择金红石型钛白粉和绢云母粉作为颜料,选取五种不同粒径的空心玻璃微珠和SiO2气凝胶作为隔热功能填料制备了隔热保温涂料。通过自制隔热测试装置考察了空心玻璃微珠粒径、添加量、不同空心玻璃微珠复配、涂层厚度对涂料隔热性能的影响。结果表明,当涂层厚度为0.25mm时,空心玻璃微珠以单一粒径添加、中值粒径为27.85μm的空心玻璃微珠添加质量分数10%的涂层具有最佳隔热性能,涂层平衡温度比空白马口铁板低16.1℃;五种空心玻璃微珠以1∶1∶1∶1∶1混合后添加质量分数为10%的涂层具有最佳隔热性能,涂层平衡温度比空白马口铁板低17.1℃。当涂层厚度为1.75mm时,中值粒径为27.85μm的空心玻璃微珠添加质量分数为10%的涂层具有最佳隔热性能,涂层平衡温度比空白马口铁板低17.9℃。制得的隔热保温涂料具有较好的弹性,可与基材较好粘结,避免裂缝的出现;同时具备较高的太阳光反射比和较低的热导率,用于建筑物可以有效降低建筑物外墙温度,实现显著的节能效果。
  采用ANSYS有限元软件对涂层的传热过程进行了模拟,并计算得到了涂层热导率模拟值,对比分析模拟值与实测值发现:隔热涂层的热导率模拟值随隔热填料填充体积分数的增加而减小,且大致呈线性关系。与实测值相比,当填充空心玻璃微珠时,2wt%添加量时空心玻璃微珠有限元模拟值大于实测值,最大误差为5.9%。

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