[发明专利]一种建筑材料表面综合辐射吸收系数的测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种建筑材料表面综合辐射吸收系数的测量系统，所述系统包括保温隔热箱、太阳总辐射传感器、风速仪、小型自动气象站、热电偶温度传感器、气温传感器、水温传感器以及建筑材料试件。建筑材料试件与保温隔热箱构成一个封闭箱体，箱内设置水温传感器；在建筑材料试件表面设置热电偶温度传感器；在测试环境中设置气温传感器；在建筑材料试件附近设置太阳总辐射传感器和风速仪；太阳总辐射传感器用于测定太阳总辐射量；风速仪用于测定流经建筑材料试件外表面的风速；小型自动气象站用于进行数据实时采集和存储。本发明直接在自然环境中进行测量，能够更好地模拟实际工程结构材料在服役环境下的辐射热行为。

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种建筑材料表面综合辐射吸收系数的测量系统及方法。

背景技术

土木工程基础设施暴露于外部自然环境，受外部气候的影响，导致结构的温度发生变化，材料的热胀冷缩使得结构产生力学响应，例如位移、应力、应变和支座反力的变化。对某些温度敏感性建筑，例如桥梁和大跨空间结构，温度荷载引起的力学响应可以达到甚至超过外部运营荷载产生的结构响应，是结构出现损伤、病害和性能退化的主要原因。分析构件的温度效应，首先要精确计算结构的温度场(温度荷载)，而明确建筑材料的热相关特征(热物性参数或热工参数)是计算结构温度的基础性工作。因此，确定建筑材料的热工参数，意义重大。

结构与外部环境以传热的方式进行能量交换。传热可分为三大类：热传导、热对流和热辐射。辐射是物质由于具有温度而辐射电磁波的现象。物体吸收外部照射到其表面的辐射，同时往外发射与自身温度相关的辐射。物体吸收和发射辐射导致自身温度的变化，这种把电磁能转变为热的热交换过程，是热量传递的三种方式之一。与热传导和热对流不同，热辐射无需通过介质进行热传递，实际上，热辐射的效率在真空中最高效，温度越高，物体在单位时间内对外辐射的热量就会越多。

自然环境中的辐射主要按辐射的波长进行划分，建筑材料表面对不同波段辐射的吸收程度也不同，因此，采用综合辐射吸收系数来定量表述建筑材料表面对各类辐射的吸收情况。确定材料表面的综合辐射吸收系数非常重要，目前主要有两个途径：实验室测定和场地实测数据回归方法。实验方法主要是对材料尺度的测量，具有试件尺寸小、试验条件可控和测量精度高等优点，但同时存在试验成本高、尺寸效应明显、材料的测试环境与其服役环境差异大等缺点，且目前存在测试材料种类多，难以用统一公式计算的问题。因此，基于试验的材料表面综合辐射吸收系数可能与工程实际有较大差异。基于结构现场温度测试和理论回归的材料表面综合辐射吸收系数系数，体现了材料真实的服役状态，但难以排除其它影响因素，而且外部气候环境参数因区域性和时变性太强而难以精确计算，使得基于实测数据回归的材料表面综合辐射吸收系数系数，其可靠度和普适性难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种建筑材料表面综合辐射吸收系数的测量系统，本发明通过把现场实测和实验室测试相结合，具有成本低、简单快捷、影响因素可控、建筑材料试件尺寸大和测试精度高等优点。

一种材料辐射吸收系数测试系统，具体包括：保温隔热箱、太阳总辐射传感器、风速仪、小型自动气象站、热电偶温度传感器、气温传感器、水温传感器以及建筑材料试件；

所述建筑材料试件水平放置于保温隔热箱顶部，与保温隔热箱构成一个封闭箱体，在保温隔热箱内设置水温传感器，用于测量保温隔热箱内水的温度；在建筑材料试件表面设置多个热电偶温度传感器，用于测量建筑材料试件的温度；在测试环境中设置气温传感器，用于测量大气温度；在距离所述建筑材料试件3米之内设置太阳总辐射传感器和风速仪；所述太阳总辐射传感器用于测定太阳总辐射量；所述风速仪用于测定流经建筑材料试件外表面的风速；所述小型自动气象站用于与太阳总辐射传感器、风速仪、热电偶温度传感器、气温传感器和水温传感器连接，进行数据实时采集和存储。

进一步地，所述建筑材料试件为板状，其长度和宽度与保温隔热箱的保温盖相同，厚度视材料特性选取。