[发明专利]考虑长短波差异性的建筑材料表面辐射吸收系数计算方法

说明书

本发明公开一种考虑长短波差异性的建筑材料表面辐射吸收系数计算方法，步骤S1：将保温隔热箱包裹的建筑材料试件放在四周空旷无遮挡的自然环境中，建筑材料试件仅上表面与周围环境相接触，建立热边界平衡方程；步骤S2：记录相关数据；步骤S3：在建筑材料试件持续升温或持续降温的时间区段内，选取某个时间段，计算建筑材料试件的热变化量Q_s、对流换热量Q_c和热辐射量I_sr；步骤S4:在夜晚多云无雨且四周空旷无遮挡的自然环境下，太阳直射与散射辐射的量为零，通过变换公式算出建筑材料试块外表面的长波辐射吸收系数；步骤S5:在白天晴朗且四周空旷无遮挡的自然环境下，选取某个时间段的系统热交换，记录相关数据，计算建筑材料试件的短波辐射吸收系数。

技术领域

本发明涉及工程建筑材料技术领域，特别涉及一种考虑长短波差异性的建筑材料表面辐射吸收系数计算方法。

背景技术

土木工程基础设施不仅承受着繁重的交通运载作用，还承受着恶劣的外界环境作用。外界环境作用包括环境温度、太阳辐射、风荷载、雨雪寒潮等气候现象、化学腐蚀和冻融循环等等，这些作用不仅导致结构材料的老化，也对结构的受力状态产生重大的影响。结构物的内外表面不断以对流、短波及长波辐射和热传导的形式与周围的空气介质进行热交换。近几十年来，国内外的大跨度空间钢结构与混凝土结构的实践证明，短时间内急剧变化的太阳辐射引起的结构物的温度变化，会使结构内部温度场与温度应力不均匀的现象加剧，甚至导致结构严重变形而引发工程事故。确定结构的温度场，是准确分析结构温度效应(由温度引起的结构力学性能变化)和评估结构状态的前提，直接影响后续分析结果的精度和可信度。对大跨度空间结构和桥梁结构而言，温度效应分析主要包括温度场计算和温度导致的结构力学响应分析两部分。研究表明，建筑材料表面辐射吸收系数对结构温度场与温度效应影响显著。

太阳辐射吸收系数用于表征材料表面吸收太阳辐射能量的性质，是影响空间结构太阳辐射温度的主要因素，与结构表面颜色、粗糙度、材料化学成分等因素相关，建筑结构材料的相关取值并没有统一的标准，一般只给出一个取值范围供人主观性选取；对混凝土等一般的工程建筑材料而言，长波辐射和吸收具有灰体的性质，基于热辐射的基尔霍夫(Kirchhoff)定律，灰体的发射率等于其吸收率，而物体表面的发射率取决于结构的材料组分、结构表面与周围环境的温差和表面处理措施等，目前缺乏权威的资料确定相关取值，也只能在一个取值范围内主观选取。同时，在结构温度场与温度效应分析的相关系数选取时常常没有考虑结构表面特性如表面粗糙度、颜色、涂层的种类及厚度等因素对辐射吸收系数的影响，这将导致结构设计中环境荷载的设计考虑不充分，埋下结构安全隐患。

太阳辐射经过臭氧层、水汽和大气分子的吸收，最终到达地表的太阳辐射波段是280～2500nm，属于短波辐射。长波辐射是波长在4～120μm波长范内的辐射，大气逆辐射和建筑材料自身热辐射属于长波辐射。短波辐射和长波辐射具有不同的吸收和辐射特性，因此有必要基于建筑材料表面短波辐射和长波辐射的差异性，提出一种能将两者区分开来并将结构表面特性考虑到其中的辐射吸收系数计算方法，更契合建筑结构温度场与温度效应分析中相关参数确定的需要，且符合其服役环境的现状。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑长短波差异性的建筑材料表面辐射吸收系数计算方法，能模拟建筑材料试件所处的服役环境，具有成本低、简便快捷、多种材料同时测量对比、建筑材料试件尺寸效应小和计算精度高等优点。

本发明的技术方案为：一种考虑长短波差异性的建筑材料表面辐射吸收系数计算方法，包括以下步骤：

步骤S1：将保温隔热箱包裹的建筑材料试件放置在四周空旷无遮挡的自然环境中，建筑材料试件仅上表面与周围环境相接触，根据建筑材料试件所处热环境中的热交换平衡状态，建立热边界平衡方程；