(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111525802.0 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 周林仁　李绍基　陈兰　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 代理人 彭逸峰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06Q 50/08(2012.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 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Qs、 对流换热量Qc和 热辐射量Isr； 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。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 114357727 A 2022.04.15 CN 114357727 A 1.一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， 其特征在于， 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； 步骤S2： 记录周围环境的太阳直接辐射Im、 太阳散射辐射Ir及大气逆辐射量Ia， 采集建 筑材料试件及周围环境的温度， 以10 ‑20分钟为间隔计算及采集 一次数据； 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Qs、 对流换热量Qc和热辐射 量Isr； 步骤S4:在夜晚多云无雨且四周空旷无遮挡的自然环境下， 无太阳辐射的影响， 建筑材 料试件的上表面所处热环境中的辐 射只剩下长波辐 射， 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， 选取某一个时间段的系统热交 换， 记录周围环境的太阳直接辐射Im、 太阳散射辐射Ir及大气逆辐射量Ia， 采集建筑材料试 件及周围环 境的温度， 以10 ‑20分钟为间隔计算及 采集一次数据， 通过记录的相关数据计算 建筑材料试件的短波辐射吸 收系数； 步骤S6： 更换不同的建筑材料试件， 重复步骤S1 ‑S5， 计算出考虑短波和长波辐射差异 性的各类建筑材料表面辐 射系数， 每种材料在进行辐 射吸收系 数计算时， 需取多个时间段 的数据进行计算并取平均值。 2.根据权利要求1所述的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， 其特征在于， 所述步骤S1中建立热边界平衡方程的过程如下： 热 交换包括太阳辐射、 对流热 交换和辐射热 交换， 以热量 从外界流入 结构内部为正、 流出为负； 太阳辐射包括太阳直接辐 射和太阳散射辐 射； 辐射热交换包括大气逆辐 射和建筑材料试件自身热辐 射， 建立起建筑 材料试件所处热环境中的热边界平衡方程如下： Qs+α(Im+Ir)AΔt+ εIaAΔt＝Qc+IsrAΔt 式中： Qs表示所选取时间段内建筑材料试件的热变化量； Im和Ir分别表示太阳直接辐射 和太阳散 射辐射； α 表示短波辐射吸收系数； Ia表示大气逆辐射； ε表示长波辐射吸收系数； Qc 表示建筑材料试件在所选时间段内的对流 换热量； Isr表示所选取时间段内建筑材料试件向 周围环境散发的热辐射； A为建筑材料试件的外表面面积； Δt表示计算热平衡选取的时间 段， Δt为10 ‑20分钟。 3.根据权利要求2所述的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， 其特征在于， 采用经验公式计算 Im、 Ir和Ia； 对于太阳入射角为θ 的结构表面 直接辐射强度的经验公式为： 式中： m＝1/si nβ， 为光线路程； β 为太阳高度角； Io为太阳常数， N为自1月1日算 起的日序数； ka为大气相对气压； tu为 林克氏浑浊度系数； 太阳散射辐射可采取以下 经验公式进行计算：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357727 A 2Id＝(0.271Io‑0.294Im)sinβ 周围环境中的大气对建筑材料试件的热辐射为Ia， 也称大气逆辐射， 属于长波辐射， 其 经验公式为： Ia＝EaCs(Tk+Ta)4 式中： Ea为大气辐射系数， Ea＝1‑0.261exp( ‑7.776×10‑4Ta2)， 取近似值0.82， Tk＝ 273.15K， 用于摄氏度与绝对温度的换算， Ta表示大气温度。 4.根据权利要求3所述的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， 其特征在于， 所述步骤S3中， 建筑材料试件在所选时间段内的热量变化为Qs， 其计算公式 为： Qs＝csms(Ts2‑Ts1) 式中， cs表示建筑材料试件的比热容； ms表示建筑材料试件的质量， Ts1和Ts2分别表示选 取时间段开始与结束时刻建筑试件的温度， 可由建筑材料试件内部及外表面设置的热电偶 温度传感器测出其温度的变化； 基于牛顿冷却公式的所选取时间段内建筑材料试件外表面与空气的对流换热量的计 算方法为： Qc＝hc(Ts‑Ta)A 式中， hc表示建筑材料试件外表面的对流换热系数， 针对 混凝土材料， hc＝6.02+3.46v， 式中的常数项表示考虑自然对流换热的影响， v表示略过建筑材料试件外表面的风速， 计算 时取所选时间段内的风速的平均值； 只要物体的温度高于绝对零度， 物体总是不断的把热能变为辐射 能， 向外发出热辐射， 因此建筑材料试件与周围环境间存在着热辐 射， 这部分辐 射属于长波辐 射， 建筑材料试件 向周围环境散发的热辐射 为Isr， 其计算公式为： Isr＝ εCs(To+Tk)4 式中： ε表示建筑材料试件外表面的长波辐射吸收系数， 对于混凝土材料， 其长波辐射 和吸收具有灰体的性质， 根据热辐射的基尔霍夫定律， 灰体的发射率等于其吸收率； Cs表示 Stefan‑Boltzmann常数， 其值为5.67 ×10‑8W/(m2·K4)； Tk为273.15K， 用于摄氏度与绝对温 度的换算， To表示建筑材 料试件外表面温度。 5.根据权利要求4所述的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， 其特征在于， 所述 步骤S4中， 计算建筑材 料试件表面长波辐射吸 收系数过程如下： 考虑到建筑材料试件白天吸收外部辐射升温， 而晚上外界环境温度逐渐低于试件温度 导致建筑材料试件向外部环境放热 的规律， 在夜晚多云无雨的自然环境中， 无太阳辐 射的 影响， 建筑材料试件外表面所处热环境中的辐 射只剩下长波辐 射， 太阳直接辐 射与太阳散 射辐射的量 为零， 通过变换公式可算出建筑材 料试件外表面的长波辐射吸 收系数： 6.根据权利要求5所述的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， 其特征在于， 所述 步骤S5中， 计算建筑材 料试件表面短波辐射吸 收系数的计算公式如下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357727 A 3