湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃
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項(xiàng)目名稱：緩解熱島效應(yīng)的低吸熱路面功能指標(biāo)
同步測(cè)試方法
項(xiàng)目編號(hào)： 3010101-1009
學(xué)生姓名： 朱航、顏鈺婷、張磊、鄭偉、左瑞芳
所在學(xué)校和院系：長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院
項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間： 2014年03月-2015年12月
指導(dǎo)教師： 錢國(guó)平
聯(lián)系電話： 15675128420
填表日期： 2015年12月
湖 南 省 教 育 廳
2014年制
一、基本情況
項(xiàng)目名稱
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緩解熱島效應(yīng)的低吸熱路面功能指標(biāo)同步測(cè)試方法
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立項(xiàng)時(shí)間
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2014年3月
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完成時(shí)間
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2015年12月
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項(xiàng)
目
主
要
研
究
人
員
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序號(hào)
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姓 名
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學(xué)號(hào)
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專業(yè)班級(jí)
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所在院（系）
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項(xiàng)目中的
分 工
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1
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朱 航
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201310010214
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道路卓越1301班
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交通運(yùn)輸工程學(xué)院
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統(tǒng)籌項(xiàng)目
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2
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顏鈺婷
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201310010202
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道路卓越1301班
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交通運(yùn)輸工程學(xué)院
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理論分析、報(bào)告撰寫
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3
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張 磊
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201321030221
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汽機(jī)機(jī)制1302班
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汽車與機(jī)械工程學(xué)院
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資料處理、模型設(shè)計(jì)與編程
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4
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鄭 偉
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201209020110
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道路卓越1201班
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交通運(yùn)輸工程學(xué)院
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理論分析、資料處理
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5
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左瑞芳
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201214020113
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道路卓越1201班
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交通運(yùn)輸工程學(xué)院
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儀器設(shè)計(jì)分析、資料處理
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二、研究成果簡(jiǎn)介
項(xiàng)目研究的目的、意義；研究成果的主要內(nèi)容、重要觀點(diǎn)或?qū)Σ呓ㄗh；成果的創(chuàng)新特色、實(shí)踐意義和社會(huì)影響；研究成果和研究方法的特色。限定在2000字以內(nèi)。
1 項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>及意義
在全球氣候變暖和高速城市化的大背景下，世界上許多城市都出現(xiàn)了高強(qiáng)度的城市熱島效應(yīng)，城市熱環(huán)境質(zhì)量日趨惡化極大地影響著城市生態(tài)環(huán)境和城市居民的日常生活。城市地表結(jié)構(gòu)物是城市熱島效應(yīng)的主要影響因素之一，而路面作為最主要的城市地表結(jié)構(gòu)物對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響尤為顯著。開展具有降溫效果顯著、成本低且施工方便等優(yōu)點(diǎn)的瀝青路面太陽(yáng)熱反射涂層及瀝青路面結(jié)構(gòu)的研究開始得到重視。
本項(xiàng)目研究出的一套路面材料光熱性能測(cè)定裝置及方法，可以很大程度上模擬真實(shí)環(huán)境，進(jìn)行低吸熱路面功能指標(biāo)定量測(cè)量，為國(guó)內(nèi)外開發(fā)提高路面表層材料對(duì)熱輻射的反射率、增強(qiáng)道路結(jié)構(gòu)對(duì)熱輻射傳導(dǎo)的低吸熱路面提供定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，以有效分析城市道路交通熱環(huán)境的影響及評(píng)價(jià)新型低吸熱路面降溫效果的優(yōu)劣，緩解城市熱島效應(yīng)。
項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的是：
u 分析比較國(guó)內(nèi)外有關(guān)表征材料熱學(xué)性能的指標(biāo)，確定出可用于低吸熱路面的功能指標(biāo)，提出城市道路地表熱環(huán)境影響因素及定量評(píng)價(jià)體系；
u 在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上，針對(duì)所確定的低吸熱路面的功能指標(biāo)，分析不同測(cè)試方法的共性和優(yōu)劣，開發(fā)可以同時(shí)對(duì)多種低吸熱路面功能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的簡(jiǎn)易測(cè)試方法；
u 根據(jù)測(cè)試方法設(shè)計(jì)一種可以用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的路面材料光熱性能同步測(cè)量裝置，解決單項(xiàng)測(cè)試低吸熱路面不同功能指標(biāo)時(shí)環(huán)境條件差異和效率低下的問題，從而簡(jiǎn)化低吸熱路面功能指標(biāo)的測(cè)試過程。
2 研究成果的主要內(nèi)容
2.1 城市道路地表熱環(huán)境影響因素及定量評(píng)價(jià)體系
對(duì)典型城市道路路基路面材料溫縮及熱傳導(dǎo)性能實(shí)地調(diào)研測(cè)試，建立模型分析城市道路地表熱環(huán)境狀況及其對(duì)外在影響變化規(guī)律。
圖1 路面基層材料溫度收縮系數(shù)
圖2 路面基層材料濕度收縮系數(shù)
圖3 路面面層結(jié)構(gòu)溫度熱傳導(dǎo)性能測(cè)試
圖4 相應(yīng)的路表溫度與濕度測(cè)試結(jié)果
圖5 不同環(huán)境條件下相關(guān)路面溫度隨深度變化情況
圖6 通常環(huán)境條件下路面溫度場(chǎng)時(shí)空變化情況
結(jié)合實(shí)地調(diào)研結(jié)果，比較國(guó)內(nèi)外有關(guān)表征材料熱學(xué)性能的指標(biāo)，確立了以降溫效果、太陽(yáng)熱反射率、太陽(yáng)反射比、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)5種功能指標(biāo)評(píng)價(jià)低吸熱路面熱環(huán)境的變化規(guī)律及因?yàn)r青路面造成周邊增溫的狀況。并從結(jié)構(gòu)傳熱和熱反射性能不同途徑分析構(gòu)建低吸熱路面的思路，比較低吸熱路面功效的影響因素和功能指標(biāo)，推演路面熱環(huán)境定量計(jì)算方法，確定了低吸熱路面功能性的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。
2.2 低吸熱路面功能性指標(biāo)的測(cè)試方法
針對(duì)確定的5項(xiàng)熱物性相關(guān)指標(biāo)，綜合各個(gè)指標(biāo)在各個(gè)行業(yè)的不同測(cè)試方法，分析確認(rèn)適合城市道路路面功能性測(cè)試方法。方法見《附件一：低吸熱路面功能性指標(biāo)測(cè)試方法》。
2.3 低吸熱路面功能性多指標(biāo)的同步測(cè)試裝置
分析整合上述測(cè)試方法，設(shè)計(jì)可以模擬室外不同環(huán)境條件下同步測(cè)量上述5項(xiàng)低吸熱路面功能性多指標(biāo)體系的路面材料光熱性能測(cè)定裝置，實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)體系相同條件下的高效測(cè)定，為低吸熱路面的開發(fā)與應(yīng)用提供測(cè)試手段。見《附件二：測(cè)試裝置產(chǎn)品說明書》
3 成果的創(chuàng)新特色、實(shí)踐意義和社會(huì)影響
3.1 成果的創(chuàng)新特色
在國(guó)內(nèi)外關(guān)于熱環(huán)境物理參數(shù)的測(cè)試方法研究方面，大多進(jìn)行的是單項(xiàng)熱性能指標(biāo)測(cè)試方法與測(cè)試儀器的研究，未進(jìn)行過綜合性多指標(biāo)同步測(cè)量?jī)x器的研發(fā)工作。該測(cè)試裝置及測(cè)試方法可用于同步測(cè)量太陽(yáng)反射比、熱反射率、降溫效果、導(dǎo)溫系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)，集低吸熱路面的5項(xiàng)功能指標(biāo)的檢測(cè)于一體，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過程，避免了多指標(biāo)分步測(cè)量而造成的低吸熱路面性能檢測(cè)效率低下的問題，達(dá)到了以多個(gè)指標(biāo)同時(shí)表征路面熱反射材料與結(jié)構(gòu)降溫效果及緩解城市熱島效應(yīng)能力的目的。
本項(xiàng)目研發(fā)的路面材料光熱性能測(cè)定裝置的環(huán)境箱內(nèi)部在可控光照強(qiáng)度為20-1200W/㎡的氙燈光照的同時(shí)，配置制冷系統(tǒng)及溫度傳感器，可精確控制室內(nèi)溫度，調(diào)節(jié)風(fēng)速系統(tǒng)模擬室外風(fēng)速，更逼真地模擬室外環(huán)境條件，為實(shí)際應(yīng)用提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。且外壁設(shè)置的三個(gè)卡槽，與固定PSP的機(jī)械臂配套，可測(cè)試不同高度太陽(yáng)反射比。
3.2 成果的實(shí)踐意義和社會(huì)影響
面對(duì)越來越嚴(yán)重的城市熱島效應(yīng)和日趨惡化的城市熱環(huán)境質(zhì)量，開發(fā)低吸熱功能型路面迫在眉睫，隨著國(guó)內(nèi)外在路面熱反射材料與結(jié)構(gòu)研究工作的逐步深入，利用多項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)吸熱路面材料與結(jié)構(gòu)的降溫特性已成為重要課題。國(guó)內(nèi)外對(duì)低吸熱路面功能指標(biāo)測(cè)試方法雖然進(jìn)行了不少試探性的研究，但都未開展系統(tǒng)性的研究工作。
本路面材料光熱性能測(cè)定裝置填補(bǔ)了低吸熱路面功能指標(biāo)同步測(cè)試方法的空白，為未來相關(guān)研究提供測(cè)試方法和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。隨著吸熱路面材料的不斷發(fā)展和更新，公路工程中大量應(yīng)用成為趨勢(shì)，這足以體現(xiàn)裝置具有較大的市場(chǎng)需求和實(shí)踐意義。
4 研究成果和研究方法的特色
（1）綜合性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。本項(xiàng)目開發(fā)的綜合性測(cè)試儀器相對(duì)于普通單項(xiàng)測(cè)試儀器，可以對(duì)5項(xiàng)低吸熱路面功能性能指標(biāo)進(jìn)行同步測(cè)量，簡(jiǎn)化了測(cè)試過程。
（2）環(huán)境相似度高。本項(xiàng)目通過氙燈模擬的太陽(yáng)光源，由制冷和制熱控制風(fēng)速裝置控制環(huán)境溫度及風(fēng)速，再通過改變氙燈光照強(qiáng)度模擬不同時(shí)間段的太陽(yáng)光強(qiáng)度大小，可很好地模擬室外不同環(huán)境條件，測(cè)試結(jié)果更接近實(shí)際效果，具有代表性。
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三、項(xiàng)目研究總結(jié)報(bào)告
1 項(xiàng)目執(zhí)行情況總結(jié)
1.1 預(yù)定計(jì)劃執(zhí)行情況
本項(xiàng)目于2014年3月份立項(xiàng)，預(yù)計(jì)在2015年12月份結(jié)題，故項(xiàng)目小組擬定了在此研究期段內(nèi)項(xiàng)目執(zhí)行的預(yù)定計(jì)劃，主要為以下六個(gè)階段：
◆查閱文獻(xiàn)、實(shí)地調(diào)研
小組通過中國(guó)知網(wǎng)、外文學(xué)術(shù)期刊檢索系統(tǒng)和學(xué)校圖書館等途徑，大量查閱國(guó)內(nèi)外與項(xiàng)目相關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解導(dǎo)致熱島效應(yīng)的主要原因、低吸熱路面的研究現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)外有關(guān)表征材料熱學(xué)性能的指標(biāo)、低吸熱路面功能性指標(biāo)測(cè)試方法與測(cè)試裝置及其評(píng)價(jià)方法；并進(jìn)行實(shí)地調(diào)研測(cè)試分析，建立模型分析城市道路地表熱環(huán)境狀況及其對(duì)外在影響變化規(guī)律。
◆初步設(shè)計(jì)低吸熱路面試件多功能測(cè)試裝置
通過前期查閱資料，了解國(guó)內(nèi)外測(cè)試裝置的研發(fā)現(xiàn)狀，總結(jié)其中的不足。完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)的測(cè)試裝置的環(huán)境模擬部分、測(cè)量部分設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)集成輸出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，畫出設(shè)計(jì)圖紙；
◆制作低吸熱路面試件多功能測(cè)試裝置
聯(lián)系裝置制作廠家，通過雙方協(xié)商，確定路面材料光熱性能測(cè)定裝置最終樣式，根據(jù)儀器設(shè)計(jì)圖進(jìn)行裝置樣機(jī)的制作；
◆進(jìn)行低吸熱路面試驗(yàn)，測(cè)試及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置
在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，制作低吸熱路面試驗(yàn)樣塊，利用測(cè)試裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證裝置的可行性，是否能準(zhǔn)確測(cè)量低吸熱路面的功能性指標(biāo)，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的和要求。找出測(cè)試裝置存在的缺陷，為測(cè)試裝置的后續(xù)研究課題提供改進(jìn)和升級(jí)的意見；
◆發(fā)表相關(guān)論文，申請(qǐng)專利；
預(yù)期發(fā)表有關(guān)路面材料光熱性能測(cè)定裝置開發(fā)與試驗(yàn)測(cè)試及從道路交通方面有效緩解城市熱島效應(yīng)的學(xué)術(shù)論文2~3篇；申請(qǐng)國(guó)家專利1~2項(xiàng)；
◆完成項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告。
1.2 項(xiàng)目研究和實(shí)踐情況
（1）查閱文獻(xiàn)及實(shí)地調(diào)研
項(xiàng)目課題自2014年3月立項(xiàng)至2014年5月，小組成員通過大量查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，了解城市熱島效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因、當(dāng)前低吸熱路面的研究現(xiàn)狀、低吸熱路面的主要功能性評(píng)價(jià)指標(biāo)以及其測(cè)試裝置的研發(fā)現(xiàn)狀和測(cè)試方法。
在此過程中，小組發(fā)現(xiàn)在道路交通中，路面的熱效應(yīng)以及道路近地表熱環(huán)境對(duì)城市熱島效應(yīng)的產(chǎn)生有一定貢獻(xiàn)。而當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)低吸熱路面緩解城市熱島效應(yīng)的研究方向多是太陽(yáng)熱反射涂層顏色的多樣性和節(jié)能型太陽(yáng)熱反射涂層的研發(fā)以及單項(xiàng)熱性能指標(biāo)測(cè)試方法與測(cè)試儀器的研究，且大多處于起步階段，存在較大的研究拓展空間。
項(xiàng)目組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)典型城市道路路基路面材料溫縮及熱傳導(dǎo)性能實(shí)地調(diào)研測(cè)試，建立模型分析城市道路地表熱環(huán)境狀況及其對(duì)外在影響變化規(guī)律。基于調(diào)研結(jié)果，針對(duì)當(dāng)前低吸熱路面測(cè)試裝置測(cè)試指標(biāo)單一、測(cè)試方法缺乏綜合性的不足，小組計(jì)劃設(shè)計(jì)一套能同步測(cè)試低吸熱路面材料主要功能性指標(biāo)的路面材料光熱性能測(cè)定裝置及測(cè)試方法。
（2）設(shè)計(jì)低吸熱路面試件多功能測(cè)試裝置
2014年5月至2014年12月，小組主要進(jìn)行的是測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)。
以下是小組討論得到的第一版測(cè)試裝置設(shè)計(jì)樣式剖面圖：
圖7 第一版測(cè)試裝置設(shè)計(jì)樣式剖面圖
主要由箱內(nèi)環(huán)境模擬、功能性指標(biāo)數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)輸出三部分組成。其中，箱內(nèi)環(huán)境模擬中，氙燈光照強(qiáng)度可調(diào)且調(diào)節(jié)精度較高，能準(zhǔn)確模擬太陽(yáng)光照情況，噴水器和軸流風(fēng)機(jī)可有效模擬風(fēng)雨天氣情況；功能性指標(biāo)數(shù)據(jù)（主要為降溫效果、太陽(yáng)反射比、熱反射率、導(dǎo)熱系數(shù)以及導(dǎo)溫系數(shù)）主要通過傳感器以及各類測(cè)試儀器測(cè)量得到；輸出設(shè)備則通過編寫計(jì)算機(jī)程序，能實(shí)時(shí)輸出顯示在控制面板的屏幕上。
在此階段，由于組內(nèi)部分成員的個(gè)人原因，無法繼續(xù)跟進(jìn)項(xiàng)目的研究進(jìn)展，故經(jīng)指導(dǎo)老師批準(zhǔn)，上報(bào)學(xué)校說明情況后，決定變更3名項(xiàng)目成員。
新小組在討論設(shè)計(jì)方案后，提出了各自的改進(jìn)意見和看法，并繪出了第二版測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)圖，如下：
圖8 第二版測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)圖
主要改進(jìn)為：
a.確定了測(cè)試裝置的尺寸大小；
b.調(diào)整了溫度計(jì)、日射強(qiáng)度計(jì)和溫度傳感器的測(cè)量位置，更加合理準(zhǔn)確；
c.考慮到成本問題，省去了數(shù)據(jù)輸出部分的設(shè)計(jì)，改為測(cè)量數(shù)據(jù)采集及處理的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析；
d.調(diào)整了試驗(yàn)樣本容器的布置，通過空白樣本和試驗(yàn)樣本的反應(yīng)測(cè)試，對(duì)比得到試驗(yàn)結(jié)果，更加科學(xué)有效。
e.考慮到儀器用于測(cè)試熱物性指標(biāo)，主要是模擬夏季高溫環(huán)境，故省去噴水器。
（3）制作低吸熱路面試件多功能測(cè)試裝置
項(xiàng)目成員廣泛了解裝置所需測(cè)試儀器的性能及價(jià)格，結(jié)合實(shí)際條件，對(duì)比選擇符合本項(xiàng)目設(shè)計(jì)研發(fā)裝置的各部分零件。2015年4月，小組通過調(diào)研，確定與廣州斯派克環(huán)境儀器有限公司簽訂合同，交由該公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)裝置。
通過雙方溝通和討論，結(jié)合實(shí)際制作條件同時(shí)滿足裝置各項(xiàng)要求下，確定最終的測(cè)試裝置設(shè)計(jì)圖如下：
圖9 裝置正視圖
圖10 裝置左視圖
圖11 裝置俯視圖
測(cè)試裝置包括箱體及設(shè)于箱體上方用于模擬太陽(yáng)光源對(duì)待測(cè)試件進(jìn)行照射的裝置，還包括光強(qiáng)控制裝置，箱溫調(diào)節(jié)裝置，太陽(yáng)輻射能測(cè)試裝置，測(cè)溫裝置及一個(gè)獨(dú)立的片式加熱裝置。所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置可供使用者在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)選擇合適的光照強(qiáng)度準(zhǔn)確模擬太陽(yáng)光照；箱溫調(diào)節(jié)裝置可準(zhǔn)確控制箱內(nèi)溫度，與光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置一起使用可以準(zhǔn)確模擬太陽(yáng)照射路面的環(huán)境；測(cè)溫裝置可以測(cè)量所測(cè)試件的降溫效果；太陽(yáng)輻射能測(cè)試裝置可以測(cè)量光照輻射能；獨(dú)立的加熱片可以給試件提供常功率平面熱源。
（4）進(jìn)行低吸熱路面試驗(yàn)，測(cè)試及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置
目前，測(cè)試裝置的制作已經(jīng)完成，廠家正在進(jìn)行儀器的測(cè)試工作，故目前暫未開展低吸熱路面的試驗(yàn)。但后期的項(xiàng)目計(jì)劃和安排，小組仍然會(huì)繼續(xù)跟進(jìn)。
2 研究工作中取得的主要成績(jī)和收獲
2.1 申請(qǐng)專利情況
項(xiàng)目組在研究開發(fā)過程中，拓展研究成果已向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)（均已進(jìn)入實(shí)審階段）。
u 2014年6月13日申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利“光催化降解漏油污染的路面表層效果的測(cè)試方法”受理號(hào)：201410263427.0；
u 2014年6月13日申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利“路面油污現(xiàn)場(chǎng)光催化降解處治效果監(jiān)測(cè)方法”受理號(hào)：201410263471.1。
2.2 發(fā)表論文情況
項(xiàng)目組在項(xiàng)目研究開發(fā)過程中，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理分析和總結(jié)，已發(fā)表論文2篇，投稿論文5篇。
u 研究前期拓展性成果論文《路面漏油污染的光催化降解試驗(yàn)研究》載于中文核心期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》（2015年6月 第38卷 第6期）；
u 研究前期拓展性成果論文《Research on Biological Purification Pool Purify Pavement Runoff by Simulation Experiment》載于“2015 International Conference on Energy and Environmental System Engineering（EESE2015）”（May 17-18, 2015）；
u 研究前期成果論文“瀝青和混凝土路面的熱物理性質(zhì)”、“控制路面溫度的方法與分析”、“可持續(xù)光催化降解車輛尾氣中氮氧化物和二氧化硫的瀝青路面”、“紫外光對(duì)二氧化鈦降解效率的影響”、“二氧化鈦光催化降解路面氮污染物的動(dòng)態(tài)研究”均已投稿至中文核心期刊《中外公路》。
2.3 競(jìng)賽獲獎(jiǎng)情況
項(xiàng)目組積極參加各類與課題相關(guān)的學(xué)術(shù)研究競(jìng)賽活動(dòng)，取得了一定成績(jī)。
u 2015年7月階段成果獲“第十一屆挑戰(zhàn)杯湖南省大學(xué)生課外科技學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽”省級(jí)二等獎(jiǎng)、校級(jí)一等獎(jiǎng)；
u 2015年4月階段成果獲“第十屆全國(guó)大學(xué)生交通科技大賽”校級(jí)一等獎(jiǎng)；
u 2014年11月階段成果獲“2014年全國(guó)高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科生優(yōu)秀創(chuàng)新成果獎(jiǎng)”鼓勵(lì)獎(jiǎng)；
u 2014年11月在長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)生科技立項(xiàng)中獲校級(jí)一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)；
u 2014年5月18日在“第七屆節(jié)能減排大賽”獲校級(jí)二等獎(jiǎng)。
以上證明材料詳見《附件三：專利、論文及獲獎(jiǎng)證明》
3 研究工作中的問題及建議
3.1 研究中的不足
u 由于檢測(cè)低吸熱路面的5項(xiàng)功能指標(biāo)的環(huán)境要求或?qū)嶒?yàn)試樣不同，雖然利用測(cè)試裝置能連續(xù)檢測(cè)5項(xiàng)指標(biāo)，但還無法做到同步檢測(cè)；
u 由于廠家無法提供精密日射強(qiáng)度計(jì)，導(dǎo)致整個(gè)儀器未能完全一體化。
3.2 尚需深入研究的問題
u 深入探究5項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試原理，解決其測(cè)試環(huán)境限制及實(shí)驗(yàn)試樣限制，改進(jìn)測(cè)試裝置，做到5項(xiàng)指標(biāo)同步測(cè)試；
u 通過對(duì)低吸熱路面各功能指標(biāo)的測(cè)定，自主設(shè)計(jì)出低吸熱路面功能層。
3.3 研究中的困難、問題和建議
u 由于小組成員對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面的知識(shí)掌握不足，導(dǎo)致對(duì)于一些專業(yè)儀器了解不夠，在儀器設(shè)計(jì)階段十分困難；并且在與廠家聯(lián)系儀器制作生產(chǎn)時(shí)，由于缺乏相關(guān)知識(shí)，期間花費(fèi)了較長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致項(xiàng)目的計(jì)劃進(jìn)度延遲，尚未進(jìn)行低吸熱路面試驗(yàn)、測(cè)試裝置的測(cè)試及改進(jìn)。
u 半球發(fā)射率的檢測(cè)需真空環(huán)境，且測(cè)量半球發(fā)射率的輻射計(jì)價(jià)格昂貴，將大大提高儀器裝置的成本，故裝置設(shè)計(jì)未考慮低吸熱路面的半球發(fā)射率指標(biāo)的測(cè)量；
u 對(duì)于太陽(yáng)反射比的測(cè)量，由于紫外、可見、近紅外分光光度計(jì)價(jià)格較為昂貴，若采用光譜法進(jìn)行檢測(cè)，國(guó)內(nèi)僅有大的測(cè)試機(jī)構(gòu)和有實(shí)力的科研單位能夠承受。故本項(xiàng)目采用精度相對(duì)較高的精密日射強(qiáng)度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
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四、經(jīng)費(fèi)使用情況
經(jīng)費(fèi)合計(jì)116963元，其中，學(xué)校配套資助20000元，學(xué)院（所）配套資助 元，其他經(jīng)費(fèi)96963元。
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經(jīng)費(fèi)支出情況：
（1）項(xiàng)目調(diào)研及交通費(fèi)6800元；
（2）項(xiàng)目資料打印復(fù)印等費(fèi)用5623元；
（3）試驗(yàn)材料購(gòu)置費(fèi)2540元；
（4）試驗(yàn)測(cè)試元件購(gòu)置費(fèi)4000元；
（5）測(cè)試裝置加工制作費(fèi)98000元
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五、指導(dǎo)教師及學(xué)院（系）審核意見
項(xiàng)目指導(dǎo)教師對(duì)結(jié)題的意見，包括對(duì)項(xiàng)目研究工作和研究成果的評(píng)價(jià)等。
負(fù)責(zé)人簽章：
年 月 日
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項(xiàng)目主持人所在學(xué)院（系）對(duì)結(jié)題的意見，包括對(duì)項(xiàng)目研究工作和研究成果的評(píng)價(jià)等
負(fù)責(zé)人簽章：
年 月 日
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六、學(xué)校結(jié)題審核意見
學(xué)校對(duì)項(xiàng)目研究的任務(wù)、目標(biāo)、方法和研究成果水平等進(jìn)行評(píng)價(jià)，是否結(jié)題。
年 月 日
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附件目錄
附件一 低吸熱路面功能性指標(biāo)測(cè)試方法…………………………17
附件二 測(cè)試裝置產(chǎn)品說明書………………………………………24
附件三 專利、論文及獲獎(jiǎng)證明……………………………………33
附件一 低吸熱路面功能性指標(biāo)測(cè)試方法
本多功能儀器主要考慮測(cè)量5個(gè)熱物性相關(guān)指標(biāo)，包括：降溫效果、熱反射率、太陽(yáng)反射比、導(dǎo)溫系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)。下面闡述各個(gè)指標(biāo)的概念及擬采用的測(cè)試方法及所借鑒的相關(guān)裝置圖。
1 降溫效果
指標(biāo)定義：降溫效果即為暴露于熱輻射下的使用隔熱方式制品的外表面溫度與內(nèi)表面溫度的差異，該指標(biāo)可以直觀地反映使用隔熱方式的降溫效果。
測(cè)試原理：該指標(biāo)的測(cè)試采用模擬熱箱法。然后利用溫度傳感器等測(cè)量元件和溫度采集儀，可以記錄氙燈模擬照射下的試件的內(nèi)外表面的直觀溫度差。
樣板制備：300*300*50mm車轍板，方案橫向比選時(shí)可以選擇150*300*50mm車轍板。
測(cè)試環(huán)境：選用合適的氙燈為熱源模擬太陽(yáng)光照，將輻照度定位（1000±20）W/m2，通過軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生速度為（1.0±0.5）m/s的微風(fēng)，實(shí)驗(yàn)室溫度控制在（23±2）℃。
測(cè)試方法：打開氙燈電源，十分鐘之后，開始記錄上下表面的溫度數(shù)據(jù)，每隔2分鐘記錄一次，連續(xù)記錄1小時(shí)。
圖1 降溫效果測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖
測(cè)試元件：
（1）1個(gè)氙燈：輻照強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)。
（2）1個(gè)穩(wěn)壓電源
（3）10個(gè)溫度傳感器，
（4）1個(gè)溫度自動(dòng)顯示記錄儀
（5）1個(gè)軸流風(fēng)機(jī)
（6）1個(gè)輻照能傳感器
（7）保溫隔熱材料。
2 太陽(yáng)熱反射率
指標(biāo)定義：太陽(yáng)熱反射率指投射到物體的熱射線中被物體表面反射的能量與投射到物體的總能量之比。
測(cè)試原理：用氙燈替代太陽(yáng)光源，照射在涂有涂料的金屬板上，測(cè)量金屬板的背面（非涂層面）溫度變化，與黑板對(duì)照并計(jì)算其反射率。
樣板制備：用溶劑擦干凈三塊鋁樣板，樣板規(guī)格尺寸為150*75*1mm,并符合QQ-A-250/4規(guī)定。在兩塊樣板上噴涂復(fù)合規(guī)范TT-E-489規(guī)定的黑色磁漆，其干膜厚度介于0.03-0.04mm之間。在另一塊樣板上噴涂待試驗(yàn)的涂料，干膜厚度與前兩塊樣板相同，并將兩種樣板都各自干72小時(shí)。
測(cè)試環(huán)境：室溫28.8±0.5℃，恒溫。
測(cè)試方法：
（1）將兩塊噴涂黑磁漆（可選擇高色素炭黑，吸收比>97%）的鋁板平行放在聚苯乙烯泡沫塑料上，噴漆的一面朝上，兩樣版邊緣相距5cm，位于燈泡的正下方；
（2）調(diào)節(jié)燈泡與樣板之間的距離（初選600mm），使兩樣板在30min內(nèi)達(dá)到（87.8±1）℃；
（3）達(dá)到平衡溫度5分鐘后立即撤走一塊黑樣板，換上一塊待測(cè)的熱反射涂料樣板；
（4）經(jīng)15min溫度重新達(dá)到平衡后，記錄平衡時(shí)的熱反射涂料樣板的溫度t2和黑樣板的溫度t1；
（5）利用反射率公式計(jì)算反射率
式中，ρ為反射率，t1為標(biāo)準(zhǔn)黑板溫度，t2為樣板溫度，t3為當(dāng)時(shí)的室溫，一般固定在28.8℃。
圖2 太陽(yáng)熱反射率測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖
1 熱反射涂料 2 兩塊樣板 3 聚苯乙烯泡沫塑料
4 250W碘鎢燈兩個(gè) 5 穩(wěn)壓電源 6 溫度傳感器
7 溫度記錄儀 h 為370mm t 為60mm
測(cè)試元件：
（1）2個(gè)溫度傳感器
（2）三塊鋁樣板噴涂黑色磁漆
（3）聚苯乙烯泡沫塑料
3 太陽(yáng)反射比
指標(biāo)定義：太陽(yáng)反射比是物體反射到半球空間的太陽(yáng)輻射通量與入射在物體表面上的太陽(yáng)輻射通量的比值，也稱陽(yáng)光反射比、陽(yáng)光反射率。太陽(yáng)反射比是評(píng)價(jià)熱反射性能最重要的技術(shù)指標(biāo)，也是對(duì)熱反射涂料進(jìn)行節(jié)能計(jì)算時(shí)必須輸入的熱工參數(shù)之一。擬采用日射強(qiáng)度計(jì)法，為了評(píng)估材料表面對(duì)實(shí)際太陽(yáng)輻射的反射能力，ASTM編制了E1918標(biāo)準(zhǔn)方法，該方法是用精密日射強(qiáng)度計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量水平或低坡度（小于9.5℃）表面的太陽(yáng)反射比。
測(cè)試步驟：將精密日射強(qiáng)度計(jì)固定在支架的機(jī)械臂端頭，交替朝向上方和朝向被測(cè)表面，通過輸出設(shè)備讀取太陽(yáng)輻照強(qiáng)度和被表面反射回的輻照強(qiáng)度，被測(cè)表面的太陽(yáng)反射比即為反射輻照度與入射輻照度的比值。
圖3 太陽(yáng)反射比測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖
測(cè)試元件：
（1）美國(guó)Eppley日射強(qiáng)度計(jì)（簡(jiǎn)稱PSP）。
（2）輸出設(shè)備。
3 導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)
指標(biāo)定義：導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度，在1秒內(nèi)通過1平方米面積傳遞的熱量，λ單位為瓦/米·度（W/m·K）。導(dǎo)溫系數(shù)（熱擴(kuò)散系數(shù)）α表征物體被加熱或冷卻時(shí)，物體內(nèi)各部分溫度趨向均勻一致的能力。
測(cè)試方法：本裝置擬采用的常功率平面熱源法，為非穩(wěn)態(tài)測(cè)試法。
測(cè)試環(huán)境：保持室溫恒定。
測(cè)試原理：它基于常熱流邊界條件下半無限大物體內(nèi)溫度場(chǎng)變化的規(guī)律，來測(cè)定瀝青混合料的導(dǎo)溫系數(shù)，并能同時(shí)測(cè)出導(dǎo)熱系數(shù)以及計(jì)算比熱容。初始溫度為t0的無限大均質(zhì)物體，當(dāng)表面被常功率熱流加熱時(shí)，溫度場(chǎng)有以下導(dǎo)熱微分方程求解。
（1）
初始條件： 
，
（2）
邊界條件： 
，
（3）
式中：θ為過余溫度，以
時(shí)刻為基準(zhǔn)。例如，
時(shí)刻離表面距離
的點(diǎn)的過余溫度
。
q為熱流密度，W/m2；λ為導(dǎo)熱系數(shù)，（W/m·℃）
在（2）、（3）的條件下，求解式（1）得：
（4）
式中：
為高斯誤差補(bǔ)函數(shù)的一次積分，可查表。
根據(jù)式（4），若物體初始溫度為，從0時(shí)刻開始以常熱流q加熱，測(cè)出時(shí)刻的表面溫度
以及
時(shí)刻離表面距離處的溫度
（為設(shè)定的測(cè)點(diǎn)位置），則由下列運(yùn)算可得出該物體的導(dǎo)溫系數(shù)及導(dǎo)熱系數(shù)。
在時(shí)刻，由式（4），應(yīng)為：
（5）
在時(shí)刻，由式（4），應(yīng)為：
（6）
以式（5）除以式（6）并消去q和λ，整理后的
（7）
令 
則可得導(dǎo)溫系數(shù)α： 
（8）
通過（5）得到： 
（9）
通過試驗(yàn)，測(cè)得、、、后，帶入式（7）可求得
，再由誤差函數(shù)表查出
的數(shù)值，從而可以得到導(dǎo)溫系數(shù)α。再由式（9）求出導(dǎo)熱系數(shù)，即本方法可以同時(shí)測(cè)量導(dǎo)溫系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)。
熱流采用電壓表和電流表測(cè)量熱流量的大小，用電源開關(guān)控制熱流的供給。計(jì)算公式：
，除以2是由于熱量一半向上傳播。
此方法測(cè)出的數(shù)據(jù)，可認(rèn)為是平均溫度
時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)。
注：過余溫度表示物體真實(shí)溫度與系統(tǒng)初始溫度之差。
圖4 導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖
試樣制備：試驗(yàn)前將試樣加工成尺寸為150*150*50mm的試樣兩塊，150*150*15mm的試樣一塊。滿足條件：
（
為試樣厚度，L為試樣寬度和長(zhǎng)度）
測(cè)試步驟：
1）試樣放置順序?yàn)橄确胖靡粔K150*150*50mm的試樣，上面放置加熱片，之后在加熱片的中心放置溫度傳感器1，再放置尺寸為150*150*15mm的試樣一塊，再放置溫度傳感器2，再放置尺寸為150*150*50mm的試樣一塊。
2）待初始溫度
穩(wěn)定之后，通電加熱試樣，用秒表計(jì)時(shí)，記錄熱量q。
3）
時(shí)，記錄
；
h時(shí)，記錄
4）測(cè)量中間試樣的高度以及密度
注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)開始前，應(yīng)測(cè)試一次及
處的溫度，如果倆者溫度一致，表明每塊試材溫度相同。
測(cè)試元件：
（1）1個(gè)電阻值穩(wěn)定的平面加熱片
（2）1個(gè)電壓表
（3）1個(gè)電流表
（4）個(gè)溫度傳感器
（5）1個(gè)溫度采集儀
（6）1個(gè)直流穩(wěn)壓電源
附件二 測(cè)試裝置產(chǎn)品說明書
路面材料光熱性能測(cè)定裝置設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)者：劉佩，朱航，顏鈺婷，張磊，鄭偉，左瑞芳
指導(dǎo)教師：錢國(guó)平
長(zhǎng)沙理工大學(xué)，交通運(yùn)輸工程學(xué)院，長(zhǎng)沙市，410114
作品內(nèi)容摘要
在全球氣候變暖和高速城市化的大背景下，世界上許多城市都出現(xiàn)了高強(qiáng)度的城市熱島效應(yīng)，城市熱環(huán)境質(zhì)量日趨惡化極大地影響著城市生態(tài)環(huán)境和城市居民的日常生活。城市地表結(jié)構(gòu)物是城市熱島效應(yīng)的主要影響因素之一，而路面作為最主要的城市地表結(jié)構(gòu)物對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響尤為顯著。開展具有降溫效果顯著、成本低且施工方便等優(yōu)點(diǎn)的瀝青路面太陽(yáng)熱反射涂層及瀝青路面結(jié)構(gòu)的研究開始得到重視。
本課題為低吸熱路面性能檢測(cè)提供了一種模擬室外熱環(huán)境的測(cè)試裝置，該裝置具有可控溫、輻照強(qiáng)度可調(diào)且范圍大等特點(diǎn)，可用于檢測(cè)低吸熱路面五個(gè)功能指標(biāo)——降溫效果、太陽(yáng)熱反射率、太陽(yáng)反射比、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)，便于進(jìn)行熱反射路面涂層的開發(fā)與研究，具有很高的科研價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：低吸熱路面；太陽(yáng)反射比；降溫效果；導(dǎo)溫系數(shù)；導(dǎo)熱系數(shù)；熱反射率；測(cè)試系統(tǒng)
1 項(xiàng)目研究的背景及意義
在全球氣候變暖和高速城市化的大背景下，世界上許多城市都出現(xiàn)了高強(qiáng)度的城市熱島效應(yīng)、城市熱環(huán)境質(zhì)量日趨惡化等現(xiàn)象，極大地影響著城市生態(tài)環(huán)境和城市居民的日常生活。城市地表結(jié)構(gòu)物是城市熱島效應(yīng)的主要影響因素之一，而路面作為最主要的城市地表結(jié)構(gòu)物對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響尤為顯著，其主要是通過路面熱傳導(dǎo)、路表熱輻射和熱對(duì)流3種方式作用于路表及環(huán)境的溫度場(chǎng)影響城市熱島效應(yīng)。
針對(duì)我國(guó)城市道路越來越嚴(yán)重的熱島效應(yīng)現(xiàn)象和日趨惡化的熱環(huán)境問題，開展具有降溫效果顯著、成本低且施工方便等優(yōu)點(diǎn)的瀝青路面太陽(yáng)熱反射涂層及瀝青路面結(jié)構(gòu)的研究已迫在眉睫。因而，分析其熱環(huán)境的影響、提高路面表層材料對(duì)熱輻射的放射率、增強(qiáng)道路結(jié)構(gòu)對(duì)熱輻射的傳導(dǎo)并且用相應(yīng)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系來評(píng)價(jià)其路面對(duì)熱輻射的貢獻(xiàn)就顯得尤為重要。本路面材料光熱性能測(cè)定裝置可以很大程度上模擬真實(shí)環(huán)境，能定量測(cè)試低吸熱路面的功能指標(biāo)，分析新型低吸熱路面降溫效果的優(yōu)劣。
2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 低吸熱路面功能指標(biāo)測(cè)試方法研究現(xiàn)狀
目前，航天器熱控涂層測(cè)量太陽(yáng)反射比的普遍方法是光譜法，利用帶積分球的紫外、可見、近紅外分光光度計(jì)可以精確測(cè)量材料不同波長(zhǎng)的反射比，根據(jù)太陽(yáng)光在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的相對(duì)能量分布，通過加權(quán)平均計(jì)算材料在上述波長(zhǎng)范圍內(nèi)的太陽(yáng)反射比。但是由于紫外、可見、近紅外分光光度計(jì)價(jià)格較為昂貴，國(guó)內(nèi)僅有大的測(cè)試機(jī)構(gòu)和有實(shí)力的科研單位能夠承受，其應(yīng)用受到了一定的限制[1]。
美國(guó)材料測(cè)試協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM C1549[2]規(guī)定了一種用便攜式反射比測(cè)試儀測(cè)定材料常溫下太陽(yáng)反射比的方法。該方法具有測(cè)量精度較高，數(shù)顯分辨率為0.001、測(cè)量方式靈活、選擇多樣等特點(diǎn)，且該測(cè)試方法快速、準(zhǔn)確，且儀器的價(jià)格相對(duì)低廉。
ASTM編制了E1918標(biāo)準(zhǔn)方法[3]，評(píng)估材料表面對(duì)實(shí)際太陽(yáng)輻射的反射能力，該方法是用精密日射強(qiáng)度計(jì)(PSP)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量水平或低坡度（小于9.5o）表面的太陽(yáng)反射比。這種方法簡(jiǎn)單直觀，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)表面對(duì)太陽(yáng)輻射反射的變化情況，反映了材料對(duì)實(shí)際太陽(yáng)輻射的反射能力。缺點(diǎn)是易受環(huán)境因素制約，多云和薄霧天氣嚴(yán)重影響測(cè)量工作。因此測(cè)試期間天氣應(yīng)該晴朗、無云、無霧霾。
GJB2502.《3航天器熱控涂層試驗(yàn)方法3部分：發(fā)射率測(cè)試》中的輻射計(jì)法和ASTM C1371Standard Test Method for Determination of Emittance of Materials Near Room Temperature Using Portable Emissometers 是常溫下用輻射計(jì)測(cè)量材料半球發(fā)射率的方法。利用輻射計(jì)探測(cè)器的輸出信號(hào)與被測(cè)試樣的發(fā)射率呈線性關(guān)系，通過比較高、低發(fā)射率標(biāo)準(zhǔn)板與被測(cè)試樣輸出信號(hào)的大小，得出被測(cè)試樣的發(fā)射率[4-5]。
ASTM E1980[6]指出所謂的“陽(yáng)光反射指數(shù)SRI”（Solar Reflectance Index）是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境與太陽(yáng)輻照下，材料表面穩(wěn)態(tài)溫度與標(biāo)準(zhǔn)黑板（SRI=0，太陽(yáng)反射比0.05，半球發(fā)射率0.9）和標(biāo)準(zhǔn)白板（SRI = 100，太陽(yáng)光反射比為0.80，半球發(fā)射率為0.9）表面溫度的相關(guān)性。陽(yáng)光反射指數(shù)可以衡量某種材料（表面）在陽(yáng)光直射下保持低溫的能力，SRI越高，那么這種材料在陽(yáng)光直射下的溫度就越低。并給出了SRI的計(jì)算公式和相關(guān)參數(shù)的選取方法。
JG/T235規(guī)定了熱反射涂料隔熱溫差的測(cè)試方法：用紅外加熱燈分別照射固定于測(cè)溫箱開口處的空白試板和熱反射涂料試板，測(cè)量試板背面溫度，待達(dá)到熱平衡后，空白試板和熱反射涂料試板背面溫度之差即是這種熱反射涂料的隔熱溫差。劉翼等對(duì)此方法進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)考慮到熱源輻照度、環(huán)境風(fēng)速、空氣溫度等對(duì)測(cè)試的影響，研發(fā)出隔熱溫差試驗(yàn)機(jī)[7]。
化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《金屬表面用熱反射隔熱涂料》中推薦了一種隔熱溫差的模擬試板測(cè)試法[8]，這種方法的特點(diǎn)是使用了旋轉(zhuǎn)托盤，保證了樣板接受熱輻射的均勻性。另外，試板和空白板溫度同時(shí)測(cè)量，可減小因分次測(cè)量帶來的誤差。缺點(diǎn)是用紅外線儀測(cè)量放在支架上的樣板背面溫度操作上有一定的困難，另外紅外燈的光譜與太陽(yáng)光譜相差較大，削弱了熱反射材料在兩種熱輻射源下測(cè)試結(jié)果的可比性。該方法適于熱反射涂料研發(fā)過程中的橫向比較和配方篩選。
楊文頤等[9]指出模擬熱箱法和模擬試板法都是在實(shí)驗(yàn)室里模擬實(shí)際工況測(cè)試熱反射材料的隔熱效果，雖然具有復(fù)現(xiàn)性好、試驗(yàn)周期短等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)驗(yàn)室模擬與實(shí)際自然環(huán)境畢竟存在著一定的差異，為了評(píng)價(jià)熱反射材料在自然條件下的隔熱降溫效果以及隨時(shí)間變化周圍環(huán)境因素對(duì)其的影響，可將表面覆有熱反射材料的具有一定體積的試驗(yàn)箱置于空曠的戶外，或者直接將熱反射材料應(yīng)用于建筑等實(shí)體對(duì)象，測(cè)試太陽(yáng)輻射下試驗(yàn)物體和對(duì)照物體外表面溫度、內(nèi)表面溫度和內(nèi)部氣溫，比較其差異、研究溫度變化情況。另外，如果是實(shí)體建筑，可在試驗(yàn)房和對(duì)比房?jī)?nèi)安裝空調(diào)，調(diào)節(jié)空調(diào)溫度使二者一致，通過計(jì)量在一段時(shí)間內(nèi)空調(diào)的耗電量可以計(jì)算應(yīng)用熱反射材料時(shí)的節(jié)電量。
2.2 研究現(xiàn)狀評(píng)價(jià)
綜合國(guó)內(nèi)外的研究資料可以看出，國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)是單項(xiàng)熱性能指標(biāo)測(cè)試方法與測(cè)試儀器的研究，并未進(jìn)行綜合性多指標(biāo)同步測(cè)量?jī)x器的研發(fā)工作，也沒有推廣應(yīng)用，特別是低吸熱路面的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段。
熱性能測(cè)試裝置有著廣闊的推廣應(yīng)用前景，但是低吸熱路面功能指標(biāo)同步測(cè)試裝置在國(guó)內(nèi)外雖然進(jìn)行了不少試探性的研究，但都未開展系統(tǒng)性的研究工作。因此，緩解熱島效應(yīng)的低吸熱路面功能指標(biāo)同步測(cè)試方法急需要進(jìn)一步的研究。
3 設(shè)計(jì)方案
小組成員在國(guó)內(nèi)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，比較不同測(cè)試方法的共性和優(yōu)劣，開發(fā)了一種可以很大程度上模擬真實(shí)環(huán)境的低吸熱路面功能指標(biāo)定量測(cè)量裝置及測(cè)試方法，可以同時(shí)對(duì)多項(xiàng)低吸熱路面功能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，以便分析不同低吸熱路面降溫效果的優(yōu)劣。同時(shí)解決在單獨(dú)測(cè)試低吸熱路面不同功能指標(biāo)時(shí)，由于測(cè)試環(huán)境條件差異導(dǎo)致的效率低下問題。簡(jiǎn)化了低吸熱路面功能指標(biāo)的測(cè)試過程以及復(fù)雜程序。
本多功能儀器主要測(cè)量5個(gè)熱物性相關(guān)指標(biāo)：太陽(yáng)反射比，降溫效果，導(dǎo)溫系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，熱反射率。
3.1 裝置整體結(jié)構(gòu)
測(cè)試裝置外部結(jié)構(gòu)尺寸為：寬×深×高（W1400×H1100×D2000）；內(nèi)反應(yīng)室尺寸為：寬×深×高（W900×H600×D800），標(biāo)稱內(nèi)容積為：360L。
測(cè)試裝置整體三視圖如下：
圖1 裝置正視圖
圖2 裝置俯視圖
圖3 裝置左視圖
整套系統(tǒng)具有良好的氣密性能，反應(yīng)室內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)過程穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度高，控溫穩(wěn)定，能有效模擬室外熱環(huán)境。
3.2 內(nèi)室大門
采用能自然平滑地旋轉(zhuǎn)開啟、關(guān)閉的鉸鏈門；門上配中空玻璃觀測(cè)窗一個(gè)，配有遮光裝置，能防紫外線等強(qiáng)光。
顯示屏為TFT彩色LCD顯示器，中文菜單，觸摸屏方式輸入。
3.3 控制面板
控制面板安裝在內(nèi)室門的右側(cè)，包括溫度和光照控制顯示屏、溫度記錄儀、超溫保護(hù)設(shè)定裝置和照明開關(guān)。
3.4 配電控制柜
配電控制柜包括散熱風(fēng)機(jī)、配電板、總電源漏電斷路器、發(fā)光驅(qū)動(dòng)器、測(cè)光裝置、調(diào)光與控光裝置。
3.5 機(jī)械室
機(jī)械室中包括制冷機(jī)組、風(fēng)機(jī)以及配電控制柜。
3.6 加熱器
加熱器采用鎳鉻合金電熱絲式加熱器，其控制方式為無觸點(diǎn)等周期脈沖調(diào)寬，SSR（固態(tài)繼電器）。
環(huán)境箱內(nèi)溫度可調(diào)范圍為+10～+60 ℃（此范圍內(nèi)任意溫度可調(diào)且恒定），波動(dòng)值為±1℃，溫度偏差為±2.0℃。
3.7 制冷系統(tǒng)
制冷系統(tǒng)位于內(nèi)箱下部，采用活塞式壓縮機(jī)，其工作方式為機(jī)械壓縮制冷方式。
制冷機(jī)控制方式：控制系統(tǒng)的PLC(可編程邏輯控制器)根據(jù)試驗(yàn)條件自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷機(jī)的運(yùn)行工況；壓縮機(jī)回氣冷卻回路 。
制冷劑采用R404a（臭氧耗損指數(shù)為0,是環(huán)保制冷劑）。
3.8 空氣調(diào)節(jié)通道
空氣調(diào)節(jié)通道位于內(nèi)箱后側(cè)，包括風(fēng)機(jī)、加熱器、蒸發(fā)器（兼除濕器）。
3.9 安全保護(hù)裝置
制冷系統(tǒng)：壓縮機(jī)超壓；壓縮機(jī)電機(jī)過熱；壓縮機(jī)電機(jī)過流。
試驗(yàn)箱：可調(diào)式的超溫保護(hù)；風(fēng)機(jī)電機(jī)過熱。
其他：總電源相序和缺相保護(hù)；漏電保護(hù)；負(fù)載短路保護(hù)。
3.10 溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)
內(nèi)箱為 SUS304 不銹鋼板，鋼板經(jīng)啞光處理，可最大程度的減少反射光的影響。外箱為鍍鋅鋼板，經(jīng)過除銹，磷化處理；夾層為聚氨酯發(fā)泡棉保溫材料，該材料具有質(zhì)量輕，免維護(hù)，耐腐蝕，阻燃，保溫性能卓越等優(yōu)點(diǎn)。
3.11 光源
（1）氙燈(1800W~2500W)位于內(nèi)箱上部，附有濾光玻璃和聚光罩。氙燈裝置內(nèi)尺寸為0.5m×0.9m×0.8m,聚光罩下方的可操作預(yù)留高度為0.5m。照射高度60cm-70cm及以上,照射面積350*700mm（在此面積內(nèi)光照強(qiáng)度均勻）,照射面積為中間處，光照強(qiáng)度20-1200W/m2連續(xù)可調(diào)。選定光照強(qiáng)度后，輻照度的波動(dòng)不大于5%。光譜范圍：0.29-0.8μm。選定輻射強(qiáng)度時(shí)的光照波動(dòng)偏差(測(cè)光誤差)在50W/m2內(nèi)。測(cè)光精度1W/m2。光感應(yīng)探頭的位置設(shè)于距內(nèi)箱底0.1m處。
平均燈管壽命為1000 小時(shí)，燈管過濾器采用可更換內(nèi)外濾片，輻照度控制為自動(dòng)微機(jī)控制。
（2）氙燈散熱系統(tǒng)：氙燈采用風(fēng)冷散熱，儀器頂部設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣口，三個(gè)排氣孔。
3.12 溫傳感器
共10個(gè)溫度傳感器，均為接觸式測(cè)溫。其中2個(gè)片式溫度傳感器，8個(gè)常用溫度傳感器。測(cè)溫范圍為0-100℃，測(cè)溫精度：0.1℃以下。
3.13 置精密日射強(qiáng)度計(jì)
本裝置采用美國(guó)Eppley日射強(qiáng)度計(jì)TSP/PSP（以下簡(jiǎn)稱PSP），直徑14.6英寸,高9.5英寸，重量為3.18千克，儀器靈敏度9μV/Wm2，響應(yīng)時(shí)間為1秒(1/e信號(hào))，用于測(cè)量太陽(yáng)總輻射能量。擁有更快的響應(yīng)速度，減少了夜間熱補(bǔ)償，改進(jìn)了余弦響應(yīng)以及溫度依賴性。
4 創(chuàng)新點(diǎn)
（1）裝置可用于太陽(yáng)反射比、熱反射率、降溫效果、導(dǎo)溫系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等五項(xiàng)低吸熱路面的功能指標(biāo)的檢測(cè)，避免了五個(gè)指標(biāo)分步測(cè)量而造成的低吸熱路面性能檢測(cè)效率低下的問題；
（2）裝置采用環(huán)境箱設(shè)計(jì)，擁有完善的控溫系統(tǒng)，可對(duì)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行恒溫控制，避免了由于氙燈照射而引起的低吸熱路面溫度改變過快的現(xiàn)象，更接近道路實(shí)際情況，提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度；
（3）裝置內(nèi)置的氙燈光源可控光照強(qiáng)度為20-1200W/㎡，通過調(diào)節(jié)氙燈及測(cè)光裝置來控制光照強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)不同的光照強(qiáng)度值，滿足不同時(shí)間段、不同天氣條件下的光照強(qiáng)度模擬，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值；
（4）裝置環(huán)境箱內(nèi)部在氙燈光照的同時(shí)，配置制冷系統(tǒng)及溫度傳感器，精確控制室內(nèi)溫度，配合風(fēng)速系統(tǒng)模擬的風(fēng)速，更真實(shí)地模擬室外環(huán)境條件，為實(shí)際應(yīng)用提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持；
（5）在太陽(yáng)反射比測(cè)試中，儀器外壁設(shè)置三個(gè)卡槽，與固定PSP的機(jī)械臂配套，可測(cè)試不同高度的太陽(yáng)反射比。卡槽由橡膠塞封閉，保證光照控溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的密閉性。
（6）用于測(cè)試太陽(yáng)反射比的PSP，可進(jìn)行力臂拆卸，節(jié)約空間，且未固定的PSP可用于測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)路面太陽(yáng)反射比，實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀器多功能應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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[3] ASTM C1918 Standard Test Method for Measuring Solar Reflectance of Horizontal and Low-Sloped Surfaces in the Field
[4] GJB2502.3-2006航天器熱控涂層試驗(yàn)方法 第3部分:發(fā)射率測(cè)試
[5] ASTM C1371 Standard Test Method for Determination of Emittance of Materials Near Room Temperature using Portable Emissometers
[6] ASTM E1980 Standard Practice for Calculating Solar Reflectance Index of Horizontal and Low-Sloped Opaque Surfaces
[7] 建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).熱反射金屬屋面板(征求意見稿)
[8] 化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).金屬表面用熱反射隔熱涂料(報(bào)批稿)
[9] 楊文頤.熱反射涂料熱性能測(cè)試方法綜述[J].中國(guó)建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心，2012.2.
附件三 專利、論文及獲獎(jiǎng)證明
u 國(guó)家發(fā)明專利“光催化降解漏油污染的路面表層效果的測(cè)試方法”受理號(hào)：201410263427.0。
發(fā)明專利進(jìn)入實(shí)質(zhì)審查通知書。
