邱童，徐强，李德荣，曹毅然，范宏武，杨伟华

    上海市建筑科学研究院（集团）有限公司，上海200032

    摘要：利用室外动态测试设备对建筑外墙隔热涂料在上海实际气候条件下的节能效果进行测试研究。分别在多孔黏土砖和加外保温的多孔黏土砖的基墙外表面涂刷相同颜色的隔热涂料和普通涂料进行室外测试，获取了实际天气条件下的隔热涂料传热系数的修正系数，为隔热涂料的实际节能效果评价提供试验依据。

    关键词：隔热涂料；节能效果；建筑节能；传热系数

    中图分类号：TU111.2+4 文献标识码：B 文章编号：1001－702X（2010）09－0080-03

    0·概述

    入射在非透明建筑围护结构表面的太阳辐射主要被吸收和反射，其吸收率ρ和反射率γ的关系为：ρ+γ=1。而根据室外空气综合温度计算公式：

    可知，要降低外墙和屋面隔热性能的措施主要有：（1）提高热工性能，降低传入室内的温差传热；（2）提高外表面的反射率，降低室内外的温差，减少传入室内的热量；（3）提高外表面的发射率，降低室内外温差，减少传入室内的热量；（4）提高墙体的热容量，降低传入室内的热量等方式。

    目前市场上隔热涂料按其原理可分为3类：热阻型隔热涂料、反射型隔热涂料和发射型隔热涂料。反射型隔热涂料是以反射太阳热辐射部分为主的功能性涂料，主要是借助涂料的高反射率降低外围护结构的太阳得热，从而降低外表面的温度以实现隔热目的。本文主要对反射型隔热涂料的相关隔热性能进行了测试。测试采用的反射型隔热涂料和普通涂料的反射光谱如图1所示。

图1 涂料的反射光谱

    1·试验方法

    针对隔热涂料的作用机理，利用室外隔热测试台在室外对颜色相同的隔热涂料和普通涂料在不同基墙上对比实测其有效传热系数1-2，从而获得隔热涂料有效传热系数的实测修正值，具体测试方法如下：

    隔热测试台由1个恒温防护热箱内套2个相同的对比测试箱（长×宽×高＝2000mm×2000mm×2400mm）组成，如图2、图3所示。测试时恒温防护热箱可保证测试箱体除接受太阳辐射面外其余5面温度均匀恒定。为了对不同朝向试件的隔热性能进行测试，整个测试台可360°自由旋转。

图2 室外隔热测试台

图3 室外隔热测试台构造示意

    隔热性能的测试与室外环境参数（太阳辐射、室外干球温度、相对湿度、风速风向等）有直接的关系。本实验的室外环境测试系统可以逐时采集和存储室外水平面的太阳总辐射、测试箱体垂直面上的太阳总辐射、水平面的太阳散射辐射、室外干球温度、相对湿度、风速风向等环境参数。室内环境测试系统逐时采集测试箱内表面热流量、测试箱内表面温度、测试箱体内温度、辐射量和空调制冷量。 

    在晴朗天气条件下，对刷涂在2种基墙表面上的普通涂料和隔热涂料进行试验。试验步骤如下：

    （1）隔热试件分别为以下2种材料制作的基墙：砖墙结构，20mm抹面砂浆+120mm空心黏土砖+20mm抹面砂浆，传热系数为2.49W（/m·2K）；保温墙体，30mmEPS外墙外保温系统+20mm抹面砂浆+120mm空心黏土砖+20mm抹面砂浆，传热系数为0.87W（/m2·K）。

    （2）在2种不同基墙材料的测试面及参比面上分别涂刷颜色相同的隔热涂料及普通涂料。

    （3）采用自然对流的方式控制参比箱体和试验箱体内空气温度保持一致，连续记录墙体内表面温度、外表面温度、热流量、测试面室外总辐射、室内外空气温度等试验数据。

    2·试验结果及讨论

    2.1砖墙结构

    图4为测试日砖墙结构的垂直墙面太阳辐射强度，图5、图6分别为普通涂料和隔热涂料砖墙体的传热量和内外表面温度。

图4 测试典型日的垂直墙面太阳辐射强度

图5 通过砖墙的热流

图6 不同涂料砖墙的内外表面温度

    从图4、图5和图6可以看出，当室外最大太阳辐射强度分别为700W/m2、500W/m2和300W/m2时，采用普通涂料的墙体内外表面最大温差分别为15℃、8℃和5℃左右，而采用隔热涂料的墙体内外表面温差分别为8℃、5℃和3℃左右。这说明，采用隔热涂料后墙体外表面温度明显降低，而内表面温度有所降低，致使墙体内外表面的温差不同程度降低，使传入室内的热量相应减少。采用隔热涂料后，墙体晴天时累计传热量减少约40%左右，而无阳光时传热量则几乎无影响。

    2.2保温墙体

    图7为测试日保温墙体的垂直墙面太阳辐射强度，图8、图9分别为普通涂料和隔热涂料保温墙体的传热量和内外表面温度。

图7 测试日的垂直墙面太阳辐射强度

图8 通过保温墙体的热流

图9 不同涂料保温墙体的内外表面温度

    从图7、图8和图9可以看出，当室外最大太阳辐射强度为300W/m2时，隔热涂料外表面比普通涂料低5～8℃，内表面降低1～2℃。这说明，致使墙体内外表面温度差不同程度降低，使传入室内的热量相应减少。采用隔热涂料后保温墙体晴天时累计传热量减少约20%左右，而无阳光时传热量则几乎无影响。

    根据式（1）计算隔热涂料在不同基墙表面在试验其间相对普通涂料的试验值对传热系数的修正系数ξ。

    根据实验数据分别计算实际天气状况下涂刷隔热涂料及普通涂料的有效传热系数（实际传热系数），由此可以得到有效传热系数的修正系数（见表1）。

表1 隔热涂料传热系数修正系数实测值

    3·结语

    隔热涂料主要以改变外表面辐射换热的方式来改变围护结构的热工性能，从而降低建筑的空调能耗。隔热涂料节能效果的量化较为复杂，与当地气候状况、基墙状况、涂料的太阳光反射率等有直接关系。本文提出的一种简单的通过选择典型日进行室外试验评价的方法，测试有效传热系数从而计算获得隔热涂料的有效传热系数修正系数，将隔热涂料和普通涂料分别涂刷在砖墙和加外保温的砖墙上进行了试验，得到了相应的修正系数，分别体现了隔热涂料在2种基墙上应用的节能效果。采用反射型隔热涂料对于上海地区建筑能耗具有一定的影响，此影响随建筑类型的不同而不同。对于居住建筑而言，考虑到空调使用模式的不同，其墙体采用隔热涂料后建筑全年可节能2%（全年空调）~5%（仅夏季空调）左右。

    参考文献：

    1NFRC 201—2004，Interim standard test method for measuringthe solarheat gain coefficient of fenestration systems usingcalorimetry hot box methodsS.

    2Akbari H.Measured energy savings the application of re-flectiveroofs in two small non-residential buildingsJ.Energy，2003（28）：953-967.

来源：慧聪网