低吸收率涂料在中国南北地区建筑节能效果比较

低吸收率涂料在中国南北地区建筑节能效果比较摘要本文利用能耗模拟软件DeST，以广州、北京为中国南北地区代表，对低吸收率涂料在六种不同的空调工况以及三种不同围护结构传热系数下的节能效果进行了分析。研究结果表明，低吸收率涂料较适用于我国南方夏热冬暖地区，而在北方地区的应用则有可能反而导致建筑能耗上升关键词建筑节能低吸收率涂层模拟1前言 随着建筑节能技术研究的深入及拓展，以往多用于工业露天管道及容器降温的低吸收率涂层最近也逐渐在建筑上得到应用。该类涂层主要通过降低夏季围护结构太阳辐射得热来减少建筑冷负荷，进而减少建筑能耗。不过由于在冬季其低吸收率也将阻挡大量太阳辐射，从而导致冬季热负荷增加，所以需要通过计算才能判断其真实的全年节能量。 对于该类涂料的研究主要分为实测和模拟两类。Geoscience公司[9]分别对涂有低吸收率涂料和涂普通涂料的外墙进行了测试得出：涂有低吸收率涂料的外墙表面温度比涂有普通涂料的外墙表面温度低11.1℃，热流减少31.9%。国家建筑工程质量监督检验中心[10]对北京怀柔区某度假村二层别墅进行测试后得出结论：在相同的室外温度及室内温度控制在21.0℃条件下，外围护结构（外墙与屋顶）内表面涂刷了低吸收率涂料，涂刷与未添加盈速粒的同一种涂料相比，冬季节能效果明显，节能率在12%以上。 对低吸收率涂料的模拟研究多集中在应用于围护结构外表面减少夏季空调负荷上。Wang等[6]通过研究发现低吸收率涂层能够减少建筑能耗约25%～38%，同时屋顶使用保温时将降低涂层的节能效果。Akbari[7]通过比较屋面使用涂层前后(使用前屋面反射率为0.26,使用后为0.72)的用电量得出:使用涂层后节约用电量33Wh/m2/d。李峥嵘[8]等利用3种墙体材料组成15种建筑墙体模型并使用DOE-2进行了节能效果模拟，结果显示：低吸收率涂料尤其适用于热容量大的非空调建筑，热容量越大，涂料对建筑降温的效果越明显；高反射涂层适用于内外温差较小的场合,而对于保温材料则适用于内外温差较大的场合。 本文旨在模拟研究不同空调工况下，低吸收率涂料在我国南北地区的应用效果。模拟工具采用能耗模拟软件DeST，南北地区模拟地点分别选择广州及北京。2原理概述 太阳辐射是影响建筑室内热环境的重要因素。我国炎热地区的夏季，水平面的太阳辐射强度可高达1000W/m2，而在冬季，某些地区如北京的水平面太阳辐射强度也可以达到400W/m2，这对于室内环境来说是非常大的热扰。在寒冷的冬季，太阳辐射有利于提高室内的温度，减小采暖负荷；而在炎热的夏季，太阳辐射使室内温度显著的升高，增大空调设备的负荷。 对于不同的围护结构，太阳辐射对其的影响不尽相同。对于非透光材料，辐射量一部分会被反射掉，其余的则被围护结构吸收。对于透光材料，则还有一部分能量穿透它进入室内。不同材料对太阳辐射的吸收率不同，表面越粗糙、颜色越深，吸收率则越高，反射率越低。表1[5]为不同材料外表面对太阳辐射的吸收率a。表1各种材料的围护结构外表面对太阳辐射的吸收率a谊材料类别移颜色耕吸收率汉a送材料类别粘颜色看吸收率痕a润石棉水泥刘板骂浅轰0.72更~0.8桂7首红砖墙灶红承0.7~偏0.77短镀锌薄钢掌板岂灰乔姨喝黑棕0.87串硅酸盐砖缎墙低青羡乡陵灰逆0.45允拉毛水泥劫面墙俘米贱野梨黄省0.65击混凝土砌宗块景灰欧0.65庸水磨石跟浅甘量评灰揉0.68滴混凝土墙暴暗梅束备灰竿0.73对外粉刷绑浅霉0.4桑红褐陶瓦董屋面软红览予牲褐昌0.65醉~0.7变4各灰瓦屋面抗浅跌艇皱灰霉0.52淹小豆石保欣护屋面层摇浅该进才黑糠0.65落水泥屋面玻素叮煌佳灰厅0.74龟白石子屋港面珠0.62吊水泥瓦屋监面赚暗掌假浇灰大0.69躁油毛毡屋披面刺0.86 考虑太阳辐射热量、长波辐射换热量和对流换热，日照情况下围护结构外表面单位面积得热量为：（1）其中： out围护结构外表面的对流换热系数，W/m2℃；tair室外空气温度，℃；tw围护结构外表面温度，℃；a围护结构外表面对太阳辐射的吸收率；泻I株桂太阳辐射御照度，狭W/m碍2形；汪Q悄Lw绘缸围护结构购外表面与屠环境的长吐波辐射换严热量，待W/m悼2晶。士 劈低吸收率到涂层的吸量收率誉a猫比一般材严料低很多罪，比如美拨国晚M.J.赞Trad钳ing将Inte奸rnat揭iona彼l,I哄nc.功提供的某家种涂料添王加剂，可泉大幅度降杀低一般涂取料表面吸失收率大至疏0.1轨7钢。所以在咐外壁涂有疼低吸收率宝涂料时将挑较大程度终减少太阳控辐射得热楼量辰q全，从而降鱼低室内负闻荷。珍3插兆低吸收率夹涂层节能朋效果模拟禽计算毕3.1爸DeS贩T低模型介绍律为研究不霞同空调工时况以及不封同围护结肆构传热系左数情况下不，低吸收善率涂料在摇我国南北壮方的应用茂效果，同重时简化问际题，本文祥采用的模悄型为陈长午3延0典米，牛宽道1靠0谣米的三层抄长方体建贺筑，坐北半朝南，夏下季室内控所制温度迁为难2疑6馒℃垮，湿度踩为才65踩%栏，冬季室树内控制温剥度络为酒1板6俊℃骆，湿度蛾为挪50宁%础。空调全循天开启，口空调季展为鸡5轻月百1温日胆—熊1雀0满月施3饿1继日，后共固18旋4远天。建筑翠外泊墙体K蚂值分别纷取略0.62皆2猴、肌1.01读0鸦以厦及榨1.51药2般W/(症m孔2者·贝K)冤。穿其中低吸做收率涂料宰的吸收率腾为士0.1哥7挎，普通吸魂收率涂料瓣的吸收率迫为济0.5菠5跪。鸭模拟中，撕对于每浴种柜K君值分别在乔如下六种居工况下计狮算不同吸买收率涂料称对建筑节叙能效果。敲表尚2拌惩室内空调谋工况设计新工封况刺1嫁无传热温适差（即外技温与室温拢一致），辛无内扰，肌无外窗，迈无通风，醉无容忍温里度硬工犯况夹2冈在工况铅1叫基础上，寺增加室内垂外温差（截室外干球服温度为当仰地实际气寺象数据值塑）促工余况陪3川在工况萌2右基础上，队增加外窗饼（混K=3.彻1W/m察2撕·K芒，筹SC=0陡.67蚀），南、且北向窗墙技比为娘0.35着，东西向荣窗墙比为延0.1塑工瘦况绍4贤在工抗况嘴3兄基础上，演以住宅方窝式增加热赔扰床工远况汪5档在工队况梳4牌基础上，是增加室内榆外互通风考（弱1愚次）翻工夕况丽6袍在工遭况眠5阶基础上，灾增加容忍汉温度（共夏季盗2煌4烛℃位~2泰8港℃袜，冬奇季洋1五4圆℃臭~1料8按℃抓）药 勤3.2颠幼模拟结果吧介绍掘 叨表己3事、零表治4拘为北京及纽广州两地柳各工况夏课季冷负荷哭计算结果迟，旦图扮1荒为两地各仇自使用低森吸收率涂释料后的冷厕负荷节能瞒量比较。旗 渗我们可以护得到以下合观点：昼 刷1西）低吸收管率涂料在碎夏季降低件建筑物负鼠荷方面有毙一定效果馆，并且在汽广州应用爷的效果要毁优于北京闪。夏季冷墙负荷节能幻量范赛围工3.77盆~7.0社1KW膏h/(m雨2·a贤)秃（广州）叶以常及舍2.37脸~8.0所2KW肝h/(m眉2·a失)蓬（北京）黄。这说明搅在夏季太惧阳辐射更浪强烈的地叹域在夏季叛更适合使多用该类涂射料。巧 旦2悦）在相同钱工况下，寺围护结今构颤K背值越大的橡建筑使用屈低吸收率缠涂料降低负室内冷负乓荷越多。患不管是北粪京还是广藏州，均在炕所有工况防下呈现出湿上述规律稠。分析发字现，围护楚结侧构络K追值鸦为诉1.51哲2W/践(m苏2冶·K救)暴时的节能急量帽比湖K增值联为蚀0.62盏2W/种(m陪2街·K喝)黄时的节能赔量剧多寒1.2~逐2.9虫KWh/阀(m2·课a招)才，若以比泄例计算则零为誓46%~铁64受%浆。这说明秩，在使用钥该类涂料尖时应在结煮合当地气把象参数选党择最为经邀济的传热善系数。感 娇3鸦）在广州印地区，相愚比于减小版传热系数倡而言，使册用低吸收弟率涂料更帜为有效。赶比如，在绪工况５下释，一扮栋寿K宾值宫为漂1.51寻2W/(态m判2蒙·K乞)缠，吸收率炊为稳0.5安5拉的建筑改佣造其围护侵结构材料炮使得Ｋ等裁于池0.62伤2W/西(m报2沫·a摊)灾后，冷负封荷飞从门118.首61K窜Wh/m返2洋·醒a占降检到杨114.铺71K纺Wh/m肺2缴·蹲a嚼，减少量朝为睬3.9K醉Wh/m舟2·税a症；但是如民果改造为等Ｋ等纤于滋1.51诊2W/晶(m补2粱·K数)妻，吸收吹率莲0.1取7库，那么便勤可以使得确冷负荷降棒至国112.斥26K工Wh/m僵2使·责a痕，减少量缺为炭4.35踪KWh降/m朽2迟·纤a窃，节能量刃相比于前顷一种改造穷多肺了胸11.5公%触。勾 堡不过该规眼律在当前伪所建北京折模型中不行适用，因观为从数据陕可以看出杰，在北京摔地区该建刃筑冷负荷添竟随责着果K园值的变大屑而减小。猪这主要是被由于对于港当前的各明种设置，有建筑在夏乏天更需要毁散热而非委保温。所融以这也提忌示我们在植今后做设积计的时候遇应当仔细渣考虑。火 卡4如）通风量请对涂料的圾节能量有况所影响，屑并且该影彼响在北京模地区更为猴明显。相颤比较于其世余设置均扇一致但没短有增加通叫风的工笋况泥4佳，工复况飘5洲的节能量鸽少朝了庭0.86朽KWh撞/m牧2倾·洁a找（颂K=0.期62苹2游时）。所基以假如在歼北京地区迁使用该类获涂料则应诵做好气密草性的设计颤，尽量减茫少不必要政的通风量鸡。高表糟4景绞北京冷负框荷模拟结问果逐K=0.功622浙K=1.息010利K=1.哥512攀吸收率聪0.55缘0.17桶0.55筹0.17稍0.55徒0.17些工挂况牲1笔冷负荷积KWh/楼m惭2坡·a仆7.41礼2.29蓝9.38址2.90申11.6损0载3.59气工快况题2泼3.96轧1.59费5.01彼2.11方6.26蠢2.69冷工挂况瞒3符31.7肯1碌28.0燃8愉31.1质5呆26.6卵1宿29.9职3督24.4绣4火工火况编4贱40.6厅6玻36.6斑4名39.7门8蹲34.7弦1悟38.4骄1鹿32.2哄7念工出况右5宵48.0虏6临44.9微0数47.9急4歼43.9队3侨47.1咽8滋42.3层2秤工戏况锡6骆31.5杀3贷28.2井6盏31.6贤9亮27.6杨7穴30.8弦4得26.0算6首表洗4基随广州冷负晶荷模拟结党果运K=0.建622汁K=1.塞010在K=1.妈512阿吸收率闸0.55卫0.17燃0.55所0.17觉0.55乓0.17闷工吨况颜1劝冷负荷辉KWh/穿m杰2梨·a撤6.16看1.90嘉7.85梨2.42换9.74隆3.01劣工丝况堡2面8.86岭5.09各11.6根2病6.84热15.0尤3狂8.83恐工匙况处3较45.1喂2充41.1污8丧47.0品6拖41.9肢7标49.0横8趁42.6唯5眨工膊况受4镰56.2偷0般52.1胁6骨58.1侧0愚52.8冶6卫60.1亭2壁53.5霉2晚工抓况择5笔114.裂71膛110.桨82肾116.翼65猎111.阿61两118.极61便112.供26谋工据况会6红93.9致5似89.5呆6株95.7纱5哄90.0键6们96.2其7偏89.2疮6恼图伞1庄踢低吸收率仍涂料夏季榴冷负荷节符能量比较么 钞表辩5建、捆表敲6秆以及旺图剥2晨、坦图面3脾为两地由仗于使用低趣吸收率涂刚料后导致诉的冬季热幅负荷增加朝量以及之你后计算得创到的全年罩综合节能朱量比较。译 威从计算结径果可得出嫁：迁 餐1妨）由于气渴候的原因段，广州的够冬季热负挨荷非常小屿，基本不欠需要供热雨。所以采俩用低吸收棒率涂料后悔所导致的薯热负荷增跟加量也非趁常小，仅规为掘0.4~犯0.69律KWh担/m锦2位·碗a袍。与此相绑反，北京惜地区冬季啊寒冷，故云热负荷较陵大，围护骆结构外表今面吸收率腊的大幅下走降导致了声其冬季损瘦失了很大啦一部分本涉可以利用炭的太阳辐菊射得热，瓣整个供暖森季为此而抽增加的热丸负荷负在蜻2.87宽~5.3种0KW趟h/m顶2脂·厘a奸之间。脚 怀2络）结合两焰地因使用幻低吸收率丰涂料而节支省掉的夏暗季冷负荷息，我们可投以得到一退个全年的化综合节能架量，它等财于夏季冷认负荷节能滴量减去冬杯季热负荷喇增加量，较最终结果矩则可以作砌为评价该型涂料是否情适合于当妨地应用的秃指标。从市图渠3雨中可以很译直观地看踢出北京与溪广州两地朱全年综合映节能量的吨差别。讨 或北京出于桌冬季保温命的基本需鲁求，虽然供夏季冷负迅荷节能量直随帜这舅K演值增大而宅增大，但丸从全年的途角度来看昂，其综合奖节能量随魔着支K音值增大而临迅速减小器。其最大个值仅涛有要0.29忽KWh崭/m柿2渠·屈a毛，船当现K居值等直于描1.01唉0W/终(m萌2滚·K榨)知时综合节侮能量基本聋为零，如存果四K掏值继续增敌大那么综烈合节能量讲将为负值叛，也就是怠说此时使花用低吸收洽率涂料反临而增加了鸣建筑的能厨耗，与之骡前的愿望匹背道而驰厉。遍 筑相比于北晚京，广州凤从全年综丛合节能量描来看就要勒理想得多聪，平均值赞可诉达智4.56陶KWh炕/m纺2粮·出a适，摧即怪12.4思9Wh/闻m2·忌d居。从该涂播料的技术滩手册中可纵知其参考槐价格个为毁8~1四0既元仪/娱㎡，在模溉型中应用的该涂料的极围护结构拖面积斗为呀915.榴6萄㎡跨,夜按煤0.差7黄元咬/KW拿h证电的电价滥计算，应而用该类涂拼料的回收市期疮为盾2.5~孝3.凶2犬年。林 泉所以最后拒结论是：贤北京等北斥方冬季寒映冷地区不挽适宜使用逼低吸收率危涂料，而绸类似于广判州这种冬门季热负荷分很小的地塑区则较为久适合该涂谣料的使用被。问表押5漆尼北京冬季岗热负荷增冶加量及全亏年综合节终能量比较末（工枪况违5骆）血K=0.谅622昌K=1.迷010汁K=1.引512里吸收率袖0.55用0.17有增加量诚0.55漫0.17扛增加量定0.55位0.17迁增加量维热负汗荷发KWh/燥(m土2胁·a)悼77.5该0仿80.3率7缝2.87障86.3执4妙90.2尘9暗3.95脑96.0是0泰101.恋3晚5.30环夏季冷负罪荷节能量害KWh/开(m蝇2饰·a)厚3.16惑4.00妨4.86解全年综合父节能量幸KWh/只(m脸2拖·a)饥0.29炉0.06障-0.4济5乘表外6指之广州冬季炎热负荷增浆加量及全摇年综合节要能量比较缺（工坚况魂5攻）散K=0.渠622新K=1.值010扣K=1.尽512婚吸收率飘0.55就0.17突增加量残0.55钩0.17棋增加量副0.55某0.17脉增加量踏热负半荷自