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1、高反射涂料應用于建筑屋頂的節能效果研究Energy Saving Effect of Solar Reflective Paints Application on Roofs同濟大學 沈輝 譚洪衛 劉曉宇 事務所 三木 勝夫摘要： 本文對比分析了應用高反射涂料降低建筑物屋頂表面溫度的效果，并結合實測數據和模擬分析進一步探討了高反射涂料對建筑節能的作用。實測數據表明，屋頂涂刷高反射涂料后，其外表面的溫度最大可降低6.8，內表面溫度最大可降低4.3。同時，通過對測試廠房進行CFD模擬得知涂裝高反射涂料對室內溫度場有積極改善作用。關鍵詞：節能；太陽輻射熱；高反射涂料；實測；CFD模擬0 前言將對太陽2、輻射熱具有高反射性能的涂料（本文簡稱高反射涂料）應用于建筑屋頂，以達到減少屋頂對太陽輻射熱量的吸收，從而降低夏季空調通風能耗的技術在國內外已有一些應用，但結合實測及模擬的研究尚不多見。本文通過對位于廣州地區的某廠房進行實測及CFD模擬，研究高反射涂料在降低建筑屋頂表面溫度及其室內溫度場的改善作用。1 高反射涂料的作用原理太陽輻射熱是造成建筑室內空調負荷的主要構成之一，對屋面涂刷高反射涂料將減少對太陽輻射熱量的吸收，降低通過屋面傳入室內的熱量。文獻1將反射率定義為根據太陽輻射波譜的能量分布，在全波長范圍進行積分的積分值。在各種波長輻射中，能轉化為熱能的主要是可見光和紅外線，到達地面的太陽輻射能量3、中兩者能量約各占一半。如圖1所示。本文研究的高反射涂料，對于可見光區域的反射率與普通材料相差不多，但是在紅外線區域，其對輻射的反射率與普通材料相比有顯著提高。見圖2。研究中所選高反射涂料在紅外線區域的反射率很高，通過積分計算得到其在達到地面的主要波段上的平均反射率為74%，而未涂高反射涂料，即涂刷相同顏色普通對比涂料屋面的反射率為44%。圖1 太陽熱能分布圖2 高反射涂料的分光反射率2 測試概況本研究于2007年7月對廣州地區某廠房實施涂料有無時的效果測試（連續測試），測試內容包括屋頂內測表面溫度、外側表面溫度及室內溫度。廣州市屬于南亞熱帶海洋性氣候，夏季盛吹東南風。根據氣象局的統計數據，夏季4、平均風速約為1.86m/s，根據下式2計算得屋面與周圍空氣對流換熱系數為13.92。數據處理過程用到的氣象數據為逐時室外溫度、太陽直接輻射量和散射輻射量，采用廣東省氣候中心提供的實測數據。上述氣象及測試數據情況匯總如圖3所示。圖3 廠房室外氣象參數（2007年7月份數據）圖4 廠房測試數據（2007年7月份數據）3 實測數據及分析采取簡易傳熱計算，基本原理如圖5所示。以7月22日12點數據為例，計算比較此時涂裝涂料前后進入室內熱流量的變化（圖6）。按照如上計算方法對數據進行整理，結果如圖7、8所示。圖5 建筑屋面傳熱計算原理圖圖6 7月22日12時熱收支計算（圖中數據單位：W/m2）（上段：一5、般涂料。下段：高反射涂料）圖7 未涂高反射涂料的屋面溫度和熱流量圖8 有高反射涂料屋面溫度和熱流量通過以上分析可以得知：涂刷高反射涂料后，屋面外側及內側溫度都有所降低，日間平均溫度降幅分別為1.7和1，最大溫度降幅分別為6.8和4.3。涂裝高反射涂料后，經屋面的傳熱量有較大的減少，日間平均減少約48.8 ，夜間變化較小。可見涂裝高反射涂料降低了屋面的溫度并且較大的減少了傳入室內的熱流量，從而減輕了空調通風負荷，達到節能的目的。目前本測試仍在進行中，今后將進一步研究高反射涂料的全年節能效果。4 高反射涂料對室內溫度場的影響為了進一步探討屋面的高反射涂料對室內溫度場的影響，對測試廠房內溫度場作CF6、D模擬分析。該廠房長100m,寬50m，高5m，朝向東南，平時主要用于儲藏物品因此其中并無空調設施，平時沒有人員出入。屋面及墻體材料均為0.5mm鋼板加5mm保溫玻璃棉。分析的重點在于涂刷高反射涂料前后引起室內溫度場的改變，因此簡化設定條件。以7月22日12點數據為例，主要邊界條件見表1。 表1 室內溫度場模擬主要邊界條件項目無涂料有涂料室外空氣溫度（）34.6屋面總輻射量（W/m2）500屋面內側溫度（）41.639.7鋼板（）53保溫玻璃棉（）0.0372室外風速（m/s）1.86模擬結果見廠房長度方向上的中間截面溫度分布圖9、10。對比圖9、10可以看出，雖然屋面內側溫度有無高反射涂料僅7、相差1.9，但是室內的溫度場仍有所改善。圖9 無涂料室內溫度圖10 有涂料室內溫度由于圍護結構的蓄熱性能，屋面內側溫降和外側溫降存在一定時間延遲，并且都滯后于太陽輻射量的變化。屋頂涂裝高反射涂料后改善了室內溫度場，對室內熱舒適性的改善也有積極效果。高反射涂料的應用還需進一步研究，其降低表面溫度的效果受室外氣象資料的影響很大，一般說來適用于以夏季空調為主，太陽輻射量較大的地區。5 結論綜上所述，屋頂涂裝高反射涂料后，屋面外側及內側表面溫度都有所降低，最大降幅分別為6.8和4.3，顯示實施高反射涂料將有利于減小空調通風負荷，實現建筑物的節能減排。參考文獻：1 J.L. Monteith, M.H.8、 Unsworth. Principles of Environmental Physics, Edward Arnold, New York, 2nd edn., 1990; 2陸亞俊,馬最良,鄒平華. 暖通空調. 北京：中國建筑工業出版社,20023Hashem Akbari, Sarah Bretz, Dan M. Kurn, James Hanford. Peak power and cooling energy savings of high-albedo roofs. Energy and Buildings 25 (1997) 117-1264 J.R.Simpson, E.G. McPherson. The effects of roof albedo modification on cooling loads of scale model residences in Tucson, Arizona. Energy and Buildings 25 (1997) 127-137