高反射涂料應(yīng)用于建筑屋頂節(jié)能效果研究(4頁).doc

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高反射涂料應(yīng)用于建筑屋頂節(jié)能效果研究(4頁).doc

1、高反射涂料應(yīng)用于建筑屋頂?shù)墓?jié)能效果研究Energy Saving Effect of Solar Reflective Paints Application on Roofs同濟(jì)大學(xué) 沈輝譚洪衛(wèi) 劉曉宇事務(wù)所三木勝夫摘要：本文對(duì)比分析了應(yīng)用高反射涂料降低建筑物屋頂表面溫度的效果，并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬分析進(jìn)一步探討了高反射涂料對(duì)建筑節(jié)能的作用。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)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(nèi)表面溫度最大可降低4.3。同時(shí)，通過對(duì)測(cè)試廠房進(jìn)行CFD模擬得知涂裝高反射涂料對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)有積極改善作用。關(guān)鍵詞：節(jié)能；太陽輻射熱；高反射涂料；實(shí)測(cè)；CFD模擬0 前言將對(duì)太陽

2、輻射熱具有高反射性能的涂料（本文簡(jiǎn)稱高反射涂料）應(yīng)用于建筑屋頂，以達(dá)到減少屋頂對(duì)太陽輻射熱量的吸收，從而降低夏季空調(diào)通風(fēng)能耗的技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已有一些應(yīng)用，但結(jié)合實(shí)測(cè)及模擬的研究尚不多見。本文通過對(duì)位于廣州地區(qū)的某廠房進(jìn)行實(shí)測(cè)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(nèi)溫度場(chǎng)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(nèi)空調(diào)負(fù)荷的主要構(gòu)成之一，對(duì)屋面涂刷高反射涂料將減少對(duì)太陽輻射熱量的吸收，降低通過屋面?zhèn)魅胧覂?nèi)的熱量。文獻(xiàn)1將反射率定義為根據(jù)太陽輻射波譜的能量分布，在全波長(zhǎng)范圍進(jìn)行積分的積分值。在各種波長(zhǎng)輻射中，能轉(zhuǎn)化為熱能的主要是可見光和紅外線，到達(dá)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(duì)于可見光區(qū)域的反射率與普通材料相差不多，但是在紅外線區(qū)域，其對(duì)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(qū)域的反射率很高，通過積分計(jì)算得到其在達(dá)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(duì)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(cè)試概況本研究于2007年7月對(duì)廣州地區(qū)某廠房實(shí)施涂料有無時(shí)的效果測(cè)試（連續(xù)測(cè)試），測(cè)試內(nèi)容包括屋頂內(nèi)測(cè)表面溫度、外側(cè)表面溫度及室內(nèi)溫度。廣州市屬于南亞熱帶海洋性氣候，夏季盛吹東南風(fēng)。根據(jù)氣象局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，夏季

4、平均風(fēng)速約為1.86m/s，根據(jù)下式2計(jì)算得屋面與周圍空氣對(duì)流換熱系數(shù)為13.92。數(shù)據(jù)處理過程用到的氣象數(shù)據(jù)為逐時(shí)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。上述氣象及測(cè)試數(shù)據(jù)情況匯總?cè)鐖D3所示。圖3 廠房室外氣象參數(shù)（2007年7月份數(shù)據(jù)）圖4 廠房測(cè)試數(shù)據(jù)（2007年7月份數(shù)據(jù)）3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及分析采取簡(jiǎn)易傳熱計(jì)算，基本原理如圖5所示。以7月22日12點(diǎn)數(shù)據(jù)為例，計(jì)算比較此時(shí)涂裝涂料前后進(jìn)入室內(nèi)熱流量的變化（圖6）。按照如上計(jì)算方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，結(jié)果如圖7、8所示。圖5 建筑屋面?zhèn)鳠嵊?jì)算原理圖圖6 7月22日12時(shí)熱收支計(jì)算（圖中數(shù)據(jù)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(cè)及內(nèi)側(cè)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(jīng)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(nèi)的熱流量，從而減輕了空調(diào)通風(fēng)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。目前本測(cè)試仍在進(jìn)行中，今后將進(jìn)一步研究高反射涂料的全年節(jié)能效果。4 高反射涂料對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)的影響為了進(jìn)一步探討屋面的高反射涂料對(duì)室內(nèi)溫度場(chǎng)的影響，對(duì)測(cè)試廠房?jī)?nèi)溫度場(chǎng)作CF

6、D模擬分析。該廠房長(zhǎng)100m,寬50m，高5m，朝向東南，平時(shí)主要用于儲(chǔ)藏物品因此其中并無空調(diào)設(shè)施，平時(shí)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(diǎn)在于涂刷高反射涂料前后引起室內(nèi)溫度場(chǎng)的改變，因此簡(jiǎn)化設(shè)定條件。以7月22日12點(diǎn)數(shù)據(jù)為例，主要邊界條件見表1。表1 室內(nèi)溫度場(chǎng)模擬主要邊界條件項(xiàng)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(nèi)側(cè)溫度（）41.639.7鋼板（）53保溫玻璃棉（）0.0372室外風(fēng)速（m/s）1.86模擬結(jié)果見廠房長(zhǎng)度方向上的中間截面溫度分布圖9、10。對(duì)比圖9、10可以看出，雖然屋面內(nèi)側(cè)溫度有無高反射涂料僅

7、相差1.9，但是室內(nèi)的溫度場(chǎng)仍有所改善。圖9 無涂料室內(nèi)溫度圖10 有涂料室內(nèi)溫度由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，屋面內(nèi)側(cè)溫降和外側(cè)溫降存在一定時(shí)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(nèi)溫度場(chǎng)，對(duì)室內(nèi)熱舒適性的改善也有積極效果。高反射涂料的應(yīng)用還需進(jìn)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(diào)為主，太陽輻射量較大的地區(qū)。5 結(jié)論綜上所述，屋頂涂裝高反射涂料后，屋面外側(cè)及內(nèi)側(cè)表面溫度都有所降低，最大降幅分別為6.8和4.3，顯示實(shí)施高反射涂料將有利于減小空調(diào)通風(fēng)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能減排。參考文獻(xiàn)：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(diào). 北京：中國(guó)建筑工業(yè)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

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