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低吸收率涂料在中国南北地区建筑节能效果比较 清华大学建筑技术科学系 邓光蔚，李婷，燕达 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公司分别对涂料和涂普通涂料的外墙进行了测试涂有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%。在相同的室外温度及室内温度控制在2.0℃条件下，外围护结构（外墙与屋顶）内表面涂刷了涂料，涂刷与添加盈速粒的同一涂料相比，冬季节能效果明显，节能率在12%以上。 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 材料类别 颜色 吸收率a 材料类别 颜色 吸收率a 石棉水泥板 浅 0.72~0.87 红砖墙 红 0.7~0.77 镀锌薄钢板 灰 黑 0.87 硅酸盐砖墙 青 灰 0.45 拉毛水泥面墙 米 黄 0.65 混凝土砌块 灰 0.65 水磨石 浅 灰 0.68 混凝土墙 暗 灰 0.73 外粉刷 浅 0.4 红褐陶瓦屋面 红 褐 0.65~0.74 灰瓦屋面 浅 灰 0.52 小豆石保护屋面层 浅 黑 0.65 水泥屋面 素 灰 0.74 白石子屋面 0.62 水泥瓦屋面 暗 灰 0.69 油毛毡屋面 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； I (( 太阳辐射照度，W/m2； QLw (( 围护结构外表面与环境的长波辐射换热量，W/m2。 低吸收率涂层的吸收率a比一般材料低很多，比如美国M.J.Trading International, Inc.提供的某种涂料添加剂，可大幅度降低一般涂料表面吸收率至0.17。所以在外壁涂有低吸收率涂料时将较大程度减少太阳辐射得热量q，从而降低室内负荷。 3 低吸收率涂层节能效果模拟计算 3.1 DeST模型介绍 为研究不同空调工况以及不同围护结构传热系数情况下，低吸收率涂料在我国南北方的应用效果，同时简化问题，本文采用的模型为长30米，宽10米的三层长方体建筑，坐北朝南，夏季室内控制温度为26℃，湿度为65%