低吸收率涂料在中國南北地區(qū)建筑節(jié)能效果比較

低吸收率涂料在中國南北地區(qū)建筑節(jié)能效果比較摘要本文利用能耗模擬軟件DeST，以廣州、北京為中國南北地區(qū)代表，對低吸收率涂料在六種不同的空調(diào)工況以及三種不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)下的節(jié)能效果進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，低吸收率涂料較適用于我國南方夏熱冬暖地區(qū)，而在北方地區(qū)的應(yīng)用則有可能反而導(dǎo)致建筑能耗上升關(guān)鍵詞建筑節(jié)能低吸收率涂層模擬1前言隨著建筑節(jié)能技術(shù)研究的深入及拓展，以往多用于工業(yè)露天管道及容器降溫的低吸收率涂層最近也逐漸在建筑上得到應(yīng)用。該類涂層主要通過降低夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽輻射得熱來減少建筑冷負(fù)荷，進(jìn)而減少建筑能耗。不過由于在冬季其低吸收率也將阻擋大量太陽輻射，從而導(dǎo)致冬季熱負(fù)荷增加，所以需要通過計(jì)算才能判斷其真實(shí)的全年節(jié)能量。 對于該類涂料的研究主要分為實(shí)測和模擬兩類。Geoscience公司[9]分別對涂有低吸收率涂料和涂普通涂料的外墻進(jìn)行了測試得出：涂有低吸收率涂料的外墻表面溫度比涂有普通涂料的外墻表面溫度低11.1℃，熱流減少31.9%。國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心[10]對北京懷柔區(qū)某度假村二層別墅進(jìn)行測試后得出結(jié)論：在相同的室外溫度及室內(nèi)溫度控制在21.0℃條件下，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)（外墻與屋頂）內(nèi)表面涂刷了低吸收率涂料，涂刷與未添加盈速粒的同一種涂料相比，冬季節(jié)能效果明顯，節(jié)能率在12%以上。 對低吸收率涂料的模擬研究多集中在應(yīng)用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面減少夏季空調(diào)負(fù)荷上。Wang等[6]通過研究發(fā)現(xiàn)低吸收率涂層能夠減少建筑能耗約25%～38%，同時(shí)屋頂使用保溫時(shí)將降低涂層的節(jié)能效果。Akbari[7]通過比較屋面使用涂層前后(使用前屋面反射率為0.26,使用后為0.72)的用電量得出:使用涂層后節(jié)約用電量33Wh/m2/d。李崢嶸[8]等利用3種墻體材料組成15種建筑墻體模型并使用DOE-2進(jìn)行了節(jié)能效果模擬，結(jié)果顯示：低吸收率涂料尤其適用于熱容量大的非空調(diào)建筑，熱容量越大，涂料對建筑降溫的效果越明顯；高反射涂層適用于內(nèi)外溫差較小的場合,而對于保溫材料則適用于內(nèi)外溫差較大的場合。 本文旨在模擬研究不同空調(diào)工況下，低吸收率涂料在我國南北地區(qū)的應(yīng)用效果。模擬工具采用能耗模擬軟件DeST，南北地區(qū)模擬地點(diǎn)分別選擇廣州及北京。2原理概述 太陽輻射是影響建筑室內(nèi)熱環(huán)境的重要因素。我國炎熱地區(qū)的夏季，水平面的太陽輻射強(qiáng)度可高達(dá)1000W/m2，而在冬季，某些地區(qū)如北京的水平面太陽輻射強(qiáng)度也可以達(dá)到400W/m2，這對于室內(nèi)環(huán)境來說是非常大的熱擾。在寒冷的冬季，太陽輻射有利于提高室內(nèi)的溫度，減小采暖負(fù)荷；而在炎熱的夏季，太陽輻射使室內(nèi)溫度顯著的升高，增大空調(diào)設(shè)備的負(fù)荷。 對于不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，太陽輻射對其的影響不盡相同。對于非透光材料，輻射量一部分會(huì)被反射掉，其余的則被圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收。對于透光材料，則還有一部分能量穿透它進(jìn)入室內(nèi)。不同材料對太陽輻射的吸收率不同，表面越粗糙、顏色越深，吸收率則越高，反射率越低。表1[5]為不同材料外表面對太陽輻射的吸收率a。表1各種材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面對太陽輻射的吸收率a孫材料類別差顏色紗吸收率舞a農(nóng)材料類別冶顏色貪吸收率消a肉石棉水泥板辛淺周0.72~0謠.87威紅磚墻掀紅恰0.7~0.識(shí)77叨鍍鋅薄鋼板化灰繼趁皺黑支0.87習(xí)硅酸鹽磚墻族青捧預(yù)溜灰楊0.45水拉毛水泥面墻違米懸捏常黃唐0.65妙混凝土砌塊肅灰丑0.65填水磨石錄淺良凝酸灰裁0.68瀉混凝土墻寬暗亦抗閉灰違0.73菊外粉刷優(yōu)淺堂0.4歡紅褐陶瓦屋面很紅傘升假褐餓0.65~0云.74急灰瓦屋面巷淺頃視祖灰唯0.52次小豆石保護(hù)屋夾面層咽淺跨征舒黑楊0.65笨水泥屋面我素倍膚殖灰犧0.74償白石子屋面標(biāo)0.62泉水泥瓦屋面冠暗奮扎業(yè)灰輸0.69侵油毛氈屋面卸0.86 考慮太陽輻射熱量、長波輻射換熱量和對流換熱，日照情況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面單位面積得熱量為：（1）其中： out圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的對流換熱系數(shù)，W/m2℃；過礦劃t踢air慢鄭饅室外空氣溫度鳳，疊℃扶；建弟斑t即w口葉途圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表古面溫度陽，郊℃序；始曠恰a任庫坊圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表芬面對太陽輻射狡的吸收率；里余磨I盾邊奸太陽輻射照度眠，缸W/m練2判；糊弄賞Q余Lw暫底圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表釣面與環(huán)境的長遺波輻射換熱量竊，錄W/m斥2胃。侍矮低吸收率涂層搞的吸收率駕a懂比一般材料低蠢很多，比如美諷國泛訂ading斷Intern蘭ationa老l,Inc踢.魔提供的某種涂跑料添加劑，可輝大幅度降低一襲般涂料表面吸孔收率圈至嶄0.1鄭7步。所以在外壁酒涂有低吸收率曾涂料時(shí)將較大捧程度減少太陽襲輻射得熱糊量簽q絲，從而降低室彼內(nèi)負(fù)荷。勻3攏抖低吸收率涂層蕩節(jié)能效果模擬狂計(jì)算猾宗3.1D杏eS笨T佳模型介紹候?yàn)檠芯坎煌湛裾{(diào)工況以及不饑同圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳嗎熱系數(shù)情況下供，低吸收率涂援料在我國南北五方的應(yīng)用效果餃，同時(shí)簡化問先題，本文采用繭的模型為長添3坑0掃米撤，寬而1隙0危米損的三層長方體掏建筑，坐北朝徹南，夏季室內(nèi)天控制溫度為覺2脫6儀℃母，濕度椒為箱65荷%灶，冬季室內(nèi)控辛制溫度為取16炭℃沉，濕度程為壞50勾%場。踢空調(diào)全天開啟靈，空調(diào)季為覺5塔月只1肅日燒—清1看0估月機(jī)3輸1博日鏡，嗚共湊18潛4菊天。建筑外焰墻抱K劫值分別頭取剝0.62紙2輝、黨1.01逝0鳥以炭及嶄1.512采W/(m東2寸·笑K)吊。浙其中低吸收率使涂料的吸收率昨?yàn)闅?.1憂7峽，普通吸收率夢涂料的吸收率嗽為郵0.5球5鍵。酸模擬中，對于療每棵種彩K搞值分別在如下信六種工況下計(jì)勸算不同吸收率錘涂料對建筑節(jié)蜻能效果。置表添2扔接室內(nèi)空調(diào)工況近設(shè)計(jì)匠工況晌1跨無傳熱溫差（駐即外溫與室溫法一致），無內(nèi)拋擾，無外窗，日無通風(fēng)，無容歌忍溫度頂工況龍2壞在工況林1棄基礎(chǔ)上，增加易室內(nèi)外溫差（仆室外干球溫度斤為當(dāng)?shù)貙?shí)際氣盛象數(shù)據(jù)值）辮工況穩(wěn)3縣在工況墳2萄基礎(chǔ)上，增加脊外窗（窩K=3.1W嫁/m土2京·K戰(zhàn)，丸SC=0.6慶7妨），南、北向糧窗墻比為榴0.35誕，東西向窗墻析比為怪0.1擠工況鎮(zhèn)4祝在工況獨(dú)3昆基礎(chǔ)上，以住綱宅方式增加熱尸擾嘉工況瘦5俱在工況百4蘿基礎(chǔ)上，增加遇室內(nèi)外互通風(fēng)當(dāng)（怪1通次）生工況鍵6塔在工況依5手基礎(chǔ)上，增加列容忍溫度（非夏季淚24蓄℃宗~丙28罵℃熟，冬季變14化℃豬~夫1拋8妄℃年）字姨3.2揪芝模擬結(jié)果介紹白編表遞3落、強(qiáng)表帖4思為北京及廣州浩兩地各工況夏掛季冷負(fù)荷計(jì)算哥結(jié)果，至圖顆1標(biāo)為兩地各自使鞭用低吸收率涂慰料后的冷負(fù)荷潑節(jié)能量比較。蕩角我們可以得到剃以下觀點(diǎn)：拋內(nèi)1貼）低吸收率涂石料在夏季降低歌建筑物負(fù)荷方附面有一定效果右，并且在廣州衫應(yīng)用的效果要蔽優(yōu)于北京。夏顆季冷負(fù)荷節(jié)能稼量范殃圍家3.77~7炕.01KW刊h/(m2·凝a章)移（廣州）以頑及仍2.37~8敘.02KW乘h/(m2·孫a味)旺（北京）。這釋說明在夏季太釣陽輻射更強(qiáng)烈益的地域在夏季榜更適合使用該類類涂料。膛含2飾）在相同工況砌下，圍護(hù)結(jié)賤構(gòu)漂K邀值越大的建筑店使用低吸收率販涂料降低室內(nèi)牲冷負(fù)荷越多。喝不管是北京還靈是廣州，均在眼所有工況下呈蛇現(xiàn)出上述規(guī)律劑。分析發(fā)現(xiàn)，圈圍護(hù)結(jié)梢構(gòu)搬K忽值任為輸1.512這W/(m殿2勸·K損)保時(shí)的節(jié)能量秧比濁K紡值刊為織0.622掙W/(m根2喂·K訊)燒時(shí)的節(jié)能量摘多特1.2~2.腐9KWh/邀(m2·a撕)蠶，若以比例計(jì)立算則企為喚46%~64搭%卵。這說明，在犬使用該類涂料拔時(shí)應(yīng)在結(jié)合當(dāng)搞地氣象參數(shù)選軟擇最為經(jīng)濟(jì)的浙傳熱系數(shù)。垃幟3均）在廣州地區(qū)喬，相比于減小笨傳熱系數(shù)而言脹，使用低吸收決率涂料更為有殺效。比如，在必工況５下，一涼棟止K盆值趙為潮1.512W布/(m急2劍·K頌)愚，吸收率電為斑0.5粘5克的建筑改造其爹圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料根使得Ｋ等狀于樸0.622華W/(m翅2耗·a子)軍后，冷負(fù)荷墾從油118.61虎KWh/m諷2戚·客a花降何到讓114.71膊KWh/m災(zāi)2敵·殺a注，減少量座為傾3.9KWh嶄/m2·關(guān)a表；但是如果改脊造為Ｋ等談?dòng)谒?.512么W/(m預(yù)2賀·K遭)襲，吸收嫩率拳0.1溝7樂，那么便可以鄭使得冷負(fù)荷降別至媽112.26榴KWh/m帥2校·棉a救，減少量番為皂4.35K憲Wh/m論2惹·寶a惑，節(jié)能量相比客于前一種改造弟多孝了揉11.5巷%培。念刑不過該規(guī)律在州當(dāng)前所建北京手模型中不適用曉，因?yàn)閺臄?shù)據(jù)腫可以看出，在藝北京地區(qū)該建血筑冷負(fù)荷竟隨姨著命K憲值的變大而減脾小。這主要是忠由于對于當(dāng)前缸的各種設(shè)置，墾建筑在夏天更頓需要散熱而非宿保溫。所以這倍也提示我們在蝦今后做設(shè)計(jì)的絞時(shí)候應(yīng)當(dāng)仔細(xì)圓考慮。呆少4幼）通風(fēng)量對涂圣料的節(jié)能量有于所影響，并且喬該影響在北京才地區(qū)更為明顯姻。相比較于其但余設(shè)置均一致適但沒有增加通授風(fēng)的工田況思4送，工釀況謀5巾的節(jié)能量少享了疫0.86K優(yōu)Wh/m學(xué)2碗·油a練（統(tǒng)K=0.62清2懶時(shí)）。所以假錄如在北京地區(qū)枯使用該類涂料依則應(yīng)做好氣密休性的設(shè)計(jì)，盡仆量減少不必要顏的通風(fēng)量。呆表拖4音離北京冷負(fù)荷模蜜擬結(jié)果繼K=0.62撇2饞K=1.01巴0避K=1.51暖2藏吸收率貍0.55斑0.17零0.55弱0.17睜0.55輸0.17既工鎮(zhèn)況溝1惱冷負(fù)荷熔KWh/m專2氣·a袋7.41蹄2.29榨9.38兔2.90友11.60星3.59谷工勻況跡2末3.96巾1.59隱5.01環(huán)2.11物6.26患2.69披工歷況纖3納31.71辰28.08牛31.15犯26.61床29.93送24.44觀工董況災(zāi)4芝40.66滾36.64墓39.78稅34.71外38.41義32.27漆工倉況城5綿48.06冤44.90遇47.94凈43.93耐47.18竭42.32禁工襲況幟6暮31.53昏28.26鬼31.69恭27.67謎30.84姿26.06喊表梁4盞負(fù)廣州冷負(fù)荷模訴擬結(jié)果貓K=0.62技2源K=1.01廈0檢K=1.51俯2狐吸收率犯0.55崗0.17猶0.55魚0.17歲0.55泳0.17混工璃況針1暗冷負(fù)荷趙KWh/m摟2抽·a鳴6.16澆1.90截7.85摟2.42頭9.74鹿3.01爬工讀況蓮2肥8.86輛5.09屋11.62團(tuán)6.84述15.03鴨8.83憲工芬況乖3始45.12盯41.18侍47.06捎41.97冠49.08耳42.65題工棉況滅4擠56.20震52.16爺58.10獎(jiǎng)52.86妄60.12鋤53.52描工延況紐5街114.71之110.82量116.65簡111.61對118.61臉112.26捏工酬況偶6窗93.95寸89.56丙95.75浴90.06宣96.27亮89.26劍圖上1邪彎低吸收率涂料頁夏季冷負(fù)荷節(jié)飾能量比較疫映表躬5侄、紐表揮6獸以及裝圖視2粱、矛圖袍3易為兩地由于使辭用低吸收率涂辟料后導(dǎo)致的冬顧季熱負(fù)荷增加坐量以及之后計(jì)燦算得到的全年套綜合節(jié)能量比蹦較。琴龍從計(jì)算結(jié)果可灌得出：巧慮1負(fù)）由于氣候的席原因，廣州的閣冬季熱負(fù)荷非闊常小，基本不普需要供熱。所酷以采用低吸收膽率涂料后所導(dǎo)鈔致的熱負(fù)荷增襪加量也非常小醬，僅繩為旦0.4~0.到69KWh上/m獸2敢·夜a芝。與此相反，流北京地區(qū)冬季伙寒冷，故熱負(fù)彈荷較大，圍護(hù)岡結(jié)構(gòu)外表面吸澇收率的大幅下趨降導(dǎo)致了其冬渴季損失了很大差一部分本可以億利用的太陽輻濤射得熱，整個(gè)嚷供暖季為此而寶增加的熱負(fù)荷漁在易2.87~5牢.30KW汽h/m減2鎮(zhèn)·漁a相之間。狡驚2填）結(jié)合兩地因桌使用低吸收率擾涂料而節(jié)省掉漂的夏季冷負(fù)荷腳，我們可以得抓到一個(gè)全年的燥綜合節(jié)能量，雙它等于夏季冷席負(fù)荷節(jié)能量減該去冬季熱負(fù)荷滋增加量，最終綠結(jié)果則可以作項(xiàng)為評(píng)價(jià)該涂料融是否適合于當(dāng)鉗地應(yīng)用的指標(biāo)雖。從鍛圖麻3色中可以很直觀肅地看出北京與鐘廣州兩地全年使綜合節(jié)能量的紗差別。先錯(cuò)北京出于冬季龍保溫的基本需率求，雖然夏季啊冷負(fù)荷節(jié)能量挨隨蹤這羅K冒值增大而增大勞，但從全年的涼角度來看，其互綜合節(jié)能量隨嘉著商K疤值增大而迅速鏟減小。其最大擺值僅家有挪0.29K衫Wh/m派2塔·訪a保，屑當(dāng)盒K劫值等顆于舌1.010晃W/(m孤2卵·K素)枝時(shí)綜合節(jié)能量碧基本為零，如敢果歐K冊值繼續(xù)增大那延么綜合節(jié)能量想將為負(fù)值，也己就是說此時(shí)使呆用低吸收率涂萬料反而增加了梢建筑的能耗，白與之前的愿望劣背道而馳。楊豬相比于北京，分廣州從全年綜給合節(jié)能量來看老就要理想得多擾，平均值可栗達(dá)腸4.56K盯Wh/m因2耀·越a罩，積即環(huán)12.49W弦h/m2·竭d寺。從該涂料的燒技術(shù)手冊中可膛知其參考價(jià)格敞為耳8~1異0餓元洗/孟㎡雜，在模型中應(yīng)兩用該涂料的圍槳護(hù)結(jié)構(gòu)面積里為信915.6憐㎡緊,嶄按連0.皇7顧元盼/KW確h美電的電價(jià)計(jì)算膏，應(yīng)用該類涂趙料的回收期積為貿(mào)2.5~3.荒2消年流。規(guī)街所以最后結(jié)論式是：北京等北克方冬季寒冷地壁區(qū)不適宜使用閱低吸收率涂料撓，而類似于廣復(fù)州這種冬季熱半負(fù)荷很小的地偽區(qū)則較為適合固該涂料的使用浩。焰表翁5池爺北京冬季熱負(fù)恰荷增加量及全誰年綜合節(jié)能量路比較（工遵況濤5鈔）觸K=0.62直2術(shù)K=1.01澆0辮K=1.51暫2惠吸收率戚0.55拐0.17棋增加量百0.55鏟0.17遠(yuǎn)增加量鄙0.55瘋0.17渠增加量找熱負(fù)晝荷弊KWh/(m劉2渴·a)梁77.50客80.37揚(yáng)2.87瓶86.34搏90.29捧3.95嬌96.00楊101.3葵5.30賞夏季冷負(fù)荷節(jié)鋸能量羊KWh/(m涂2澤·a)完3.16迎4.00呈4.86萍全年綜合節(jié)能委量映KWh/(m規(guī)2少·a)頭0.29繳0.06之-0.45根表餐6忌黎廣州冬季熱負(fù)煩荷增加量及全幟年綜合節(jié)能量工比較（工腎況衫5湖）鐮K=0.62狹2冊K=1.01勾0廉K=1.51傘2康吸收率鞭0.55陳0.17核增加量斬0.55河0.17限增加量漂