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孙材料类别差颜色纱吸收率舞a农材料类别冶颜色贪吸收率消a肉石棉水泥板辛浅周0.72~0谣.87威红砖墙掀红恰0.7~0.识77叨镀锌薄钢板化灰继趁皱黑支0.87习硅酸盐砖墙族青捧预溜灰杨0.45水拉毛水泥面墙违米悬捏常黄唐0.65妙混凝土砌块肃灰丑0.65填水磨石录浅良凝酸灰裁0.68泻混凝土墙宽暗亦抗闭灰违0.73菊外粉刷优浅堂0.4欢红褐陶瓦屋面很红伞升假褐饿0.65~0云.74急灰瓦屋面巷浅顷视祖灰唯0.52次小豆石保护屋夹面层咽浅跨征舒黑杨0.65笨水泥屋面我素倍肤殖灰牺0.74偿白石子屋面标0.62泉水泥瓦屋面冠暗奋扎业灰输0.69侵油毛毡屋面卸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℃；过矿划t踢air慢郑馒室外空气温度凤，叠℃扶；建弟斑t即w口叶途围护结构外表古面温度阳，郊℃序；始旷恰a任库坊围护结构外表芬面对太阳辐射狡的吸收率；里余磨I盾边奸太阳辐射照度眠，缸W/m练2判；糊弄赏Q余Lw暂底围护结构外表钓面与环境的长遗波辐射换热量窃，录W/m斥2胃。侍矮低吸收率涂层搞的吸收率驾a懂比一般材料低蠢很多，比如美讽国泛订ading断Intern兰ationa老l,Inc踢.魔提供的某种涂跑料添加剂，可辉大幅度降低一袭般涂料表面吸孔收率圈至崭0.1郑7步。所以在外壁酒涂有低吸收率曾涂料时将较大捧程度减少太阳袭辐射得热糊量签q丝，从而降低室彼内负荷。匀3拢抖低吸收率涂层荡节能效果模拟狂计算猾宗3.1D杏eS笨T佳模型介绍候为研究不同空狂调工况以及不饥同围护结构传吗热系数情况下供，低吸收率涂援料在我国南北五方的应用效果饺，同时简化问先题，本文采用茧的模型为长添3坑0扫米撤，宽而1隙0危米损的三层长方体掏建筑，坐北朝彻南，夏季室内天控制温度为觉2脱6仪℃母，湿度椒为箱65荷%灶，冬季室内控辛制温度为取16炭℃沉，湿度程为坏50勾%场。踢空调全天开启灵，空调季为觉5塔月只1肃日烧—清1看0估月机3输1博日镜，呜共凑18潜4菊天。建筑外焰墙抱K劫值分别头取剥0.62纸2辉、党1.01逝0鸟以炭及崭1.512采W/(m东2寸·笑K)吊。浙其中低吸收率使涂料的吸收率昨为杀0.1忧7峡，普通吸收率梦涂料的吸收率嗽为邮0.5球5键。酸模拟中，对于疗每棵种彩K搞值分别在如下信六种工况下计劝算不同吸收率锤涂料对建筑节蜻能效果。置表添2扔接室内空调工况近设计匠工况晌1跨无传热温差（驻即外温与室温法一致），无内抛扰，无外窗，日无通风，无容歌忍温度顶工况龙2坏在工况林1弃基础上，增加易室内外温差（仆室外干球温度斤为当地实际气盛象数据值）辫工况稳3县在工况坟2萄基础上，增加脊外窗（窝K=3.1W嫁/m土2京·K战，丸SC=0.6庆7妨），南、北向粮窗墙比为榴0.35诞，东西向窗墙析比为怪0.1挤工况镇4祝在工况独3昆基础上，以住纲宅方式增加热尸扰嘉工况瘦5俱在工况百4萝基础上，增加遇室内外互通风当（怪1通次）生工况键6塔在工况依5手基础上，增加列容忍温度（非夏季泪24蓄℃宗~丙28骂℃熟，冬季变14化℃猪~夫1抛8妄℃年）字姨3.2揪芝模拟结果介绍白编表递3落、强表帖4思为北京及广州浩两地各工况夏挂季冷负荷计算哥结果，至图颗1标为两地各自使鞭用低吸收率涂慰料后的冷负荷泼节能量比较。荡角我们可以得到剃以下观点：抛内1贴）低吸收率涂石料在夏季降低歌建筑物负荷方附面有一定效果右，并且在广州衫应用的效果要蔽优于北京。夏颗季冷负荷节能稼量范殃围家3.77~7炕.01KW刊h/(m2·凝a章)移（广州）以顽及仍2.37~8叙.02KW乘h/(m2·孙a味)旺（北京）。这释说明在夏季太钓阳辐射更强烈益的地域在夏季榜更适合使用该类类涂料。膛含2饰）在相同工况砌下，围护结贱构漂K邀值越大的建筑店使用低吸收率贩涂料降低室内牲冷负荷越多。喝不管是北京还灵是广州，均在眼所有工况下呈蛇现出上述规律剂。分析发现，圈围护结梢构搬K忽值任为输1.512这W/(m殿2劝·K损)保时的节能量秧比浊K纺值刊为织0.622挣W/(m根2喂·K讯)烧时的节能量摘多特1.2~2.腐9KWh/邀(m2·a撕)蚕，若以比例计立算则企为唤46%~64搭%卵。这说明，在犬使用该类涂料拔时应在结合当搞地气象参数选软择最为经济的浙传热系数。垃帜3均）在广州地区乔，相比于减小笨传热系数而言胀，使用低吸收决率涂料更为有杀效。比如，在必工况５下，一凉栋止K盆值赵为潮1.512W布/(m急2剑·K颂)愚，吸收率电为斑0.5粘5克的建筑改造其爹围护结构材料根使得Ｋ等状于朴0.622华W/(m翅2耗·a子)军后，冷负荷垦从油118.61虎KWh/m讽2戚·客a花降何到让114.71膊KWh/m灾2敌·杀a注，减少量座为倾3.9KWh崭/m2·关a表；但是如果改脊造为Ｋ等谈于司1.512么W/(m预2贺·K遭)袭，吸收嫩率拳0.1沟7乐，那么便可以郑使得冷负荷降别至妈112.26榴KWh/m帅2校·棉a救，减少量番为皂4.35K宪Wh/m论2惹·宝a惑，节能量相比客于前一种改造弟多孝了揉11.5巷%培。念刑不过该规律在州当前所建北京手模型中不适用晓，因为从数据肿可以看出，在艺北京地区该建血筑冷负荷竟随姨着命K宪值的变大而减脾小。这主要是忠由于对于当前缸的各种设置，垦建筑在夏天更顿需要散热而非宿保温。所以这倍也提示我们在虾今后做设计的绞时候应当仔细圆考虑。呆少4幼）通风量对涂圣料的节能量有于所影响，并且乔该影响在北京才地区更为明显姻。相比较于其但余设置均一致适但没有增加通授风的工田况思4送，工酿况谋5巾的节能量少享了疫0.86K优Wh/m学2碗·油a练（统K=0.62清2懒时）。所以假录如在北京地区枯使用该类涂料依则应做好气密休性的设计，尽仆量减少不必要颜的通风量。呆表拖4音离北京冷负荷模蜜拟结果继K=0.62撇2馋K=1.01巴0避K=1.51暖2藏吸收率狸0.55斑0.17零0.55弱0.17睁0.55输0.17既工镇况沟1恼冷负荷熔KWh/m专2气·a袋7.41蹄2.29榨9.38兔2.90友11.60星3.59谷工匀况迹2末3.96巾1.59隐5.01环2.11物6.26患2.69披工历况纤3纳31.71辰28.08牛31.15犯26.61床29.93送24.44观工董况灾4芝40.66滚36.64墓39.78税34.71外38.41义32.27漆工仓况城5绵48.06冤44.90遇47.94净43.93耐47.18竭42.32禁工袭况帜6暮31.53昏28.26鬼31.69恭27.67谜30.84姿26.06喊表梁4盏负广州冷负荷模诉拟结果猫K=0.62技2源K=1.01厦0检K=1.51俯2狐吸收率犯0.55岗0.17犹0.55鱼0.17岁0.55泳0.17混工璃况针1暗冷负荷赵KWh/m搂2抽·a鸣6.16浇1.90截7.85搂2.42头9.74鹿3.01爬工读况莲2肥8.86辆5.09屋11.62团6.84述15.03鸭8.83宪工芬况乖3始45.12盯41.18侍47.06捎41.97冠49.08耳42.65题工棉况灭4挤56.20震52.16爷58.10奖52.86妄60.12锄53.52描工延况纽5街114.71之110.82量116.65简111.61对118.61脸112.26捏工酬况偶6窗93.95寸89.56丙95.75浴90.06宣96.27亮89.26剑图上1邪弯低吸收率涂料页夏季冷负荷节饰能量比较疫映表躬5侄、纽表挥6兽以及装图视2粱、矛图袍3易为两地由于使辞用低吸收率涂辟料后导致的冬顾季热负荷增加坐量以及之后计灿算得到的全年套综合节能量比蹦较。琴龙从计算结果可灌得出：巧虑1负）由于气候的席原因，广州的阁冬季热负荷非阔常小，基本不普需要供热。所酷以采用低吸收胆率涂料后所导钞致的热负荷增袜加量也非常小酱，仅绳为旦0.4~0.到69KWh上/m兽2敢·夜a芝。与此相反，流北京地区冬季伙寒冷，故热负弹荷较大，围护冈结构外表面吸涝收率的大幅下趋降导致了其冬渴季损失了很大差一部分本可以亿利用的太阳辐涛射得热，整个嚷供暖季为此而宝增加的热负荷渔在易2.87~5牢.30KW汽h/m减2镇·渔a相之间。狡惊2填）结合两地因桌使用低吸收率扰涂料而节省掉漂的夏季冷负荷脚，我们可以得抓到一个全年的燥综合节能量，双它等于夏季冷席负荷节能量减该去冬季热负荷滋增加量，最终绿结果则可以作项为评价该涂料融是否适合于当钳地应用的指标虽。从锻图麻3色中可以很直观肃地看出北京与钟广州两地全年使综合节能量的纱差别。先错北京出于冬季龙保温的基本需率求，虽然夏季啊冷负荷节能量挨随踪这罗K冒值增大而增大劳，但从全年的凉角度来看，其互综合节能量随嘉着商K疤值增大而迅速铲减小。其最大摆值仅家有挪0.29K衫Wh/m派2塔·访a保，屑当盒K劫值等颗于舌1.010晃W/(m孤2卵·K素)枝时综合节能量碧基本为零，如敢果欧K册值继续增大那延么综合节能量想将为负值，也己就是说此时使呆用低吸收率涂万料反而增加了梢建筑的能耗，白与之前的愿望劣背道而驰。杨猪相比于北京，分广州从全年综给合节能量来看老就要理想得多扰，平均值可栗达肠4.56K盯Wh/m因2耀·越a罩，积即环12.49W弦h/m2·竭d寺。从该涂料的烧技术手册中可膛知其参考价格敞为耳8~1异0饿元洗/孟㎡杂，在模型中应两用该涂料的围桨护结构面积里为信915.6怜㎡紧,崭按连0.皇7顾元盼/KW确h美电的电价计算膏，应用该类涂赵料的回收期积为贸2.5~3.荒2消年流。规街所以最后结论式是：北京等北克方冬季寒冷地壁区不适宜使用阅低吸收率涂料挠，而类似于广复州这种冬季热半负荷很小的地伪区则较为适合固该涂料的使用浩。焰表翁5池爷北京冬季热负恰荷增加量及全谁年综合节能量路比较（工遵况涛5钞）触K=0.62直2术K=1.01浇0辫K=1.51暂2惠吸收率戚0.55拐0.17棋增加量百0.55铲0.17远增加量鄙0.55疯0.17渠增加量找热负昼荷弊KWh/(m刘2渴·a)梁77.50客80.37扬2.87瓶86.34搏90.29捧3.95娇96.00杨101.3葵5.30赏夏季冷负荷节锯能量羊KWh/(m涂2泽·a)完3.16迎4.00呈4.86萍全年综合节能委量映KWh/(m规2少·a)头0.29缴0.06之-0.45根表餐6忌黎广州冬季热负烦荷增加量及全帜年综合节能量工比较（工肾况衫5湖）镰K=0.62狭2册K=1.01勾0廉K=1.51伞2康吸收率鞭0.55陈0.17核增加量斩0.55河0.17限增加量漂