建筑反射隔熱涂料在民用建筑中的應(yīng)用

劉鶴群，李厚培

（湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)大力提倡綠色建筑，不斷完善建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范， 部分保溫材料因其耐火性能不佳而逐漸淘汰。 為了代替這些保溫材料，需要提出更合適的保溫方案。 文章將采用一種配套使用的建筑反射涂料， 以湖南省長(zhǎng)沙市某民用建筑為例， 通過(guò)計(jì)算該建筑使用隔熱涂料前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的夏季冷負(fù)荷， 研究建筑反射隔熱涂料在民用建筑上的理論節(jié)能效果。

1 建筑反射涂料

采用由MDC-IR 型和MDC-I 型涂料配套使用的建筑反射涂料。其中MDC-IR 型反射隔熱水性涂料是一種反射輻射效果顯著、隔熱性能優(yōu)良的建筑涂料。 涂料內(nèi)含高效率反射功能的納米無(wú)機(jī)顆粒，使其對(duì)太陽(yáng)光的輻射熱量反射高達(dá)約90%，從而實(shí)現(xiàn)降低陽(yáng)光照射帶來(lái)的溫升，是目前戶外陽(yáng)光熱輻射隔熱最有效的手段之一。該涂料除了具有高效的保溫節(jié)能性能外， 還具有超強(qiáng)的耐候性以及水溶性。 涂料的基本熱工性能均符合GB 25261—2018《建筑用反射隔熱涂料》中的規(guī)定，其基本性能的測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 MDC-IR 型反射隔熱水性涂料基本性能測(cè)試結(jié)果

與MDC-IR 型涂料配套使用的MDC-I 型水性保溫涂料是一種由氣凝膠和玻璃微珠混合構(gòu)成的建筑保溫涂料。 其導(dǎo)熱系數(shù)低至0.045 W/h·K，內(nèi)含導(dǎo)熱系數(shù)極低的玻璃微珠，該類玻璃微珠比表面積很大，使其涂膜內(nèi)氣孔壁的分子振動(dòng)熱傳導(dǎo)和對(duì)流熱傳導(dǎo)率接近0， 因而具有優(yōu)秀的保溫隔熱性能。

2 項(xiàng)目概況

2.1 建筑概況

建筑位于湖南省長(zhǎng)沙市，屬于夏熱冬冷地區(qū)。數(shù)據(jù)參考GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。 建筑功能為旅店客房，房間類型為輕型。 建筑外形近似長(zhǎng)方體，體形系數(shù)為0.36。建筑南北向墻長(zhǎng)120 m，東西向墻寬240 m，每層層高3 m，共三層，整棟建筑內(nèi)全部為空調(diào)區(qū)域，夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度26 ℃，窗墻比35%。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)

參考GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，為建筑選取符合節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。墻體選取國(guó)標(biāo)中規(guī)定的2 號(hào)墻體，熱惰性系數(shù)為0.16，傳熱系數(shù)為0.79 W/(m2·℃)。 屋面選取2 號(hào)屋面， 熱惰性系數(shù)為0.27， 傳熱系數(shù)為0.77 W/(m2·℃)。 外遮陽(yáng)修正系數(shù)Cw為0.9；內(nèi)遮陽(yáng)修正系數(shù)Cn為0.8；玻璃修正系數(shù)Csr為0.95；窗戶的傳熱系數(shù)為3 W/(m2·℃)。

3 綜合傳熱系數(shù)

3.1 未使用涂料下的墻體傳熱系數(shù)

按照GB 50736—2012 《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中空調(diào)區(qū)夏季冷負(fù)荷的非穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的非穩(wěn)態(tài)傳熱形成的逐時(shí)冷負(fù)荷，按照式（1）~（3）計(jì)算：

參考DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，式（1）~（3）中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)包括結(jié)構(gòu)性熱橋在內(nèi)的平均傳熱系數(shù)。 以外墻為例，平均傳熱系數(shù)按式（4）計(jì)算：

外墻受周邊熱橋的影響， 其加權(quán)平均傳熱系數(shù)Km按式（5）計(jì)算：

而外墻主體部分的傳熱系數(shù)Kp的詳細(xì)計(jì)算公式如下，具體參數(shù)解釋可參考式（6）：

由式（1）~（6）可知，外墻的傳熱系數(shù)綜合考慮了墻體內(nèi)外表面的對(duì)流換熱、墻體各材料層導(dǎo)熱、空氣間層的熱阻及墻體周邊的熱橋效應(yīng)， 決定了圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱而形成的逐時(shí)冷負(fù)荷大小。 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的夏季冷負(fù)荷來(lái)自室外熱空氣與太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)輻射中被外圍護(hù)結(jié)構(gòu)吸收的輻射傳熱量不能由圍護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合傳熱系數(shù)來(lái)表征，而被外墻、屋面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算溫度考慮在內(nèi)。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算溫度twlq、twlm和twlc可以通過(guò)查詢GB 50736—2012 《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的附錄得到，但國(guó)標(biāo)中并未公布逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算溫度的計(jì)算方法。

3.2 使用涂料下的墻體傳熱系數(shù)

國(guó)標(biāo)中在考慮太陽(yáng)輻射換熱量時(shí)， 規(guī)定一般墻體的太陽(yáng)輻射吸熱率為0.9，因此計(jì)算出的空調(diào)夏季冷負(fù)荷包含了圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)輻射的吸熱量，忽略了墻體自身對(duì)大氣窗口的放熱量。 而在使用了MDC-IR 型反射隔熱水性涂料后， 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的太陽(yáng)輻射吸收率從0.9 變?yōu)?.14，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的半球反射率遠(yuǎn)大于無(wú)涂料時(shí)普通墻體的半球反射率。 一方面， 太陽(yáng)輻射吸熱量減小，增大了反射隔熱熱阻；另一方面，半球反射率的增大， 使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)大氣窗口的輻射放熱量增加，增大了輻射隔熱熱阻。 而配套使用的MDC-I型水性保溫涂料， 能夠補(bǔ)償因拆除原保溫墻體材料而引起的導(dǎo)熱熱阻的缺損， 同時(shí)也具有一定的反射效果。 因此，使用配套反射涂料，相當(dāng)于在原墻體的熱阻上增加了一個(gè)由涂料帶來(lái)的反射隔熱熱阻和一個(gè)輻射隔熱熱阻。

T-CECS 835—2021《氣凝膠絕熱厚型涂料系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中給出了墻體自身對(duì)大氣窗口輻射放熱量的計(jì)算方法。 該規(guī)程對(duì)墻體與外太空大氣窗口的輻射換熱系數(shù)做出了定義。 其輻射換熱系數(shù)Cs的計(jì)算公式如式（7）所示：

各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算或取值詳見(jiàn)規(guī)程。 考慮到取值和計(jì)算的便捷性，夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)采用隔熱涂料后外墻表面輻射換熱熱阻均采用固定值0.16，即

TCECS 750—2020 《建筑反射隔熱涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中給出了夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)外墻或屋面使用反射隔熱涂料后的傳熱系數(shù)，計(jì)算公式如式（8）所示：

等效熱阻Req可按照規(guī)程中給出的表B.0.1 和表B.0.2 取值。 本項(xiàng)目使用的MDC-IR 型反射隔熱水性涂料依據(jù)規(guī)程，其等效熱阻的取值如表2 所示。

表2 外墻或屋面使用反射隔熱涂料的等效熱阻

表3 使用涂料前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

4 夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算

考慮到建筑反射隔熱涂料僅適用于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱引起的冷負(fù)荷，將通過(guò)計(jì)算節(jié)能率來(lái)衡量反射隔熱涂料的節(jié)能效果。

夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)逐時(shí)冷負(fù)荷包含以下兩部分：

（1）通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的非穩(wěn)態(tài)傳熱形成的逐時(shí)冷負(fù)荷，按式（1）~（3）計(jì)算。

（2）透過(guò)玻璃窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射得熱形成的逐時(shí)冷負(fù)荷，按照式（10）計(jì)算：

而建筑負(fù)荷節(jié)能率η 按式（11）計(jì)算：

式中： Q—不采用建筑涂料時(shí)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷（kW）；Qtl—采用建筑涂料時(shí)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷（kW）。

最終計(jì)算結(jié)果如表4 所示。 由表4 可知，使用建筑反射涂料后， 外墻夏季冷負(fù)荷減少36.7%，屋面夏季冷負(fù)荷減少42.9%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總冷負(fù)荷較使用前削減26%。 因此，配套使用MDC-IR 型反射涂料和MDC-I 型保溫涂料來(lái)代替XPS 發(fā)泡板的方案存在可行性。

表4 最終節(jié)能率

將配套反射涂料應(yīng)用于其他地區(qū)，也達(dá)到了一定節(jié)能效果，如表5 所示。

表5 其他地區(qū)節(jié)能率

5 結(jié)語(yǔ)

配套使用了MDC-IR 型反射隔熱水性涂料和MDC-I 型水性保溫涂料 （氣凝膠與玻璃微珠混合構(gòu)成），以湖南省長(zhǎng)沙市某民用建筑為例，通過(guò)計(jì)算該建筑使用反射隔熱涂料前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)的夏季冷負(fù)荷，研究建筑反射隔熱涂料在民用建筑上的理論節(jié)能效果。經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在使用該類涂料后， 外墻和屋面的夏季冷負(fù)荷有了明顯的減小，其綜合節(jié)能率可達(dá)26%，保溫隔熱性能顯著。