劉 翼 蔣 荃

（中國建筑材料檢驗認證中心有限公司，北京 100024）

1 引言

我國建筑夏季空調(diào)能耗逐年增加，如不加強建筑隔熱措施，完成建筑節(jié)能目標將異常艱巨。在炎熱的夏季，白天陽光炙烤下的屋面溫度遠遠高于環(huán)境空氣溫度，熱量經(jīng)傳導(dǎo)和輻射到室內(nèi)，在夜晚，由于保持在屋面結(jié)構(gòu)層的熱量具有滯后傳導(dǎo)效應(yīng)，凈熱量繼續(xù)向室內(nèi)傳播。屋面?zhèn)鳠崾窃斐山ㄖ募究照{(diào)能耗居高不下的主要因素。降低屋面面層溫度（冷屋面）將相應(yīng)減少向室內(nèi)的熱傳遞，從而降低空調(diào)能耗，起到節(jié)能的作用。

冷屋面還可以緩解城市熱島效應(yīng)。研究表明，夏季城市中心區(qū)溫度通常比郊區(qū)溫度平均高5℃以上。而溫度每升高1℃，意味著能源需求增加2%，增加光化學(xué)煙霧污染3%。冷屋面表面溫度低，將輻射較少的熱量到室外環(huán)境，這樣就會降低城市建筑密集區(qū)空氣溫度，減少城市化學(xué)煙霧的形成。 因此，冷屋面可以降低高峰時段的能源需求和改善空氣質(zhì)量。

屋面表面溫度與其太陽反射比、半球發(fā)射率有關(guān)，并進而與面層的材料、顏色等有關(guān)。在屋面涂裝反射隔熱涂料是目前最為有效的冷屋面技術(shù)。但由于缺乏較為完善的基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)研究，工程技術(shù)層面對熱反射在節(jié)能建筑中應(yīng)用的有效性尚不完全掌握，其市場推廣應(yīng)用受到很大影響。

2 冷屋面在我國不同氣候區(qū)的適用性

我國幅員遼闊，處于北半球的中低緯度，地域廣闊，南北跨越多個氣候帶，冬夏持續(xù)時間長是中國氣候的一個重要特點。根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計標準》（GB 50176-1993），全國可分為嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)和溫和地區(qū)五個氣候區(qū)[1]，如圖1。

圖1 建筑熱工氣候分布圖

對于冷屋面的節(jié)能分析，必須從冬夏兩個季節(jié)綜合分析。在采暖、空調(diào)狀態(tài)下，建筑物外圍護墻體與外界熱環(huán)境的熱交換主要有對流換熱與輻射換熱兩部分。熱反射隔熱涂料，其外表面狀態(tài)及厚度決定了它對對流換熱和傳導(dǎo)阻熱的效果微乎其微，即并沒有保溫的作用。究其主要性能，主要表現(xiàn)為對輻射換熱的影響，即對環(huán)境熱負荷的輻射分量具有較好的反射作用。概念上，由于反射作用的存在，可以反射掉相當部分的太陽輻射熱，在夏季起到節(jié)約空調(diào)能耗的作用，但在冬季，則反而可能增加采暖能耗。在夏熱冬暖地區(qū)，由于沒有冬季采暖，熱反射涂料效果最為顯著。按照GB 50176-1993，嚴寒或寒冷地區(qū)沒有空調(diào)季，即不計空調(diào)能耗，采用熱反射涂料則會增加建筑能耗。過渡地區(qū)是否有利，則視冬、夏季日照比例確定。

隨著近10年來我國對建筑外墻外保溫的強制性推廣，建筑冬季采暖能耗日趨平穩(wěn)，甚至已經(jīng)開始有下降趨勢。隨著全球變暖的影響，我國北方地區(qū)夏季越來越炎熱。以屬于寒冷地區(qū)的北京為例，2010年7月連續(xù)一個星期氣溫在35℃以上，氣溫最高的3天都超過了40℃。且隨著人民生活水平的提高，無論公共建筑或居住建筑，空調(diào)用量大幅度增加，夏季空調(diào)能耗屢創(chuàng)新高。GB 50176-1993作為氣候分區(qū)依據(jù)的的累年氣象數(shù)據(jù)是約20年前的數(shù)據(jù)，其嚴寒或寒冷地區(qū)沒有空調(diào)季，不計空調(diào)制冷能耗的規(guī)定已經(jīng)不能反映現(xiàn)在建筑的能耗水平，修訂工作迫在眉睫。因此，冷屋面在北方地區(qū)的應(yīng)用效果如何還有待更多的數(shù)據(jù)來支撐。

正在修訂的《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》中依據(jù)不同的采暖度日數(shù)HDD18和空調(diào)度日數(shù)CDD26范圍，將嚴寒和寒冷地區(qū)進一步劃分成為表1所示的五個子氣候區(qū)。在寒冷地區(qū)B區(qū)需要計算空調(diào)能耗，并明確提出了遮陽的要求。

表1 居住建筑節(jié)能設(shè)計氣候分區(qū)

3 冷屋面在美國的評價與認證技術(shù)

美國有著系統(tǒng)的冷屋面評價認證技術(shù)與制度。目前能源之星（energy star）和美國屋面制品熱性能評級理事會（Cool Roof Rating Council，簡稱CRRC）對屋面面層的熱性能進行評級。下文將分別進行介紹。

3.1 能源之星屋面熱性能認證[2]

能源之星項目從1999年2月開始從事屋面熱反射認證工作。截至2007年11月1日已經(jīng)有約200個生產(chǎn)廠商的1917種產(chǎn)品得到能源之星屋面標識，其中有1136個金屬屋面產(chǎn)品和632個涂層屋面產(chǎn)品，占全部的92%。其他的產(chǎn)品有屋面膜、改型瀝青和屋面瓦等。其具體性能指標要求見表2能源之星屋面認證只要求陽光反射比但同時要求初期和抗老化性能，其抗老化性能被稱為性能保持（Maintenance of Solar Reflectance），是安裝后3年現(xiàn)場實際測試的結(jié)果。生產(chǎn)廠家首先簽署能源之星伙伴計劃協(xié)議后測定陽光反射比，如果初期和老化后的指標均達到表2的要求，填寫申請表后就可以取得認證和使用能源之星標識（圖2）。

圖2 能源之星標識

表2 能源之星屋面認證有產(chǎn)品性能指標的具體要求

3.2 CRRC屋面熱性能認證[3]

CRRC于1998年成立，其宗旨在于為屋面制品的陽光反射和熱輻射性能開發(fā)出準確、可信的評價和標識方法，以及相關(guān)知識的普及。CRRC由會員與推廣委員會、技術(shù)委員會和評級、法規(guī)與標準委員會等三個委員會組成。CRRC的核心業(yè)務(wù)是對屋面制品的熱性能進行評級。2002年完成第一個產(chǎn)品評級，截至2007年上半年，CRRC已有會員156家，獲證企業(yè)139家，經(jīng)評級的產(chǎn)品874個。UL等5個 實 驗 室 取 得CRRC測 試 認可，阿克蘇諾貝爾公司和巴斯夫公司的實驗室成為CRRC認可的制造企業(yè)實驗室。

CRRC 要求測試樣品的太陽光反射比和半球發(fā)射率，以及涂料的厚度。CRRC最大的特點是按顏色系進行測試。

屋面材料豐富多彩的顏色給予了建筑師更大的選擇空間，但同時也給屋面的熱性能評級帶來了一定的困難。因此，CRRC 采取了顏色系、顏色系組和對限定產(chǎn)品定性過程的理念。CRRC 已經(jīng)建立了可供銷售商選擇的18個顏色系，銷售商可以挑選這18 個顏色系中的一些或全部。但是，對于不同的基體樹脂涂層，銷售商必須評定一個獨立的顏色系組。例如，如果一個金屬卷材涂料供應(yīng)商有兩條主要的產(chǎn)品線（PVDF或硅改性聚酯），通過這兩條產(chǎn)品線，他們希望參加CRRC的顏色系程序，他們將需要對每組顏色系、每種基體樹脂，選擇建立一個顏色系組。CRRC 已經(jīng)定義了每個顏色系（表3）的色彩限值（采用Lab顏色體系），并規(guī)定了太陽光反射(SR)比和半球發(fā)射率(ET)的限值。

表3 顏色系和性能要求

CRRC標識見圖3所示，標識右上部是性能參數(shù)值。CRRC的標識管理制度中強制進行抗老化性能的測試，抗老化測試是由認證實驗室送交樣品給認證抗老化實驗場（Approved Test Farm）進行為期3年的測試。測試完成后，要求老化前后的SR和ET值均不低于表3中的限制，才可以頒發(fā)證書，允許使用CRRC標識。

圖3 CRRC屋面面層熱性能標識

4 我國標準對建筑冷屋面的相關(guān)要求

表4 熱反射隔熱涂料標準要求

4.1 反射隔熱涂料標準的要求

國內(nèi)目前已發(fā)布執(zhí)行的相關(guān)國家、行業(yè)標準有JC/T 1040-2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》[4]和建筑反射隔熱涂料JG/T 235-2008《建筑反射隔熱涂料》[5]。表5為兩個標準中與節(jié)能相關(guān)的性能要求。從表4中可以看出，兩個標準都僅對白色樣品提出了SR的要求，沒有對多顏色系進行規(guī)定。JC/T 1040沒有考慮涂層積塵后對節(jié)能效果的影響，且老化時間較短。而JG/T 235沒有考慮涂層粉化對節(jié)能效果的影響，但引入了較為直觀的隔熱溫差測試；考慮了耐玷污試驗對涂層節(jié)能效果的衰減作用，但實踐表明GB/T 9780-2005的試驗結(jié)果與涂層尤其是金屬烤漆戶外耐積塵及自清潔性能的實際情況相差甚遠。

4.2 冷屋面制品標準

正在制訂中的建工行業(yè)標準《熱反射金屬屋面板》為我國首個冷屋面制品的產(chǎn)品標準。本標準將采用SR、ET和實測的節(jié)能指標作為評級依據(jù)，標準編制組開發(fā)了測試設(shè)備。通過對太陽輻射、空氣對流傳熱等實際工況的模擬，表征熱反射金屬屋面板的隔熱性能。最終的技術(shù)指標需要通過進一步的驗證試驗以確定。

本標準將充分考慮老化與積塵對樣品節(jié)能效果的影響，將探索與涂層板戶外積塵結(jié)果一致的實驗室方法。同時，本標準還將各種不同顏色的技術(shù)要求。

4.3 節(jié)能設(shè)計標準對冷屋面的規(guī)定

正在修訂的《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》中則對使用反射隔熱涂料作為節(jié)能手段的建筑給出了熱阻當量值（表5），即使用冷屋面可以降低對屋面K值的要求。

表5 冷屋面的當量附加熱阻

5 結(jié)語

冷屋面可以有效地降低夏季空調(diào)能耗和峰值用電，緩解城市熱島效應(yīng)。美國對冷屋面有完整、系統(tǒng)的評價與認證技術(shù)，但在我國才剛剛起步。由于相關(guān)標準制訂、修訂的滯后或技術(shù)缺陷，影響了冷屋面在我國的發(fā)展。通過對冷屋面評價與認證技術(shù)的研究，制訂、修訂相關(guān)標準，將對冷屋面在我國的應(yīng)用與發(fā)展起到積極的促進作用。

[1] GB 50176-1993《民用建筑熱工設(shè)計標準》

[2]Energy Star Reflective Roof Products ,www.energystar.gov/index.cfm?c=roof_prods.pr_roof_products

[3] Cool Roof Rating Council，www.coolroofs.org

[4] JC/T 1040-2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》

[5] JG/T 235-2008《建筑反射隔熱涂料》

[6] 《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》報批稿