劉鶴群，李厚培

（湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410000）

0 引言

近年來，我國大力提倡綠色建筑，不斷完善建筑節(jié)能設(shè)計標準和規(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， 以湖南省長沙市某民用建筑為例， 通過計算該建筑使用隔熱涂料前后圍護結(jié)構(gòu)的夏季冷負荷， 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機顆粒，使其對太陽光的輻射熱量反射高達約90%，從而實現(xiàn)降低陽光照射帶來的溫升，是目前戶外陽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)氣孔壁的分子振動熱傳導(dǎo)和對流熱傳導(dǎo)率接近0， 因而具有優(yōu)秀的保溫隔熱性能。

2 項目概況

2.1 建筑概況

建筑位于湖南省長沙市，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)計規(guī)范》以及DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》。 建筑功能為旅店客房，房間類型為輕型。 建筑外形近似長方體，體形系數(shù)為0.36。建筑南北向墻長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)計溫度26 ℃，窗墻比35%。

2.2 圍護結(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)計規(guī)范》以及DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》，為建筑選取符合節(jié)能設(shè)計標準的圍護結(jié)構(gòu)。墻體選取國標中規(guī)定的2 號墻體，熱惰性系數(shù)為0.16，傳熱系數(shù)為0.79 W/(m2·℃)。 屋面選取2 號屋面， 熱惰性系數(shù)為0.27， 傳熱系數(shù)為0.77 W/(m2·℃)。 外遮陽修正系數(shù)Cw為0.9；內(nèi)遮陽修正系數(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)計規(guī)范》中空調(diào)區(qū)夏季冷負荷的非穩(wěn)態(tài)計算方法，通過圍護結(jié)構(gòu)傳入的非穩(wěn)態(tài)傳熱形成的逐時冷負荷，按照式（1）~（3）計算：

參考DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》，式（1）~（3）中圍護結(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）計算：

而外墻主體部分的傳熱系數(shù)Kp的詳細計算公式如下，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)， 決定了圍護結(jié)構(gòu)傳熱而形成的逐時冷負荷大小。 外圍護結(jié)構(gòu)的夏季冷負荷來自室外熱空氣與太陽輻射。太陽輻射中被外圍護結(jié)構(gòu)吸收的輻射傳熱量不能由圍護結(jié)構(gòu)的綜合傳熱系數(shù)來表征，而被外墻、屋面等圍護結(jié)構(gòu)的逐時冷負荷計算溫度考慮在內(nèi)。

圍護結(jié)構(gòu)的逐時冷負荷計算溫度twlq、twlm和twlc可以通過查詢GB 50736—2012 《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》中的附錄得到，但國標中并未公布逐時冷負荷計算溫度的計算方法。

3.2 使用涂料下的墻體傳熱系數(shù)

國標中在考慮太陽輻射換熱量時， 規(guī)定一般墻體的太陽輻射吸熱率為0.9，因此計算出的空調(diào)夏季冷負荷包含了圍護結(jié)構(gòu)對太陽輻射的吸熱量，忽略了墻體自身對大氣窗口的放熱量。 而在使用了MDC-IR 型反射隔熱水性涂料后， 圍護結(jié)構(gòu)外表面的太陽輻射吸收率從0.9 變?yōu)?.14，同時圍護結(jié)構(gòu)外表面的半球反射率遠大于無涂料時普通墻體的半球反射率。 一方面， 太陽輻射吸熱量減小，增大了反射隔熱熱阻；另一方面，半球反射率的增大， 使得圍護結(jié)構(gòu)對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， 同時也具有一定的反射效果。 因此，使用配套反射涂料，相當于在原墻體的熱阻上增加了一個由涂料帶來的反射隔熱熱阻和一個輻射隔熱熱阻。

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大氣窗口輻射放熱量的計算方法。 該規(guī)程對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的計算公式如式（7）所示：

各項參數(shù)計算或取值詳見規(guī)程。 考慮到取值和計算的便捷性，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 使用涂料前后圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

4 夏季圍護結(jié)構(gòu)逐時冷負荷計算

考慮到建筑反射隔熱涂料僅適用于建筑外圍護結(jié)構(gòu)傳熱引起的冷負荷，將通過計算節(jié)能率來衡量反射隔熱涂料的節(jié)能效果。

夏季圍護結(jié)構(gòu)逐時冷負荷包含以下兩部分：

（1）通過圍護結(jié)構(gòu)傳入的非穩(wěn)態(tài)傳熱形成的逐時冷負荷，按式（1）~（3）計算。

（2）透過玻璃窗進入的太陽輻射得熱形成的逐時冷負荷，按照式（10）計算：

而建筑負荷節(jié)能率η 按式（11）計算：

式中： Q—不采用建筑涂料時的圍護結(jié)構(gòu)冷負荷（kW）；Qtl—采用建筑涂料時的圍護結(jié)構(gòu)冷負荷（kW）。

最終計算結(jié)果如表4 所示。 由表4 可知，使用建筑反射涂料后， 外墻夏季冷負荷減少36.7%，屋面夏季冷負荷減少42.9%，圍護結(jié)構(gòu)的總冷負荷較使用前削減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

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），以湖南省長沙市某民用建筑為例，通過計算該建筑使用反射隔熱涂料前后圍護結(jié)構(gòu)的夏季冷負荷，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)過計算發(fā)現(xiàn)建筑圍護結(jié)構(gòu)在使用該類涂料后， 外墻和屋面的夏季冷負荷有了明顯的減小，其綜合節(jié)能率可達26%，保溫隔熱性能顯著。