建筑“冷屋面”制品及評價(jià)與認(rèn)證技術(shù)進(jìn)展

劉 翼 蔣 荃

（中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)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(qiáng)建筑隔熱措施，完成建筑節(jié)能目標(biāo)將異常艱巨。在炎熱的夏季，白天陽光炙烤下的屋面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)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(jìn)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(gè)氣候帶，冬夏持續(xù)時(shí)間長是中國氣候的一個(gè)重要特點(diǎn)。根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50176-1993），全國可分為嚴(yán)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(gè)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(gè)季節(jié)綜合分析。在采暖、空調(diào)狀態(tài)下，建筑物外圍護(hù)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(fù)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(dāng)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(yán)寒或寒冷地區(qū)沒有空調(diào)季，即不計(jì)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(qiáng)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(gè)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(yán)寒或寒冷地區(qū)沒有空調(diào)季，不計(jì)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(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(yán)寒和寒冷地區(qū)進(jìn)一步劃分成為表1所示的五個(gè)子氣候區(qū)。在寒冷地區(qū)B區(qū)需要計(jì)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(jì)氣候分區(qū)

3 冷屋面在美國的評價(jià)與認(rèn)證技術(shù)

美國有著系統(tǒng)的冷屋面評價(jià)認(rèn)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(jìn)行評級。下文將分別進(jìn)行介紹。

3.1 能源之星屋面熱性能認(rèn)證[2]

能源之星項(xiàng)目從1999年2月開始從事屋面熱反射認(rèn)證工作。截至2007年11月1日已經(jīng)有約200個(gè)生產(chǎn)廠商的1917種產(chǎn)品得到能源之星屋面標(biāo)識，其中有1136個(gè)金屬屋面產(chǎn)品和632個(gè)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(biāo)要求見表2能源之星屋面認(rèn)證只要求陽光反射比但同時(shí)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(shí)際測試的結(jié)果。生產(chǎn)廠家首先簽署能源之星伙伴計(jì)劃協(xié)議后測定陽光反射比，如果初期和老化后的指標(biāo)均達(dá)到表2的要求，填寫申請表后就可以取得認(rèn)證和使用能源之星標(biāo)識（圖2）。

圖2 能源之星標(biāo)識

表2 能源之星屋面認(rèn)證有產(chǎn)品性能指標(biāo)的具體要求

3.2 CRRC屋面熱性能認(rèn)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(zhǔn)確、可信的評價(jià)和標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)委員會等三個(gè)委員會組成。CRRC的核心業(yè)務(wù)是對屋面制品的熱性能進(jìn)行評級。2002年完成第一個(gè)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(gè)。UL等5個(gè) 實(shí) 驗(yàn) 室 取 得CRRC測 試 認(rèn)可，阿克蘇諾貝爾公司和巴斯夫公司的實(shí)驗(yàn)室成為CRRC認(rèn)可的制造企業(yè)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)是按顏色系進(jìn)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(shí)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(gè)顏色系，銷售商可以挑選這18 個(gè)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(gè)獨(dú)立的顏色系組。例如，如果一個(gè)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(gè)顏色系組。CRRC 已經(jīng)定義了每個(gè)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(biāo)識見圖3所示，標(biāo)識右上部是性能參數(shù)值。CRRC的標(biāo)識管理制度中強(qiáng)制進(jìn)行抗老化性能的測試，抗老化測試是由認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室送交樣品給認(rèn)證抗老化實(shí)驗(yàn)場（Approved Test Farm）進(jìn)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(biāo)識。

圖3 CRRC屋面面層熱性能標(biāo)識

4 我國標(biāo)準(zhǔn)對建筑冷屋面的相關(guān)要求

表4 熱反射隔熱涂料標(biāo)準(zhǔn)要求

4.1 反射隔熱涂料標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)中與節(jié)能相關(guān)的性能要求。從表4中可以看出，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都僅對白色樣品提出了SR的要求，沒有對多顏色系進(jìn)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(shí)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(yàn)對涂層節(jié)能效果的衰減作用，但實(shí)踐表明GB/T 9780-2005的試驗(yàn)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(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。

4.2 冷屋面制品標(biāo)準(zhǔn)

正在制訂中的建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《熱反射金屬屋面板》為我國首個(gè)冷屋面制品的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)將采用SR、ET和實(shí)測的節(jié)能指標(biāo)作為評級依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)需要通過進(jìn)一步的驗(yàn)證試驗(yàn)以確定。

本標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室方法。同時(shí)，本標(biāo)準(zhǔn)還將各種不同顏色的技術(shù)要求。

4.3 節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(dāng)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(dāng)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(jià)與認(rèn)證技術(shù)，但在我國才剛剛起步。由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(jià)與認(rèn)證技術(shù)的研究，制訂、修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將對冷屋面在我國的應(yīng)用與發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

[1] GB 50176-1993《民用建筑熱工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》

[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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》報(bào)批稿