建筑“冷屋面”制品及评价与认证技术进展

2010-02-23刘翼蒋荃

中国建材科技 2010年2期

刘翼蒋荃

（中国建筑材料检验认证中心有限公司，北京 100024）

1 引言

我国建筑夏季空调能耗逐年增加，如不加强建筑隔热措施，完成建筑节能目标将异常艰巨。在炎热的夏季，白天阳光炙烤下的屋面温度远远高于环境空气温度，热量经传导和辐射到室内，在夜晚，由于保持在屋面结构层的热量具有滞后传导效应，净热量继续向室内传播。屋面传热是造成建筑夏季空调能耗居高不下的主要因素。降低屋面面层温度（冷屋面）将相应减少向室内的热传递，从而降低空调能耗，起到节能的作用。

冷屋面还可以缓解城市热岛效应。研究表明，夏季城市中心区温度通常比郊区温度平均高5℃以上。而温度每升高1℃，意味着能源需求增加2%，增加光化学烟雾污染3%。冷屋面表面温度低，将辐射较少的热量到室外环境，这样就会降低城市建筑密集区空气温度，减少城市化学烟雾的形成。因此，冷屋面可以降低高峰时段的能源需求和改善空气质量。

屋面表面温度与其太阳反射比、半球发射率有关，并进而与面层的材料、颜色等有关。在屋面涂装反射隔热涂料是目前最为有效的冷屋面技术。但由于缺乏较为完善的基础性应用技术研究，工程技术层面对热反射在节能建筑中应用的有效性尚不完全掌握，其市场推广应用受到很大影响。

2 冷屋面在我国不同气候区的适用性

我国幅员辽阔，处于北半球的中低纬度，地域广阔，南北跨越多个气候带，冬夏持续时间长是中国气候的一个重要特点。根据《民用建筑热工设计标准》（GB 50176-1993），全国可分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区五个气候区[1]，如图1。

图1 建筑热工气候分布图

对于冷屋面的节能分析，必须从冬夏两个季节综合分析。在采暖、空调状态下，建筑物外围护墙体与外界热环境的热交换主要有对流换热与辐射换热两部分。热反射隔热涂料，其外表面状态及厚度决定了它对对流换热和传导阻热的效果微乎其微，即并没有保温的作用。究其主要性能，主要表现为对辐射换热的影响，即对环境热负荷的辐射分量具有较好的反射作用。概念上，由于反射作用的存在，可以反射掉相当部分的太阳辐射热，在夏季起到节约空调能耗的作用，但在冬季，则反而可能增加采暖能耗。在夏热冬暖地区，由于没有冬季采暖，热反射涂料效果最为显著。按照GB 50176-1993，严寒或寒冷地区没有空调季，即不计空调能耗，采用热反射涂料则会增加建筑能耗。过渡地区是否有利，则视冬、夏季日照比例确定。

随着近10年来我国对建筑外墙外保温的强制性推广，建筑冬季采暖能耗日趋平稳，甚至已经开始有下降趋势。随着全球变暖的影响，我国北方地区夏季越来越炎热。以属于寒冷地区的北京为例，2010年7月连续一个星期气温在35℃以上，气温最高的3天都超过了40℃。且随着人民生活水平的提高，无论公共建筑或居住建筑，空调用量大幅度增加，夏季空调能耗屡创新高。GB 50176-1993作为气候分区依据的的累年气象数据是约20年前的数据，其严寒或寒冷地区没有空调季，不计空调制冷能耗的规定已经不能反映现在建筑的能耗水平，修订工作迫在眉睫。因此，冷屋面在北方地区的应用效果如何还有待更多的数据来支撑。

正在修订的《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》中依据不同的采暖度日数HDD18和空调度日数CDD26范围，将严寒和寒冷地区进一步划分成为表1所示的五个子气候区。在寒冷地区B区需要计算空调能耗，并明确提出了遮阳的要求。

表1 居住建筑节能设计气候分区

3 冷屋面在美国的评价与认证技术

美国有着系统的冷屋面评价认证技术与制度。目前能源之星（energy star）和美国屋面制品热性能评级理事会（Cool Roof Rating Council，简称CRRC）对屋面面层的热性能进行评级。下文将分别进行介绍。

3.1 能源之星屋面热性能认证[2]

能源之星项目从1999年2月开始从事屋面热反射认证工作。截至2007年11月1日已经有约200个生产厂商的1917种产品得到能源之星屋面标识，其中有1136个金属屋面产品和632个涂层屋面产品，占全部的92%。其他的产品有屋面膜、改型沥青和屋面瓦等。其具体性能指标要求见表2能源之星屋面认证只要求阳光反射比但同时要求初期和抗老化性能，其抗老化性能被称为性能保持（Maintenance of Solar Reflectance），是安装后3年现场实际测试的结果。生产厂家首先签署能源之星伙伴计划协议后测定阳光反射比，如果初期和老化后的指标均达到表2的要求，填写申请表后就可以取得认证和使用能源之星标识（图2）。

图2 能源之星标识

表2 能源之星屋面认证有产品性能指标的具体要求

3.2 CRRC屋面热性能认证[3]

CRRC于1998年成立，其宗旨在于为屋面制品的阳光反射和热辐射性能开发出准确、可信的评价和标识方法，以及相关知识的普及。CRRC由会员与推广委员会、技术委员会和评级、法规与标准委员会等三个委员会组成。CRRC的核心业务是对屋面制品的热性能进行评级。2002年完成第一个产品评级，截至2007年上半年，CRRC已有会员156家，获证企业139家，经评级的产品874个。UL等5个实验室取得CRRC测试认可，阿克苏诺贝尔公司和巴斯夫公司的实验室成为CRRC认可的制造企业实验室。

CRRC 要求测试样品的太阳光反射比和半球发射率，以及涂料的厚度。CRRC最大的特点是按颜色系进行测试。

屋面材料丰富多彩的颜色给予了建筑师更大的选择空间，但同时也给屋面的热性能评级带来了一定的困难。因此，CRRC 采取了颜色系、颜色系组和对限定产品定性过程的理念。CRRC 已经建立了可供销售商选择的18个颜色系，销售商可以挑选这18 个颜色系中的一些或全部。但是，对于不同的基体树脂涂层，销售商必须评定一个独立的颜色系组。例如，如果一个金属卷材涂料供应商有两条主要的产品线（PVDF或硅改性聚酯），通过这两条产品线，他们希望参加CRRC的颜色系程序，他们将需要对每组颜色系、每种基体树脂，选择建立一个颜色系组。CRRC 已经定义了每个颜色系（表3）的色彩限值（采用Lab颜色体系），并规定了太阳光反射(SR)比和半球发射率(ET)的限值。

表3 颜色系和性能要求

CRRC标识见图3所示，标识右上部是性能参数值。CRRC的标识管理制度中强制进行抗老化性能的测试，抗老化测试是由认证实验室送交样品给认证抗老化实验场（Approved Test Farm）进行为期3年的测试。测试完成后，要求老化前后的SR和ET值均不低于表3中的限制，才可以颁发证书，允许使用CRRC标识。

图3 CRRC屋面面层热性能标识

4 我国标准对建筑冷屋面的相关要求

表4 热反射隔热涂料标准要求

4.1 反射隔热涂料标准的要求

国内目前已发布执行的相关国家、行业标准有JC/T 1040-2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》[4]和建筑反射隔热涂料JG/T 235-2008《建筑反射隔热涂料》[5]。表5为两个标准中与节能相关的性能要求。从表4中可以看出，两个标准都仅对白色样品提出了SR的要求，没有对多颜色系进行规定。JC/T 1040没有考虑涂层积尘后对节能效果的影响，且老化时间较短。而JG/T 235没有考虑涂层粉化对节能效果的影响，但引入了较为直观的隔热温差测试；考虑了耐玷污试验对涂层节能效果的衰减作用，但实践表明GB/T 9780-2005的试验结果与涂层尤其是金属烤漆户外耐积尘及自清洁性能的实际情况相差甚远。