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建筑用反射隔热涂料应用中的几个热工技术问题
中国新型涂料网讯：
&&&&&& 图1、图2、图3是不同外表面状况的屋面，在太阳辐照下的外表面温度实测值。还有在钢筋混凝土斜槽瓦屋面上用石灰刷白14个月后的太阳辐射吸收系数&s由原来的0.3提高到0.4的实测值。
图1& 太阳辐照下不同色泽的表面温度实测值
图2& 太阳辐照白色与黑色涂料的表面温度实测值
图3& 太阳辐照下不同材料热物理性能的表面温度实测值
实测结果表明，有必要对建筑用反射隔热涂料在建筑外围护结构外饰面中应用的如下几个热工技术问题进行研讨，提出可行的解决途径。
1、建筑用反射隔热涂料与一般建筑外墙涂料有何差别？应用技术规程是否只针对建筑用反射隔热涂料。
2、建筑用反射隔热涂料的隔热性能是其太阳光反射率与热辐射均高的综合作用。
3、建筑用反射隔热涂料的色泽不能仅局限于白色，且其隔热性能会受环境的污染而逐年降低。
4、在使用建筑用反射隔热涂料作外围护结构外饰面的热工设计计算中，能否采用一个简明的计算参数，将建筑用反射隔热涂料的隔热性能予以直观、量化的表征。
5、建筑用反射隔热涂料的隔热性能主要是体现在夏季降低外围护结构外表面上的热作用，但不利于冬季提高外围护结构外表面上的热作用。
&&&&&& 在《建筑反射隔热涂料应用中需明确的几个问题》、《实事求是地推进建筑反射隔热涂料的研发和应用》及《给推进建筑反射隔热涂料研发应用相关主体的几点建议》三篇文章中，我们层提出了需考虑和明确的问题，也探讨了解决所提出问题的途径和建议。本文主要针对建筑用反射隔热涂料在建筑外围护结构外饰面中应用的几个热工技术问题，进行探讨。
&&&&&& 1外反射隔热并不是&建筑用反射隔热涂料&独具的特性
&&&&&& 众所周知，材料表面的太阳辐射吸收系数&s，取决于材料的物理化学成分、色泽、光洁度和平整度。正如实测结果表明，只要是干燥的、光洁的、平整的白色材料表面，都会有很好的太阳光热反射率，将其作为外围护结构外饰面层，都可能获得很好的外反射隔热效果。
我们曾用都是白色的名牌外墙涂料与建筑用反射隔热涂料施涂在基板材质和尺寸都相同的试件上作过对比测试，名牌外墙涂料的太阳光热反射比并不比建筑用反射隔热涂料的太阳光热反射比差。至今还还很难见到建筑用反射隔热涂料的生产厂家拿出类似的对比检测结果。所以，我们一直不解，为什么要专门冠以&建筑用反射隔热涂料&，同时还连续在四年时间内出台三个国家级产品标准予以重推。
&&&&&& 应当指出，外反射隔热是建筑外围护结构外隔热技术中的一种有效技术，只要具有反射隔热性能的表面材料都具有此功能，并不是&建筑用反射隔热涂料&独具的特性。
&&&&&& 2 材料表面的太阳辐射吸收系数是材料表面的太阳光反射比和热发射率综合的一个太阳热辐射吸收指数
&&&&&& 室外综合温度ts.a的计算公式和图3的实测结果表明，建筑外围护结构外饰面层材料表面的太阳光反射率大，热辐射率也大，隔热效果才最好。
&&&&&& 太阳光反射比不同于太阳辐射反射系数，前者仅表明物体表面对入射的太阳光辐射能通量的反射比率，而未包含物体表面吸收太阳光辐射能通量加热后向外发射出的热辐射能量。太阳辐射系数是包含了物体表面的太阳光反射比和热发射率两部分热辐射能通量的反射比率，是一个综合值。在美国的有关冷屋面规定中将其称为太阳热反射指数（SRI），如下图。SRI是用总的太阳光反射率（TSR）和热辐射率（&）在中等风速条件下，计算出的表征一个物体在太阳光照射下表面温度升高多少的一个数值。
&&& 图中的斜线表明，物体表面的太阳热辐射反射指数是随着物体表面总的太阳光反射比和热辐射率的增加而增大，即有较高太阳光反射比和热辐射率的物体表面，就有较高的太阳热辐射反射指数。
所以，我们在编制四川省地方标准时特别明确指出，对于不透明物体，只有其表面具有较高的太阳光反射比和较高的热辐射率，才能综合形成具有较高的太阳热辐射反射率，即才有优良的反射隔热功能，否则就失去了现行的三个国家产品标准中规定的建筑用反射隔热涂料（白色）具有的太阳光反射比和半球发射率都&0.80的实际意义。
&&&&&& 太阳辐射吸收系数也是针对不透明物体表面对太阳光热辐射吸收和其吸收受热后能保持多少热辐射能的一个综合的太阳热辐射吸收率，其值等于1&太阳热辐射反射系数。现行有关教科书、文献和技术标准中所列的材料表面的太阳辐射吸收系数&s值，就是指的这个太阳热辐射吸收系数。过去是用天空辐射表朝向太阳光测定出的太阳辐照强度与天空辐射表朝向离物体表面500mm距离测出的反射热辐射强度计算出的一个比值，综合表征物体表面材料对太阳辐射热的吸收能力。
&&&&&& 基于此，在四川省地方标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》术语中的&太阳辐射反射系数&和&太阳辐射吸收系数&都突出了太阳光反射比和热辐射率两个热物理性能参数是物体表面的热性能特性。并在附录中列出了对应的参数取值。
3 使用条件需要不同色泽和受污染后的建筑用反射隔热涂料热物理性能参数
&&&&&& 3.1 反射隔热涂料应用中的 &三高一短一单&和&三低一长一多&的使用条件差别
&&&&&&&有些建筑用反射隔热涂料是从国外或国内航天工程上研发应用的高性能反射涂料引进而来。&建筑&两字定义了建筑用反射隔热涂料是应用在近地面一定高度范围内的建筑外围护结构的外表面上，与其在航天工程或其他特殊工程中应用有非常明显的&三高一短一单&和&三低一长一多&的使用条件差别。
3.2& 建筑外围护结构工程中需要适应&三低一长一多&使用条件的建筑用反射隔热涂料
&&&&&& 建筑用反射隔热涂料的研发目的是要广泛地、大面积地推广应用在节能建筑中，充分发挥其节能减排效应。在近地面建筑外围护结构中应用存在的&三低一长一多&使用条件，要求建筑用反射隔热涂料必须具有较高的耐污染和耐候性能，涂装在建筑外围护结构外表面上能在设计使用年限内保持有较高的太阳热反射系数，且不会受大气环境的恶劣影响出现严重的开裂、鼓泡、起皮等破损。同时还应满足建筑外立面上不同色泽表现力的要求，并力求使材料及工艺的价格合理，性价比优，才能有利于推广应用。
基于实际使用条件，我们在四川省地方标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》的附录中列出了不同色泽建筑反射隔热涂料的太阳辐射吸收系数及污染后的太阳辐射吸收系数，供建筑热工设计时应用。
4& 等效热阻系数或等效热阻可表征建筑反射隔热涂料对建筑外围护结构隔热性能的量化值
&&&&&& 4.1& 现行国家建筑节能设计标准中，有考虑太阳辐照作用采用围护结构传热系数修正系数的规定
在现行行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010和同时作废的《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ 26-95中，要求在计算单位建筑面积上单位时间内通过外墙和屋面的传热量时，需按朝向乘上一个小于1的修正系数&&围护结构传热系数修正系数&。
&&&&&& 比如对于北京地区，南墙的&＝0.84，北墙的&＝0.95，东墙的&＝0.9，西墙的&＝0.92。
&&&&&& 传热系数是传热阻Ro的倒数，也就是相当于乘上一个大于1的传热阻修正系数1/&。这实际上就是在北方冬季采暖期间，因为有太阳辐照的有利作用，提高了室外的综合温度，降低了室内外的空气温差，减少了通过外墙与屋面的传热量。也就是相当于给外墙和屋面的传热阻增加了一个由于太阳辐照的有利作用所产生的一个附加热阻或等效热阻。因为修正系数是个定值，附加热阻或等效热阻值是随外墙和屋面的传热阻而变，相互之间是乘积的关系。
&&&&&& 可以说，在已实施的有关建筑热工技术标准中，早就有围护结构等效热阻系数或等效热阻的概念和取值，只是不叫等效热阻系数或等效热阻，而是以围护结构传热系数修正系数&表示。
&&&&&& 4.2& 应综合考虑夏季的有利作用和冬季的不利作用
&&&&&& 建筑用反射隔热涂料的热特性是其表面的太阳光反射率高和半球发射率也高，即综合后的太阳辐射反射率高，有效地减少了太阳辐照在围护结构外表面上的热作用。
&&&&&& 在冬季，与参照的表面太阳辐射吸收系数&s（常用水泥砂浆表面的&s＝0.7）比较，反射隔热涂料使用后是降低了室外的太阳辐射当量温度，增加了环境辐射温度，总的是有效的降低了室外综合温度，从而增大了冬季采暖期间的室内外空气温差，提高了通过外墙或屋面传出室外的热量。也就是相当于减少了一个等效热阻，削弱了外墙或屋面的保温性能。
&&&&&& 为保持与通过外墙与屋面的&s＝0.7时传出的热量相同，就必须有一个的等效热阻补偿，可将其称之为反射隔热涂料冬季补偿热阻，定为负值。
&&&&&& 相反，在夏季则是由于使用建筑反射隔热涂料形成的室外综合温度降低而减少了室内外空气温差，从而使通过外墙或屋面进入室内的热量降低，即相当于增加了一个等效热阻，提高了外墙或屋面的隔热性能。为保持与通过外墙或屋面的&s＝0.7时进入室内的热量相同，就必须有一个等效热阻剩余，可将其称为反射隔热涂料夏季剩余热阻，定为正值。
&&&&&& 综合考虑外围护结构外饰面采用建筑用反射隔热涂料后带来的夏季隔热有利作用和冬季保温不利作用，其等效热阻应为外围护结构冬季补偿热阻与外围护结构夏季剩余热阻之和。这正是建立和推导出等效热阻Req或等效热阻系数&的理论基础和思路。
&&&&&& 在福建省建科院采用能耗计算软件对建筑模型分别计算轻质围护结构和重质围护结构的传热比较中，也表明了太阳辐射吸收系数取0.5和太阳辐射吸收系数取0.7的全年能耗是相近的，重质围护结构是31.13（&s＝0.5）和31.04（&s＝0.7），轻质围护结构是31.25（&s＝0.5）和31.59（&s＝0.7）。这也说明外围护结构外饰面采用了建筑用反射隔热涂料，应综合考虑其对冬季围护结构保温的不利作用和对夏季围护结构隔热的有利作用。在节能设计时，不能只考虑夏季的有利作用，即不能只取夏季使用条件下等效热阻计算值。
&&&&&& 4.3& 是否可用&围护结构建筑反射隔热涂料等效热阻&或&围护结构建筑反射隔热涂料等效热阻系数&定量表征建筑用反射隔热涂料的隔热作用。
&&&&&& 如前所述，不论是采用建筑反射隔热涂料等效热阻Req，或是采用建筑反射隔热涂料等效热阻系数&，始终都与外围护结构的传热阻有直接的量的关系，即不能离开外围护结构自身的热工性能而孤立地使用等效热阻系数&值。正如《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010中的围护结构传热系数修正系数&或围护结构传热阻修正系数1/&＝ ，都是在建筑热工设计计算中要乘以外墙或屋面的传热系数K或传热阻Ro才有实际意义，&或 不能只作为一个系数孤立地存在。
&&&&&& 如果认为采用建筑反射隔热涂料等效热阻系数或等效热阻不应脱离外围护结构，最好与现有相关技术标准采用围护结构修正系数的表示方法一致的话，也可以考虑用&围护结构建筑反射隔热涂料等效热阻系数&或&围护结构建筑反射隔热涂料等效传热阻修正系数&表示，或统称为&传热阻修正系数&。
&&&&&& 从建筑热工设计时比较便捷和可操作考虑，采用&等效热阻系数&或&传热阻修正系数&乘以外围护结构的传热阻计算值是适宜的。为此，在《建筑反射隔热涂料应用技术规程》中，可只给出等效热阻系数（或传热阻修正系数）的计算公式，而在建筑热工设计计算的外围护结构传热阻计算值中乘以等效热阻系数（或传热阻修正系数）即可。
&&&&&& 5& 围护结构等效热阻系数及等效热阻计算公式
&&&&&& 5.1& 围护结构等效热阻系数及等效热阻计算公式的导出
&&& 1）在冬季采暖期或夏季空调制冷期通过外围护结构传出室外或传入室内的比热流量计算公式分别为：
&&& 2）目前的公共建筑与居住建筑节能设计标准规定的能耗计算软件，都是将 s取为定值0.7（相当于水泥砂浆或混凝土表面），将其定义为参照材料表面太阳辐射吸收系数，用符号 r.a表示。为此，以 c.a表征建筑反射隔热涂料的太阳辐射吸收系数，且 c.a & r.a。
&&& 3）采用建筑反射隔热涂料的作用是降低室外综合温度，达到隔热效果，但只是夏季有利，冬季则不利。为此，应有关系式：
5.2& 稳态（非稳态）和动态能耗计算等效热阻系数问题
应当指出，不论是用稳态、非稳态或动态能耗计算建筑反射隔热涂料的等效热阻值，从理论上讲都是没错的，且本质都是一样的。
关键的是计算参数取值，即围护结构的热工性能计算参数、室内外气候计算参数和计算时间。针对特定的外围护结构，如果围护结构的热工性能取值和室内外气候计算参数和计算时间取值都基本相同，就会得出相近的传热量计算结果。所谓稳态和非稳态（或动态），实际上就是针对室内外热作用和围护结构的热工特性而论。一般是将冬季当成稳态传热进行计算，计算时取室内外热作用不随时间的变化而变化，且只考虑围护结构的热阻抗性能。而在夏季则是当成非稳态（或动态）进行计算，即在双向热玻作用下，室内外热作用都是随时间变化而变化的，在单向热波作用下，室外热作用是随时间变化而变化的（当然是周期性热作用），且同时考虑了围护结构的热阻抗性能和热稳定性能。
&&&&&& 所以，如果只是以围护结构的热阻抗性能（即传热系数）作为其热特性计算参数，取夏季室外气候参数的昼夜平均量和夏季的平均量和波动量分别计算叠加的传热量计算结果是无多大差别的。而且，不论是轻质围护结构，还是重质围护结构，都是如此，正如福建省建科院的计算结果那样。但如果在计算中同时考虑了围护结构的热阻抗性能（传热系数）和热稳定性能（热惰性指标），计算结果就会不一样，特别是热惰性指标相差比较大的轻质围护结构和重质围护结构，传热量肯定是有差别的。
&&&&&& 关于计算时间问题，应实事求是。过去是以采暖度日（HDD）和空调度日（CDD）作为采暖与空调的时间计算参数。这不切合实际，也不合理。可以说，在夏热冬冷地区的很多城市，HDD和CDD都相差很大，不是几倍差值，而是几十倍差值。比如成都的HDD＝1454，CDD＝27，相差近50倍，按此HDD，成都将从9月下旬开始至次年4月上旬都处在采暖期内。就连重庆、武汉、南京、上海等城市都成为冬季采暖期长和夏季空调制冷期短的城市。
&&&&&& 我曾在多次学术研讨会上提出不能以冬季日平均气温&18℃和夏季日平均气温&26℃为基准的HDD和CDD作为建筑气候分区依据，更不能以其作为冬季采暖和夏季空调制冷的时间依据。好在修订后的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 134-2010已将采暖和空调制冷期改了，不用HDD和CDD，算是一个进步。
&&&&&& 《建筑用反射隔热涂料》GB/T 中的等效热阻计算公式就是以HDD和CDD为计算时间。
&&&&&& 其实，在等效热阻系数的公式推导中，完全可将计算时间消除，即在公式中根本不包含时间因素，只与气候参数和围护结构的表面换热参数有关。
&&&&&& 等效热阻系数或等效热阻本来就是以只考虑围护结构热阻抗性能推导出的一个表征建筑反射隔热涂料综合热反射隔热作用的一个相当量，没有必要走复杂的动态能耗计算方法去推导出等效热阻系数或等效热阻。
&&&&&& 6& 关于建筑用反射隔热涂料对室外综合温度波幅的削减问题
&&&&&& 建筑用反射隔热涂料等效热阻系数的推导，是以冬夏季的室外气候参数平均值建立关系式，即是取最冷和最热期间（或空调制冷期）的室外计算温度平均值和太阳辐照平均值，而未包含该期间内的室外计算温度波幅值和太阳辐照波幅值。严格来讲，应该考虑对波幅部分的补偿和削减。对于夏季，正如我在一篇文章中推导出的隔热指标有两部分那样，即：一部分是热阻抗隔热指标G1＝&s/Ro&i&e；另一部分是热稳定隔热指标G2＝&s/Dm&e，m＝2.62e0.46D（对于外墙）。
&&&&&& 我们认为可从以下两方面因素考虑，不在建筑反射隔热涂料等效热阻系数计算公式中引入室外综合温度的波幅值。
（1）建筑用反射隔热涂料使用后，一定会受环境的污染使其太阳辐射吸收系数逐年提高，即反射隔热作用会逐年降低。尽管我们在技术标准中规定了要采用污染后的太阳辐射吸收系数作为等效热阻的计算参数或隔热设计计算参数，但那还是有限的。为了在使用期内较好地保持建筑反射隔热涂料的反射隔热作用，有利于建筑反射隔热涂料的推广应用，将其对室外综合温度波幅量的补偿和削减作用作为有利因素考虑，这是切合实际的。
（2）可将建筑用反射隔热涂料对室外综合温度波幅值的削减作用，考虑在对围护结构热惰性指标的修正中。即对于热惰性指标D&2.5或D&1.5的外围护结构，当采用建筑用反射隔热涂料作外饰面时，可不用进行隔热设计验算。这个规定，对于夏热冬暖和夏热冬冷地区轻质外围护结构的推广应用有促进作用。当然，是否取D&1.5为下限值，可讨论。
&&&&&&& 7& 建筑节能设计计算中如何计算建筑反射隔热涂料的隔热性能
&&&&&& 建筑反射隔热涂料在建筑外围护结构中应用的隔热性能可以用其太阳辐射吸收系数直接代入已有的隔热设计计算公式中计算求出。但由于目前的民用建筑节能设计标准规定了两种节能设计方法，即规定性指标设计方法和性能性指标（或称围护结构热工性能权衡判断）设计方法，如何在这两个设计计算方法中将建筑用反射隔热涂料的热物理性能参数引入，一直是应用者非常关注且需要解决的问题。目前，在用于规定性指标节能设计计算中，有以适当减少外围护结构传热系数乘以小于1的修正系数法和适当增加外围护结构传热阻的附加等效热阻法。在用于性能性指标节能设计计算中，仍是按传统的隔热设计计算方法将反射隔热涂料的太阳辐射吸收系数值代入室外综合温度计算公式中计算太阳当量温度，从而达到降低室外综合温度的目的，但不少设计者并不明确这一点，计算软件也不明确。
四川省地方标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》提出：在规定性指标节能设计中，直接将建筑反射隔热涂料等效热阻计入外墙与屋面的传热阻计算值中进行节能计；在性能性节能设计中，引入建筑反射隔热涂料计算太阳辐射吸收系数（即污染后的太阳辐射吸收系数）进行节能计算。同时指出，不能用建筑反射隔热涂料的太阳光反射比作为其太阳辐射反射系数（或太阳辐射吸收系数）的取值。
（1）行业标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》编制组在隔热涂料等效热阻计算方法探讨中作了很多工作，探讨是必要的，也取得了成果。
（2）我们认为，在如何计算反射隔热涂料等效热阻这个问题上，宜粗不宜细，要清楚这是针对建筑围护结构而言。建筑围护结构的多个非单一性和非直观性，决定了它在设计、施工、验收及使用过程中要受很多因素的影响，众多的影响因素不是在动态计算中可能全考虑到的，即使考虑到了，也不一定是起主导的因素。
（3）我们在上世纪70年代就系统地试验研究过轻屋盖的隔热设计和隔热措施，也有将浅色处理应用在屋面与外墙反射隔热工程中的实践，深知其在研发和应用中需要解决的一些实际应用问题的难处。编制四川省工程建设地方标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》是在将我们的军。以上几个问题的研讨是否切合实际，合理可行，有待实际应用来检验。我们愿与业内同行共同努力，完善建筑用反射隔热涂料的应用技术措施，促进其推广应用。
（注：本文曾在行业标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》编制组主办的技术研讨会上进行交流。）
中国建筑装饰装修材料协会建筑涂料分会防晒隔热涂料_百度百科
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加速老化/h
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