輻射保溫隔熱涂料示范工程應(yīng)用研究

張海寧

（太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原030002）

0 引言

保溫隔熱涂料的熱傳導(dǎo)機(jī)理和熱傳導(dǎo)方式的不同可以分為三類(lèi)，即阻隔型、反射型和輻射型。三種涂料的隔熱機(jī)理是不同的，因此也有不同的應(yīng)用場(chǎng)合和應(yīng)用效果[1]。從三種涂料原理可以看出，三種涂料涂飾用于建筑外表面時(shí)，對(duì)隔熱均有一定效果，這些效果也在實(shí)踐中得到驗(yàn)證，但當(dāng)用于建筑保溫時(shí)，則有不同的表現(xiàn)。阻隔性隔熱涂料的涂膜厚度和熱阻緊密聯(lián)系，在涂膜厚度沒(méi)有辦法增加的情況下，對(duì)熱阻的增加值也比較低，反射隔熱性涂料涂飾于建筑外墻主要減少外墻得熱，在夏季效果較為明顯，但在冬季無(wú)法起到保溫的效果[4]。輻射型隔熱涂料是通過(guò)在涂料中添加特殊的功能材料，使涂膜可以把物體表面吸收的太陽(yáng)光能量以一定波長(zhǎng)的電磁波的形式發(fā)射到空氣中，從而達(dá)到降溫隔熱的目的。

建筑外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫是建筑節(jié)能工作最重要的部分，是降低建筑使用能耗的主要手段。根據(jù)山西省現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為例，建筑能耗與1980—1981年采暖季能耗相比要下降65%，其中外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)了其中40%～50%的下降任務(wù)，占比達(dá)到70%。但建筑節(jié)能在高速發(fā)展的過(guò)程中，也出現(xiàn)了很多急需解決的問(wèn)題。輻射保溫隔熱涂料作為外墻保溫隔熱一種新的嘗試，符合建筑材料“多功能性”的發(fā)展方向，對(duì)建筑節(jié)能發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

1 工程概況

選取四棟老舊居住建筑（位于寒冷地區(qū)）作為樣本建筑進(jìn)行測(cè)試，四棟建筑分別命名為東南西北樓，其中南、西、北樓位于一個(gè)小院，東樓與其他各樓隔一條馬路。其中東樓與北樓是六層建筑，且東樓帶地下室，北樓一層為商鋪；西樓為四層建筑，無(wú)地下室；南樓為五層建筑，帶地下室。這四棟樓建造于20世紀(jì)80、90年代，建筑外墻為清水磚墻，無(wú)保溫；外窗為推拉窗，密封條脫落嚴(yán)重，有結(jié)霜現(xiàn)象發(fā)生；原有屋面無(wú)保溫，夏熱冬冷，冬季室內(nèi)溫度低于14℃，熱源為市政集中供熱，在小區(qū)設(shè)置換熱站，分四個(gè)支管分別進(jìn)入四棟樓。

2 改造及測(cè)試方案

為了形成效果對(duì)比，選取四棟建筑中的兩棟建筑按照既有建筑節(jié)能改造工作中的做法進(jìn)行改造，另兩棟建筑除了外墻與外窗外，其他部位的改造也按照既有建筑節(jié)能改造的做法進(jìn)行?，F(xiàn)選取南樓與西樓外墻刷保溫涂料，北樓與東樓外墻用EPS保溫板。各樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造項(xiàng)目有以下幾點(diǎn)：

（1）屋面。將南樓、西樓改造為50厚噴涂硬泡聚氨酯，北樓、東樓改造為50厚噴涂硬泡聚氨酯。

（2）外墻。將南樓、西樓改造為0.3mm厚輻射保溫隔熱涂料，北樓、東樓改造為60厚聚苯板（EPS）。

（3）外窗。將南樓、西樓改造為平開(kāi)PVC窗（5+12+5low-E充氬氣）（傳熱系數(shù)1.8），北樓、東樓改造為平開(kāi)PVC窗（5+9+5）（傳熱系數(shù)2.6）。

（4）地下室頂板。將南樓、西樓改造為50厚超細(xì)無(wú)機(jī)噴涂棉，北樓、東樓改造為50厚超細(xì)無(wú)機(jī)噴涂棉。

（5）陽(yáng)臺(tái)頂板。將南樓、西樓改造為50厚噴涂硬泡聚氨酯，北樓、東樓改造為50厚噴涂硬泡聚氨酯。

（6）陽(yáng)臺(tái)欄板。將南樓、西樓改造為0.3mm厚輻射保溫隔熱涂料，北樓、東樓改造為60厚聚苯板（EPS）。

在改造工作結(jié)束之后，采暖季開(kāi)始前，通過(guò)測(cè)試室內(nèi)外空氣溫度以及各棟樓的耗熱量，計(jì)算出各樓單位面積耗熱量，從而計(jì)算出輻射保溫隔熱涂料的等效熱阻，同時(shí)利用能耗模擬軟件，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。

表1 改造前后各樓修正后理論耗熱量

3 測(cè)試概況

（1）測(cè)試參數(shù)：室內(nèi)外溫度、建筑耗熱量。

（2）測(cè)試設(shè)備：鉑電阻溫度傳感器、熱計(jì)量表。

（3）測(cè)試時(shí)間與周期：

溫度測(cè)試時(shí)間：2016年11月3日—2017年2月26日；采樣間隔：60min。

耗熱量測(cè)試時(shí)間：2016年11月26日—2017年2月26日。

（4）測(cè)點(diǎn)布置：熱表裝在每棟樓對(duì)應(yīng)的熱力管井中安裝，室外溫度計(jì)放置在背陰的房間外面，室內(nèi)溫度計(jì)放置在室內(nèi)高度為1m左右的背光位置。根據(jù)住戶(hù)實(shí)際情況與配合度，整個(gè)示范項(xiàng)目室內(nèi)共安裝有20個(gè)溫度計(jì)，其中東樓4個(gè)，西樓5個(gè)，南樓5個(gè)，北樓6個(gè)。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 室內(nèi)外溫度

對(duì)室內(nèi)外溫度進(jìn)行綜合整理，可以看到東西南北樓室內(nèi)平均溫度所示，溫度數(shù)據(jù)取自2016年11月3日—2017年2月26日，采樣間隔1h。得到以下結(jié)果：東樓的平均溫度為20.92℃；西樓的平均溫度為19.55℃；南樓的平均溫度為19.90℃；北樓的平均溫度為21.64℃。

由此可見(jiàn)，每棟樓在整個(gè)采暖季室內(nèi)平均溫度都達(dá)到18℃，符合《居住建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 132—2009）的要求。

4.2 耗熱量計(jì)算

截至2016年11月26日，四棟示范建筑的熱表全部安裝完畢，同一時(shí)間讀取四塊熱表的初始數(shù)值作為項(xiàng)目的初始熱量。按照7d一個(gè)周期的原則讀取熱表數(shù)據(jù)，特殊時(shí)期除外。測(cè)試期間92d總計(jì)讀取13組數(shù)據(jù)。

為了便于計(jì)算，將測(cè)試數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化成四個(gè)階段：①2016年11月26日—2016年12月18日，22d；②2016年12月18日—2017年1月16日，29d；③2017年1月16日—2017年2月4日，19d；④2017年2月4日—26日，22d。經(jīng)過(guò)整理，這四個(gè)階段耗熱量計(jì)算值。

4.3 節(jié)能量計(jì)算

由于改造前建筑單位面積能耗沒(méi)有進(jìn)行過(guò)測(cè)試，因此只能用軟件模擬的方法來(lái)確定。利用PKPM能效測(cè)評(píng)軟件對(duì)四棟建筑進(jìn)行能耗模擬。改造前PKPM軟件中默認(rèn)的室內(nèi)外氣候條件是：計(jì)算用采暖期室外平均溫度=-2.2℃，室內(nèi)平均溫度=16℃，室內(nèi)外溫差為18.2℃；改造后PKPM軟件中默認(rèn)的室內(nèi)外氣候條件是：計(jì)算用采暖期室外平均溫度=-0.9℃，室內(nèi)平均溫度=18℃，室內(nèi)外溫差為18.9℃。而實(shí)際測(cè)得的室內(nèi)外溫差與理論溫差存在差異，因此應(yīng)該對(duì)改造前后理論采暖能耗進(jìn)行修正，修正結(jié)果如表1所示。

對(duì)比四棟建筑改造前后能耗，計(jì)算改造后建筑節(jié)能率。

4.4 涂料等效熱阻計(jì)算

對(duì)比改造后各樓實(shí)測(cè)能耗及理論能耗可知，各樓的實(shí)測(cè)節(jié)能量與理論節(jié)能量均存在一定差距，由于各分項(xiàng)能耗無(wú)法進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)近似認(rèn)為沒(méi)有達(dá)到理論節(jié)能量的部分是均勻分布在各個(gè)分項(xiàng)能耗上面，將改造后的理論能耗與實(shí)測(cè)能耗進(jìn)行對(duì)比分析可以得到南樓及西樓中涂料的等效苯板厚度及等效熱阻[2]。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)示范工程的能耗測(cè)試結(jié)果，可近似地認(rèn)為輻射保溫隔熱涂料的熱阻等同于23～27cm的模塑聚苯板，涂料建筑通過(guò)結(jié)合高性能窗戶(hù)可以使整個(gè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)節(jié)能量增加到50%～60%；在實(shí)測(cè)建筑中，涂料建筑使用的門(mén)窗類(lèi)型為（6mm+9mmair+6mm）Low-E平開(kāi)窗，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，窗戶(hù)傳熱系數(shù)為1.8W/（m2·K），考慮如果更換更加節(jié)能的門(mén)窗，可能節(jié)能效果會(huì)更明顯[3]。