外墙隔热涂料和玻璃隔热涂料的节能分析
http://www.coatings.hc360.com2011年11月03日11:15防腐涂料网
慧聪涂料网讯：
谭亮
(深圳市嘉达高科产业发展有限公司，广东深圳518057)
摘要:设计建筑的简化传热模型，分析和计算了夏热冬暖地区外墙隔热涂料和玻璃隔热涂料对夏季室内的降温与节电效果。当外墙隔热涂料的太阳反射比增大到一定程度时，可使得室内温度低于室外温度。但由于直接透过玻璃的太阳辐射热的影响，即使玻璃隔热涂料的遮蔽系数很小，也难以使得室内温度低于室外温度。模拟计算结果表明，对于自然状态下可使室内温度降低2℃的外墙隔热涂料和玻璃隔热涂料，使用后可节约空调用电分别为20.6%和15.4%。 关键词:隔热涂料;外墙隔热涂料;玻璃隔热涂料;降温;节电 中图分类号:TQ630.7+9 文献标识码:A 文章编号:1006-2556(2010)11-0035-05 0前言
我国幅员辽阔，各地区气候差异很大，不同地区的建筑节能设计要求不同。GB50176-1993《民用建筑热工设计规范》对夏热冬暖地区的设计要求是:必须充分满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温。
一般来说，将温度降低一度所需能耗是将温度升高一度所需能耗的4倍[1]，夏季制冷很昂贵，对于夏热冬暖地区，解决建筑的夏季隔热问题对建筑节能具有重大的意义。
通常情况下，如果提到节能率不够，首先想到的就是增加保温层厚度。然而，对于夏热冬暖地区，简单的采用增加保温层厚度并不能有效的降低能耗，
GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》的4.2.2条明确指出了这点。在南方地区，室内外温差传热在整个传热中占的比例较小，太阳辐射产生的热效应是造成夏季室内过热的主要原因。隔热涂料能够反射或部分吸收太阳辐射热，从而可降低室内得热，有效减少空调制冷能耗，相比于外墙保温做法，更适合于夏热冬暖地区。
近几年，对建筑隔热涂料的研究和应用日益增多，其中对于隔热性能的研究，采取的方法绝大多数是用热源照射试验箱或试板，以试验箱内部空间或试板背面
(或空间)的温度(温度差)来对比不同涂料的隔热性能[2]。部分研究将试验箱置于室外，测试太阳照射条件下涂料的降温效果[3-5]，但只有对实际建筑的温度变化情况进行测试，才能获得隔热涂料的真实降温效果，对此已有相关的报道[6-8]。然而，仅有降温数据，仍然无法得知可以节约多少空调用电，而这恰恰是用户最关心的内容。现有报道中，只有安邦等[8]的研究给出了空调用电量减少的实测数据。
针对此问题，本文设计了建筑的传热模型，对隔热涂料的降温效果与节电情况进行了计算和分析，为用户了解隔热涂料在建筑节能中的应用提供参考。 1隔热原理
从太阳辐射光谱可知，太阳能的50%左右集中在可见光范围内，近红外线占45%左右。外墙隔热涂料对可见光及红外光都有较高的反射率，从而可减少建筑表面吸收的热量。并且，涂料具有较高的发射率，表面吸收的热量能够较多地以长波辐射的方式向外散发而减少向室内的传热。由于在现有国家节能设计标准和热工设计规范中，目前都没有涉及发射率的问题，故此，本文对发射率也不进行考虑。
物体对热辐射的反射率、吸收率和透过率之和等于1。外墙隔热涂料为不透明物体，透过率为0，反射率与吸收率之和为1。按基尔霍夫定律，发射率等于吸收率，即反射率与发射率之和为1。JC/T1040《建筑外表面用热反射隔热涂料》对太阳反射比和半球反射率的要求分别是≥0.83和≥0.85，JG/T235-2008《建筑反射隔热涂料》是都≥0.80，似乎与基尔霍夫定律相违背。这里需要指出的是，基尔霍夫辐射定律描述的是对于单一波长的情况，而外墙隔热涂料的太阳反射比针对的是可见光和近红外光(测试波长范围:250～2500nm)，半球发射率针对的是远红外光，两者不是同一波长范围，实际上与基尔霍夫定律并不矛盾。外墙隔热涂料的反射光谱如图1所示。
玻璃隔热涂料在可见光区具有高的透过性，而在近红外光区具有高的反射率和吸收率，能够在不明显降低室内采光的情况下实现良好的隔热。由于玻璃隔热涂料
会吸收一部分太阳辐射，涂刷玻璃隔热涂料后，玻璃表面温度会升高，这是在实际应用中需注意的问题。玻璃隔热涂料的透射光谱如图2所示。
图2 玻璃隔热涂料的透射光谱
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2外墙隔热涂料 2.1降温效果
以无限大建筑中的一个房间为研究对象，太阳只能照射到此房间的西向墙体，墙体不开窗，外表面涂刷涂料，房间无外加制冷，研究对象与同一朝向相邻房间的室内温度相同。传热模型见图3。
传热模型
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房间的热量按式(1)计算：
式中:Q——房间的热量，W; tsa——室外综合温度，℃; ti——室内空气温度，℃;
K——外墙(西向)的传热系数，W/(m22K); A——外墙(西向)的面积，m2。 其中，tsa按式(2)计算:
式中:te——室外空气温度，℃; ρs——涂料的太阳反射比;
I——太阳辐射照度，W/m2(按GB50176-93附表3.3取值); αe——外表面换热系数，W/(m22K)(按 GB50176-93附表2.3取值19.0)。 房间散热量按式(3)计算：
式中:Q1——房间散热量，W; t1——建筑内部空气温度，℃;
K1——内墙(东向)的传热系数，W/(m22K); A1——内墙(东向)的面积，m2。
当室内温度稳定时，传热达到平衡，表示为式(4):