建筑“冷屋面”制品及評價與認證技術進展

劉 翼 蔣 荃

（中國建筑材料檢驗認證中心有限公司，北京 100024）

1 引言

我國建筑夏季空調能耗逐年增加，如不加強建筑隔熱措施，完成建筑節能目標將異常艱巨。在炎熱的夏季，白天陽光炙烤下的屋面溫度遠遠高于環境空氣溫度，熱量經傳導和輻射到室內，在夜晚，由于保持在屋面結構層的熱量具有滯后傳導效應，凈熱量繼續向室內傳播。屋面傳熱是造成建筑夏季空調能耗居高不下的主要因素。降低屋面面層溫度（冷屋面）將相應減少向室內的熱傳遞，從而降低空調能耗，起到節能的作用。

冷屋面還可以緩解城市熱島效應。研究表明，夏季城市中心區溫度通常比郊區溫度平均高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境，這樣就會降低城市建筑密集區空氣溫度，減少城市化學煙霧的形成。 因此，冷屋面可以降低高峰時段的能源需求和改善空氣質量。

屋面表面溫度與其太陽反射比、半球發射率有關，并進而與面層的材料、顏色等有關。在屋面涂裝反射隔熱涂料是目前最為有效的冷屋面技術。但由于缺乏較為完善的基礎性應用技術研究，工程技術層面對熱反射在節能建筑中應用的有效性尚不完全掌握，其市場推廣應用受到很大影響。

2 冷屋面在我國不同氣候區的適用性

我國幅員遼闊，處于北半球的中低緯度，地域廣闊，南北跨越多個氣候帶，冬夏持續時間長是中國氣候的一個重要特點。根據《民用建筑熱工設計標準》（GB 50176-1993），全國可分為嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區和溫和地區五個氣候區[1]，如圖1。

圖1 建筑熱工氣候分布圖

對于冷屋面的節能分析，必須從冬夏兩個季節綜合分析。在采暖、空調狀態下，建筑物外圍護墻體與外界熱環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，其外表面狀態及厚度決定了它對對流換熱和傳導阻熱的效果微乎其微，即并沒有保溫的作用。究其主要性能，主要表現為對輻射換熱的影響，即對環境熱負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，可以反射掉相當部分的太陽輻射熱，在夏季起到節約空調能耗的作用，但在冬季，則反而可能增加采暖能耗。在夏熱冬暖地區，由于沒有冬季采暖，熱反射涂料效果最為顯著。按照GB 50176-1993，嚴寒或寒冷地區沒有空調季，即不計空調能耗，采用熱反射涂料則會增加建筑能耗。過渡地區是否有利，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制性推廣，建筑冬季采暖能耗日趨平穩，甚至已經開始有下降趨勢。隨著全球變暖的影響，我國北方地區夏季越來越炎熱。以屬于寒冷地區的北京為例，2010年7月連續一個星期氣溫在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，空調用量大幅度增加，夏季空調能耗屢創新高。GB 50176-1993作為氣候分區依據的的累年氣象數據是約20年前的數據，其嚴寒或寒冷地區沒有空調季，不計空調制冷能耗的規定已經不能反映現在建筑的能耗水平，修訂工作迫在眉睫。因此，冷屋面在北方地區的應用效果如何還有待更多的數據來支撐。

正在修訂的《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》中依據不同的采暖度日數HDD18和空調度日數CDD26范圍，將嚴寒和寒冷地區進一步劃分成為表1所示的五個子氣候區。在寒冷地區B區需要計算空調能耗，并明確提出了遮陽的要求。

表1 居住建筑節能設計氣候分區

3 冷屋面在美國的評價與認證技術

美國有著系統的冷屋面評價認證技術與制度。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行評級。下文將分別進行介紹。

3.1 能源之星屋面熱性能認證[2]

能源之星項目從1999年2月開始從事屋面熱反射認證工作。截至2007年11月1日已經有約200個生產廠商的1917種產品得到能源之星屋面標識，其中有1136個金屬屋面產品和632個涂層屋面產品，占全部的92%。其他的產品有屋面膜、改型瀝青和屋面瓦等。其具體性能指標要求見表2能源之星屋面認證只要求陽光反射比但同時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年現場實際測試的結果。生產廠家首先簽署能源之星伙伴計劃協議后測定陽光反射比，如果初期和老化后的指標均達到表2的要求，填寫申請表后就可以取得認證和使用能源之星標識（圖2）。

圖2 能源之星標識

表2 能源之星屋面認證有產品性能指標的具體要求

3.2 CRRC屋面熱性能認證[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出準確、可信的評價和標識方法，以及相關知識的普及。CRRC由會員與推廣委員會、技術委員會和評級、法規與標準委員會等三個委員會組成。CRRC的核心業務是對屋面制品的熱性能進行評級。2002年完成第一個產品評級，截至2007年上半年，CRRC已有會員156家，獲證企業139家，經評級的產品874個。UL等5個 實 驗 室 取 得CRRC測 試 認可，阿克蘇諾貝爾公司和巴斯夫公司的實驗室成為CRRC認可的制造企業實驗室。

CRRC 要求測試樣品的太陽光反射比和半球發射率，以及涂料的厚度。CRRC最大的特點是按顏色系進行測試。

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品定性過程的理念。CRRC 已經建立了可供銷售商選擇的18個顏色系，銷售商可以挑選這18 個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獨立的顏色系組。例如，如果一個金屬卷材涂料供應商有兩條主要的產品線（PVDF或硅改性聚酯），通過這兩條產品線，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，選擇建立一個顏色系組。CRRC 已經定義了每個顏色系（表3）的色彩限值（采用Lab顏色體系），并規定了太陽光反射(SR)比和半球發射率(ET)的限值。

表3 顏色系和性能要求

CRRC標識見圖3所示，標識右上部是性能參數值。CRRC的標識管理制度中強制進行抗老化性能的測試，抗老化測試是由認證實驗室送交樣品給認證抗老化實驗場（Approved Test Farm）進行為期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，才可以頒發證書，允許使用CRRC標識。

圖3 CRRC屋面面層熱性能標識

4 我國標準對建筑冷屋面的相關要求

表4 熱反射隔熱涂料標準要求

4.1 反射隔熱涂料標準的要求

國內目前已發布執行的相關國家、行業標準有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為兩個標準中與節能相關的性能要求。從表4中可以看出，兩個標準都僅對白色樣品提出了SR的要求，沒有對多顏色系進行規定。JC/T 1040沒有考慮涂層積塵后對節能效果的影響，且老化時間較短。而JG/T 235沒有考慮涂層粉化對節能效果的影響，但引入了較為直觀的隔熱溫差測試；考慮了耐玷污試驗對涂層節能效果的衰減作用，但實踐表明GB/T 9780-2005的試驗結果與涂層尤其是金屬烤漆戶外耐積塵及自清潔性能的實際情況相差甚遠。

4.2 冷屋面制品標準

正在制訂中的建工行業標準《熱反射金屬屋面板》為我國首個冷屋面制品的產品標準。本標準將采用SR、ET和實測的節能指標作為評級依據，標準編制組開發了測試設備。通過對太陽輻射、空氣對流傳熱等實際工況的模擬，表征熱反射金屬屋面板的隔熱性能。最終的技術指標需要通過進一步的驗證試驗以確定。

本標準將充分考慮老化與積塵對樣品節能效果的影響，將探索與涂層板戶外積塵結果一致的實驗室方法。同時，本標準還將各種不同顏色的技術要求。

4.3 節能設計標準對冷屋面的規定

正在修訂的《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》中則對使用反射隔熱涂料作為節能手段的建筑給出了熱阻當量值（表5），即使用冷屋面可以降低對屋面K值的要求。

表5 冷屋面的當量附加熱阻

5 結語

冷屋面可以有效地降低夏季空調能耗和峰值用電，緩解城市熱島效應。美國對冷屋面有完整、系統的評價與認證技術，但在我國才剛剛起步。由于相關標準制訂、修訂的滯后或技術缺陷，影響了冷屋面在我國的發展。通過對冷屋面評價與認證技術的研究，制訂、修訂相關標準，將對冷屋面在我國的應用與發展起到積極的促進作用。

[1] GB 50176-1993《民用建筑熱工設計標準》

[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] 《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》報批稿