反射隔热涂料节能降温效果探讨
□ 张仁哲, 刘东华, 赵雅文, 周静静
(富思特制漆(北京)有限公司，北京 100023)

0 前 言
反射隔热涂料是近年发展起来的一种新型节能材料，它是指具有较高太阳能反射率和半球辐射率，可以达到明显隔热效果的涂料[1]。GB/T 25261-2010中规定反射隔热涂料的反射率≥80%，辐射率≥80%。众所周知，太阳光主要由紫外光、可见光和红外光组成，其中红外光占太阳辐射能量的45%，可见光占50%，紫外光占5%。反射隔热涂料中含有的高反射率和高辐射率的功能材料将太阳能通过反射和热辐射的形式隔绝在建筑体外，从而达到节能降温的目的。
实际测试证明，反射隔热涂料对于降低被晒建筑物表面温度和室内温度的效果明显[2-5]。但是反射隔热涂料的节能降温理论计算一直以来存在着较大的争议。GB/T 25261-2010《建筑用反射隔热涂料》中引入了等效涂料热阻的概念来计算隔热涂料的节能效果。谭亮研究了反射隔热涂料反射率以及墙体传热系数对夏季室内降温与节能效果的影响[6]。但现有的节能计算中往往只研究反射率对节能降温的影响，而辐射率的影响却被忽略。此外，太阳辐射强度、风速等外界环境条件对反射隔热涂料节能降温效果的影响也鲜有报道。本文针对以上存在的问题，建立了具体的研究模型，研究了反射隔热涂料对房屋外表面温度和室内温度的影响，探讨了两种不同外界环境条件下反射隔热涂料降温效果。

1 研究模型的建立
试验以北京夏季气候作为研究条件，具体为室外温度Ta=308 K(35 ℃)，室外风速v=3 m/s，太阳辐射强度I=1 003 W/m2 [7]。由于建筑物屋顶的太阳辐射大，反射隔热涂料的作用更加明显，更易看清变化趋势，因而我们选取无限大建筑顶层的一个房间为研究对象，屋顶与水平面夹角不大于9.2°[8]，太阳只能照射到此房间的屋顶。屋顶外表面涂刷反射隔热涂料，研究对象与相邻房间室内温度相同。屋顶的传热系数K=1.5 W/(m2·K)，屋内其他墙体(包括地板)的传热系数K'=2 W/(m2·K)，建筑内部温度T'=299 K(26℃)，以下模拟计算如无特殊说明均按以上条件计算。
传热模型如图1所示。

2 反射隔热涂料节能降温分析
建筑物使用反射隔热涂料后建筑物外表面具有较高的反射率和辐射率，直接的效果就是降低房屋外表面温度和室内温度。下面从房顶外表面温度和室内温度两个方面来研究反射隔热涂料的节能降温效果。
2.1 外表面温度Tsf
在导热系数等于零的情况下(对流和辐射传热系数之和远大于导热系数时，导热系数约等于零)，屋顶外表面的温度满足式(1)关系[8]：

式(1)中：
ρ——太阳能反射系数；
I ——太阳能辐射强度， W/m2；
ε ——屋顶辐射率；
σ ——斯特潘-波兹曼常数，5.67×10-8 J/(s·m2·K4)；
Tsf ——屋顶外表面温度，K；
Tsky ——天空温度，K，按ISO13790-2008中11.4.6规定取值Ta-11 K；
hc ——对流传热系数，W/(m2·K)；
Ta ——室外温度，K。
对流传热系数hc按式(2)计算[10]：
hc =4 + 4v (2)
式(2)中：
v——室外风速，在本研究条件下v取3 m/s。
在给定研究条件下，屋顶外表面温度Tsf是太阳能反射系数ρ和屋顶辐射率ε的函数，如式(3)：
Tsf=f(ρ,ε) (3)
由(1)式计算可得，屋顶外表面温度Tsf随太阳能反射系数ρ和屋顶辐射率ε的变化如图2所示。

由图2可知，屋顶的反射率和辐射率与其外表面温度关系密切。当屋顶外表面的反射率和辐射率升高时可以显著降低屋顶表面温度。在设定的条件下，屋顶外表面的反射率由0变化到1(反射率和辐射率在实际情况不可能达到0或1，这里仅用来说明变化趋势，下同)，辐射率等于0.9时，屋顶外表面温度由348K变化到305 K，温度下降43 K。当辐射率由0变化到1，屋顶外表面的反射率等于0.5时，屋顶温度由339 K变化到326 K，温度下降13 K。并且可以看出，反射率越小，屋顶辐射率的变化(ε1→ε2)对屋顶表面温度影响越明显；辐射率越小，屋顶反射率的变化(ρ1→ρ2)对屋顶表面温度影响越明显。在设定条件下水泥基底(ρ=0.3, ε=0.95)对应的表面温度约为335.5 K；普通涂料(ρ=0.5, ε=0.9)[7]对应表面温度328.4 K，而反射隔热涂料(ρ≥0.8, ε≥0.8)对应表面温度不高于314.8K。可见屋顶使用反射隔热涂料后表面温度相对于水泥基底下降20.7 ℃，相对于普通涂料下降13.6 ℃。