建筑反射隔热涂料在民用建筑中的应用

刘鹤群，李厚培

（湖南大学土木工程学院，湖南 长沙 410000）

0 引言

近年来，我国大力提倡绿色建筑，不断完善建筑节能设计标准和规范， 部分保温材料因其耐火性能不佳而逐渐淘汰。 为了代替这些保温材料，需要提出更合适的保温方案。 文章将采用一种配套使用的建筑反射涂料， 以湖南省长沙市某民用建筑为例， 通过计算该建筑使用隔热涂料前后围护结构的夏季冷负荷， 研究建筑反射隔热涂料在民用建筑上的理论节能效果。

1 建筑反射涂料

采用由MDC-IR 型和MDC-I 型涂料配套使用的建筑反射涂料。其中MDC-IR 型反射隔热水性涂料是一种反射辐射效果显著、隔热性能优良的建筑涂料。 涂料内含高效率反射功能的纳米无机颗粒，使其对太阳光的辐射热量反射高达约90%，从而实现降低阳光照射带来的温升，是目前户外阳光热辐射隔热最有效的手段之一。该涂料除了具有高效的保温节能性能外， 还具有超强的耐候性以及水溶性。 涂料的基本热工性能均符合GB 25261—2018《建筑用反射隔热涂料》中的规定，其基本性能的测试结果如表1 所示。

表1 MDC-IR 型反射隔热水性涂料基本性能测试结果

与MDC-IR 型涂料配套使用的MDC-I 型水性保温涂料是一种由气凝胶和玻璃微珠混合构成的建筑保温涂料。 其导热系数低至0.045 W/h·K，内含导热系数极低的玻璃微珠，该类玻璃微珠比表面积很大，使其涂膜内气孔壁的分子振动热传导和对流热传导率接近0， 因而具有优秀的保温隔热性能。

2 项目概况

2.1 建筑概况

建筑位于湖南省长沙市，属于夏热冬冷地区。数据参考GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》以及DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑节能设计标准》。 建筑功能为旅店客房，房间类型为轻型。 建筑外形近似长方体，体形系数为0.36。建筑南北向墙长120 m，东西向墙宽240 m，每层层高3 m，共三层，整栋建筑内全部为空调区域，夏季室内设计温度26 ℃，窗墙比35%。

2.2 围护结构热工参数

参考GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》以及DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑节能设计标准》，为建筑选取符合节能设计标准的围护结构。墙体选取国标中规定的2 号墙体，热惰性系数为0.16，传热系数为0.79 W/(m2·℃)。 屋面选取2 号屋面， 热惰性系数为0.27， 传热系数为0.77 W/(m2·℃)。 外遮阳修正系数Cw为0.9；内遮阳修正系数Cn为0.8；玻璃修正系数Csr为0.95；窗户的传热系数为3 W/(m2·℃)。

3 综合传热系数

3.1 未使用涂料下的墙体传热系数

按照GB 50736—2012 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中空调区夏季冷负荷的非稳态计算方法，通过围护结构传入的非稳态传热形成的逐时冷负荷，按照式（1）~（3）计算：

参考DBJ43-001—2017《湖南省居住建筑节能设计标准》，式（1）~（3）中围护结构的传热系数应包括结构性热桥在内的平均传热系数。 以外墙为例，平均传热系数按式（4）计算：

外墙受周边热桥的影响， 其加权平均传热系数Km按式（5）计算：

而外墙主体部分的传热系数Kp的详细计算公式如下，具体参数解释可参考式（6）：

由式（1）~（6）可知，外墙的传热系数综合考虑了墙体内外表面的对流换热、墙体各材料层导热、空气间层的热阻及墙体周边的热桥效应， 决定了围护结构传热而形成的逐时冷负荷大小。 外围护结构的夏季冷负荷来自室外热空气与太阳辐射。太阳辐射中被外围护结构吸收的辐射传热量不能由围护结构的综合传热系数来表征，而被外墙、屋面等围护结构的逐时冷负荷计算温度考虑在内。

围护结构的逐时冷负荷计算温度twlq、twlm和twlc可以通过查询GB 50736—2012 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中的附录得到，但国标中并未公布逐时冷负荷计算温度的计算方法。

3.2 使用涂料下的墙体传热系数

国标中在考虑太阳辐射换热量时， 规定一般墙体的太阳辐射吸热率为0.9，因此计算出的空调夏季冷负荷包含了围护结构对太阳辐射的吸热量，忽略了墙体自身对大气窗口的放热量。 而在使用了MDC-IR 型反射隔热水性涂料后， 围护结构外表面的太阳辐射吸收率从0.9 变为0.14，同时围护结构外表面的半球反射率远大于无涂料时普通墙体的半球反射率。 一方面， 太阳辐射吸热量减小，增大了反射隔热热阻；另一方面，半球反射率的增大， 使得围护结构对大气窗口的辐射放热量增加，增大了辐射隔热热阻。 而配套使用的MDC-I型水性保温涂料， 能够补偿因拆除原保温墙体材料而引起的导热热阻的缺损， 同时也具有一定的反射效果。 因此，使用配套反射涂料，相当于在原墙体的热阻上增加了一个由涂料带来的反射隔热热阻和一个辐射隔热热阻。

T-CECS 835—2021《气凝胶绝热厚型涂料系统应用技术规程》中给出了墙体自身对大气窗口辐射放热量的计算方法。 该规程对墙体与外太空大气窗口的辐射换热系数做出了定义。 其辐射换热系数Cs的计算公式如式（7）所示：

各项参数计算或取值详见规程。 考虑到取值和计算的便捷性，夏热冬冷、夏热冬暖地区采用隔热涂料后外墙表面辐射换热热阻均采用固定值0.16，即

TCECS 750—2020 《建筑反射隔热涂料应用技术规程》中给出了夏热冬冷、夏热冬暖地区外墙或屋面使用反射隔热涂料后的传热系数，计算公式如式（8）所示：

等效热阻Req可按照规程中给出的表B.0.1 和表B.0.2 取值。 本项目使用的MDC-IR 型反射隔热水性涂料依据规程，其等效热阻的取值如表2 所示。

表2 外墙或屋面使用反射隔热涂料的等效热阻

表3 使用涂料前后围护结构传热系数

4 夏季围护结构逐时冷负荷计算

考虑到建筑反射隔热涂料仅适用于建筑外围护结构传热引起的冷负荷，将通过计算节能率来衡量反射隔热涂料的节能效果。

夏季围护结构逐时冷负荷包含以下两部分：

（1）通过围护结构传入的非稳态传热形成的逐时冷负荷，按式（1）~（3）计算。

（2）透过玻璃窗进入的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷，按照式（10）计算：

而建筑负荷节能率η 按式（11）计算：

式中： Q—不采用建筑涂料时的围护结构冷负荷（kW）；Qtl—采用建筑涂料时的围护结构冷负荷（kW）。

最终计算结果如表4 所示。 由表4 可知，使用建筑反射涂料后， 外墙夏季冷负荷减少36.7%，屋面夏季冷负荷减少42.9%，围护结构的总冷负荷较使用前削减26%。 因此，配套使用MDC-IR 型反射涂料和MDC-I 型保温涂料来代替XPS 发泡板的方案存在可行性。

表4 最终节能率

将配套反射涂料应用于其他地区，也达到了一定节能效果，如表5 所示。

表5 其他地区节能率

5 结语

配套使用了MDC-IR 型反射隔热水性涂料和MDC-I 型水性保温涂料 （气凝胶与玻璃微珠混合构成），以湖南省长沙市某民用建筑为例，通过计算该建筑使用反射隔热涂料前后围护结构的夏季冷负荷，研究建筑反射隔热涂料在民用建筑上的理论节能效果。经过计算发现建筑围护结构在使用该类涂料后， 外墙和屋面的夏季冷负荷有了明显的减小，其综合节能率可达26%，保温隔热性能显著。