应用于可持续性建筑的耐久性冷屋顶涂料

data-full-width-responsive="true"> 0 引言可持续性的建筑不但指在建造过程中成本投入少，对环境造成负担小，更是指在建筑整个使用寿命周期内，包括日常维护、运营等过程中的成本投入和对环境的负担低[1]。在整个建筑结构中，屋面直接接收阳光辐射，对建筑在使用周期内的节能影响很大。图1 是太阳光照射到建筑物的屋顶时，被屋面反射的能量和通过屋面进入屋内能量的示意图。为了减少进入屋内的太阳能量，需要通过某种方式把阳光能量挡在房子外面[2]。通过屋面反射太阳光内的大部分能量，可减少进入屋内的热量。冷屋面的作用可以通过具有冷屋顶效果的涂料来完成。然而，一般的冷屋顶涂料的耐久性不够长，不能与整个建筑的使用寿命相匹配，造成了建筑在使用过程中需要反复涂刷冷屋顶涂料以达到持续的效果。而频繁施工造成了成本不断投入，也不断加重了环境负担。本文首先介绍了美国国家实验室对冷屋顶研究的几个基本概念参数。然后重点讨论了耐久性冷屋顶涂料对可持续性建筑的重要性和解决方案。1 关于冷屋顶的几个基本概念美国国家实验室发现积聚在太阳辐射下的建筑物表面上的热量主要取决于屋面的两个物理性能：阳光反射率和热辐射系数。11 阳光反射率TSR(Total Solar Reflectance)阳光反射率SR(Solar Reflectance)是指日光被表面反射掉的比率。一般采用光谱光度测量设备进行测试，用累计圆球光度仪测试日光中各种波长的反射情况。一般情况采用标准日光光谱进行测试。太阳能光谱能量分布见图2。测试方法采用 ASTM E903 和E892。有时人们会只测量日光中可见光部分(波长400~700 nm)的反射情况。目前，SR 普遍的计算方法是指日光中所有部分(紫外、可见光、近红外、远红外)的日光反射率，一般称为总日光反射率TSR。可见光反射率会比TSR 的数值偏低。笼统地讲，TSR 是指日光被涂层反射掉的比率。TSR决定了太阳光谱里蕴含的能量，包括储存了一半太阳辐射能的近红外区域的能量。通常TSR 越高越有利于凉爽屋顶的生成。12 热辐射系数E热辐射是用来测量物体以长波辐射的形式散发热量的能力，通常用0~1 之间的小数表示。辐射的波长通常是指5~40 m 的波长，很多建筑材料(如玻璃)对这个波长的能量是不透过的，热辐射系数E 为09。但是也有一些材料，如失去光泽的镀锌铝板的E 值很低，另外含有铝粉涂料的E 值一般为中等(05~07)。热辐射是衡量一个热物体辐射热的能力。一般可以通过工程手册查出某种材料的E 值。13 最大屋面温度升高值通过以上的两个参数TSR 和E 可以大致推算出阳光辐照下屋面温度的升高情况，但具体的情况比较复杂，牵涉的参数很多。美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)在固定几个假设的前提下，采用一个相对简单的方程式来预测屋面升温的极值。较低的屋面温度峰值对热应力的影响较小，而且有利于延长屋面的使用寿命。事实上，推测得出的是屋面温度最大升高值，根据空气的最高温度就可以大致得到屋面的最高温度。假设条件如下。(1) 屋面的最高温度主要由外部热转化引起的。(2) 屋面没有热量储存。(3) 阳光的辐射通量Io=1 kW/m2。(4) 天空温度比环境空气温度低10 ℃。(5) 红外辐射热传导系数hr=[(61W/(m2℃))E(由Stefan-Boltzmann 常数导出该热辐射参数)。(6) 标准黑色表面(阳光反射率005，红外散射09)的最高温度升幅为50 ℃。在低风速，90阳光照射下，在测量很多标准黑色表面的最大温度升高值基础上得到50 ℃这个经验值。这个值在实际情况中一般会有30%的不确定性。(7) 由上面的假设得出屋面冷却热传递系数hc=124W/(m2℃)根据上面的7 个假设条件，通过热传递方程式(1)可以推算出屋面最大温度升高值。(1-R )I o=(h c+h r)T max+h r10 式(1)式(1)中，R 是阳光反射率(一般用TSR 表示)，10 是天空温度低于环境空气温度的差值。通过代入阳光反射率R 值与红外热散射系数E 值可以推算出屋面最大温度升高值T max。