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      冷"屋面在美國的發展方興未艾

      作者: ZX 時間:1414655941 點擊次數:
      摘要:當今,在美國屋面行業中最熱門的話題之一就是"冷"屋面。在適當的氣候條件下,尤其是在溫暖氣候地區使用"冷"屋面,可以使建筑業主、屋面承包商直接從中獲得經濟效益,因此推動了這種屋面的應用。


        當今,在美國屋面行業中zui熱門的話題之一就是"冷"屋面。在適當的氣候條件下,尤其是在溫暖氣候地區使用"冷"屋面,可以使建筑業主、屋面承包商直接從中獲得經濟效益,因此推動了這種屋面的應用。另一方面,由于美國聯邦政府、州政府出于節能的考慮,采取了一種積極的鼓勵政策和其他一些經濟刺激措施,例如加利福尼亞州就有退稅計劃,也推動了這類屋面的使用。
       
        "冷"屋面的定義什么是"冷"屋面,至今尚沒有明確的定義。根據與"冷"屋面有關的法規,可以將"冷"屋面定義為反射率(Albedo)大于0.65和熱輻射系數大于0.75的屋面?。
       
        一般來說,如果材料表面反射太陽能的能力強,即反射率大,并且還能輻射其吸收的大部分熱量,即熱輻射系數大,則材料表面溫度低。對屋面而言,屋面表面溫度低,對于暖和地區的建筑物是十分有利的。換言之,兩種指標數值越高,則越有利。有數據表明,高吸收黑色屋面材料,其表面和周圍溫度之差可高達50 ℃,而高反射淺色屋面材料該溫差僅為11.1 ℃。
       
        勞倫斯伯克利國家實驗室研究人員對不同屋面材料進行對比試驗。試驗時環境空氣溫度為12.8 ℃。各種材料測得的zui高溫度如下:黑色丙烯酸涂料,61.1 ℃;鍍鋅鋼板,58.9 ℃;黑色丙烯酸涂料,50.6 ℃;紅外線反射膜,普通"白"玻纖瀝青油氈瓦,47.8 ℃;粘土陶瓦,44.4 ℃;紅色丙烯酸涂料,41.4 ℃;淺綠丙烯酸涂料,40 ℃;白色丙烯酸涂料,23.3 ℃;超白丙烯酸涂料,8.3 ℃。
       
        可見,幾種法規對反射率的規定大致相似,約0.65左右。只有環保署能源部對陡坡屋面反射率的規定為0.25,這是因為目前能夠提供的陡坡屋面材料(白色瀝青屋面瓦)其反射率僅為0.25.熱輻射系數的范圍則較廣,環保署能源部"節能之星"中沒有考慮熱輻射系數。熱輻射系數低可能會成為問題,可使屋面溫度較高。
       
        碳氫化合物類材料如瀝青、聚合物以及大部分無機建筑材料如石材、磚的熱輻射系數均接近0.90,而所有的金屬則均小于0.60.有些屋面材料如黑色EPDM和某些涂料,據文獻報道其熱輻射系數值為0.80.實際上熱輻射系數是一種"表面"現象。當在金屬表面涂上一層涂膜,則金屬的熱輻射系數就等于涂膜的熱輻射系數,這樣涂有淺色涂料的金屬屋面其熱輻射系數仍可接近0.90. 2 "冷"屋面的優點根據定義,"冷"屋面的反射率和熱輻射系數均比較高,因此"冷"屋面受到太陽照射時有相對比較低的表面溫度。眾所周知,通過屋面-天花板的熱量是與屋面和天花板二者的溫差成正比的。屋面表面溫度低,通過屋面進入建筑物內部的熱量減少,從而減輕了空調的負荷。研究表明節能效果也與屋面材料的太陽反射能力密切相關,深灰色屋面只反射與太陽光有關的熱量的8%,而白色(瀝青油氈)瓦和粘土瓦的反射能力分別為25%和34%。白色金屬和水泥瓦可反射太陽能達66%和77%。當然進入建筑物的熱量的多少還與另一個因素有關,即整個屋面結構的R值。R值越大保溫性能越好,進入建筑物內部的熱量就少。因此從屋面角度考慮,空調負荷既與屋面的"冷"度有關,也與屋面保溫材料的性能、厚度等因素有關。兩者之間有一個平衡的問題。勞倫斯伯克利實驗室研究人員稱對加利福尼亞和佛羅里達多個建筑物的測試表明,將屋面涂刷成白色可以使空調負荷降低15%~50%,具體多少取決于屋面下保溫層的厚度、整個建筑物的熱工性能以及氣候條件。
       
        "冷"屋面能減輕空調負荷得到美國采暖、制冷、空調工程師協會(ASHRAE)的承認,作為美國能源法規基礎的ASHRAE90.1zui新版就考慮了"冷"屋面(按ASHRAE規定"冷"屋面反射率為0.70,熱輻射系數為0.75)下保溫材料的減少。
       
        此外,"冷"屋面還有其他一些優點,如延長屋面使用壽命,保護環境和降低大城市中的熱島效應。
       
        屋面的使用壽命很大程度上與屋面材料的老化有關,后者常常是由化學反應引起的,通常溫度每提高10 ℃,化學反應速度可加快一倍。因此,一般而言,屋面溫度較低,老化速度變慢,也就延長了屋面的使用壽命。但是由于不同類型卷材之間老化化學方面的差別,我們只能這樣認為,化學成分屬同一類的卷材,淺色的或反光的要比深色的使用壽命長。這一看法并不適用于EPDM,很難講白色的EPDM比黑色的EPDM使用壽命長,因為黑色EPDM中的碳黑具有很好的阻擋紫外線的能力而紫外線也是材料發生老化的另一個重要原因。
       
        屋面的壽命是一個重要的經濟和環境問題,屋面使用壽命延長,相對降低了屋面的費用。屋面更新時間的延緩,相對地減少了舊屋面材料的拆除量和新屋面材料的使用量。這一點對保護環境是十分有利的。另外,采用"冷"屋面還明顯降低了屋面維修費用。這里指的是屋面系統本身的維修費用,實際上在制冷設備的費用方面也可以省錢,因為空調的負荷減少了,設備的運行時間可以減少,壽命得到延長,也推遲了設備更新時間。而且在必須更換設備時,制冷設備可以選用得比原來的小些。
       
        "冷"屋面還有一個主要的優點就是減輕了城市的熱島效應。20世紀80年代和90年代,勞倫斯伯克利國家實驗室研究人員發現城區要比周圍鄉村地區的溫度高約1.7~2.5 ℃。其主要原因:一是城區比周圍鄉村地區植被少,這一點對城區溫度升高的貢獻占56%;二是城區黑色屋面的熱輻射作用,其對溫升的貢獻占38%,其余為路面等占6%??梢娢菝媸窃斐沙鞘袩釐u效應的主要原因之一。城市熱島效應使美國一年多支出超過20億美元,相當于整個美國峰電需要的5%~10%。熱島效應可以使居民感到很不舒服,增加了能源的費用,而且較高的溫度會使空氣受污染的程度增加,從而對人類的健康產生危害。
       
        有人相信廣泛地采用各種降低熱量的措施,包括"冷"屋面材料的采用,zui終會使城市的溫度下降2.8 ℃。以洛杉磯為例,據估計每年空調費用以及由污染引起的費用可節約5億美元。如果冷屋面概念能廣泛得到接受的話,全美國在空調費用和污染責任方面的費用的節約總數(包括直接和間接的費用)高達50億美元。
       
        美國許多城市參與所謂"冷"社區計劃,即通過植樹、增加植被、促進"冷"屋面的使用等措施來降低城區和郊區之間的溫差。熱島效應不能單靠"冷"屋面的推廣使用來解決,因為如上所述其對溫差的貢獻充其量只有38%。
       
        研究和應用目前,在美國,建筑業主和屋面承包商對"冷"屋面已經有了一定程度的認識,隨著試驗研究和工程應用不斷擴大,這種認識正在不斷提高。在試驗研究方面,一些重要的部門進行了多項與"冷"屋面有關的研究。例如,美國環保署能源部委托勞倫斯伯克利國家實驗室進行一項為期兩年的研究計劃以監測和驗證"冷"屋面對夏季空調費用的減少以及降低峰電需求的效果。美國國家航空和航天管理局城市熱島效應試驗項目研究了屋面和其他來源例如黑色路面等釋放熱量的情況,一些公司也對此表現出很大的熱情。例如佛羅里達電力照明公司對使用六種不同屋面材料的住宅包括深灰色瀝青油氈瓦、白色瀝青油氈瓦、白色平瓦、白色S形瓦、粘土S形瓦和白色金屬的空調費用狀況進行研究。
       
        在工程應用方面,一些大型建筑、車庫利用"冷"屋面概念選擇屋面材料,取得了很好的節能效果。例如,美國zui著名的"冷"屋面之一,路易斯安那超大圓屋面采用聚異氰酸酯作保溫材料,上面鋪設EPDM防水材料,再在EPDM的表面上涂白色丙烯酸涂料;謝潑茲維爾的錫達格羅夫配送中心建筑面積約35300 m2的屋面采用白色TPO卷材;2001年竣工的建筑面積37 160 m2的某建筑采用了滲耐公司(Sarnafil)冷屋面系統等等。據報導,在減少空調負荷、節能方面取得很好效果的例子還很多。
       
        伯克利國家實驗室的研究人員認為,白色反光卷材用在大型建筑的屋面上可以馬上給業主以經濟上的回報。他們對奧斯汀一家大型零售企業約10 000 m2黑色橡膠屋面換成滲耐公司提供的反光屋面卷材后,進行了跟蹤,發現在基本使用期內每年空調費可節省約7 200美元,還不包括在稅收和其他公共費用上節約的支出。據估計,在卷材使用期間按現行價格計算總共可節省約62 000~72 000美元。此外,還可從奧斯汀節能和反光屋面使用的鼓勵政策中得到幾千美元的獎勵。雖然白色熱塑性屋面卷材的價格較高,但正好與橡膠屋面較高的施工費用相抵。因此,這種屋面會立即產生經濟效益。
       
        從以上簡要的介紹中,我們可以看到"冷"屋面在美國的發展方興未艾。隨著這種屋面在工業、商業、住宅中的應用不斷增加,實驗研究的不斷深入,它將被越來越多的人所認識??梢韵嘈?,"冷"屋面必將在屋面系統中占有一定的位置,與之相關的設計、材料和施工等也會變得越來越成熟。國內從事這一領域工作的同行們,能否從中得到一點啟示呢?

        本文轉載自建設工程教育網:http://www.jianshe99.com/html/2006%2F4%2Fxi00472641117460022530.html

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