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20世纪90年代，美国开始推行“冷屋面”（Cooling Roof）计划。所谓冷屋面，即外表面材料对太阳光具有很高的反射率（尤其是近红外波段）以及长波波段高反射率的屋面系统，其表面温度比传统屋面大幅度降低。
一、冷屋面发展现状
冷屋面近些年是个热门话题，是行业杂志和屋面研讨会经常谈论的话题。围绕冷屋面的讨论如此广泛，以致冷屋面被误认为是一个创新的理念。实际上，冷屋面概念由来已久，浅色的热塑性片材及各种涂料已沿用几十年，有些材料至今没有变化。20世纪60、70年代北美和欧洲的一些类似工程至今仍在使用
冷屋面就是使用反射材料减缓太阳热量传递，可削减负荷到20%。此项技术已经在许多发达国家的屋面上应用（美国、日本、新加坡等），其中日本的白色屋顶可以占据60%以上的面积，而美国更为普遍。由美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）和ORNL组建的一个工作组在加州的6个不同气候区（由温带到寒带气候）建立7个试验场地。而隆克门托市市政设施管理处也正在其服务领域的冷屋顶试验房屋上测量节能效果和室内温度的变化。不仅如此，美国专门设立了系统的冷屋面评价认证技术与制度。能源之星（energy star）和美国屋面制品热性能评级理事会（CRRC）对屋面面层的热性能进行评级。
而我国目前刚刚发行的建工行业标准《热反射金属屋面板》为我国首个冷屋面制品的产品标准。该标准将采用SR、ET和实测的节能指标作为评级依据，标准编制组开发了测试设备。在使用方面，我国尚处于空白阶段。
笔者所在公司仿照美国冷屋面的叫法，定义使用航天军转民产品太阳热反射涂料的建筑物屋面为“凉爽屋面”。凉爽屋面是专门为使用太阳热反射涂料的建筑物屋面而命名的，使用航天军转民产品太阳热反射涂料涂刷在建筑物屋面上，使其对太阳光形成很好的阻隔作用，减缓太阳热量传递，可削减负荷到20%。普通冷屋面的特点是浅色表面，可用于商业设施的平层面或低坡度屋面上。
二、隔热涂料种类及隔热技术
太阳光主要由紫外光、可见光和红外光组成，而热量主要来源于红外光（占总能量的50%）。太阳热反射涂料就是把太阳光中红外光的热量反射掉，从而起到隔热作用的功能性涂料。根据建筑隔热涂料的隔热机理和隔热方式不同，将其分为阻隔型隔热涂料和太阳热反射涂料。
1.阻隔型隔热涂料
阻隔型隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性来实现隔热的涂料，应用最广泛的阻隔型隔热涂料是硅酸盐类复合涂料。这类涂料是20世纪80年代发展起来的一类新型隔热材料，如复合硅酸镁铝隔热涂料、稀土保温涂料、涂覆型复合硅酸盐隔热涂料等。由于存在自身结构带来的缺陷，如干燥周期长，施工受季节和气候影响大，抗冲击能力弱、干燥收缩大、吸湿率大、对墙体的黏结强度偏低以及装饰性差等，阻隔型隔热涂料有待进一步改善。2.太阳热反射涂料
太阳热反射涂料是在铝基反光隔热涂料的基础上，通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物颜填料及生产工艺，制得高反射率涂层，反射太阳光来达到隔热目的。在各类降温涂料中，利用反射太阳辐射红外波段的能量来达到降温目的是当前普遍采用的方法之一。对用于军事领域的深色降温涂料，颜色向深灰色甚至黑灰色转变，由于对涂层在可见光区域反射率的限制，所以只能尽量提高涂层在近红外区的反射性能和热辐射性能，以达到最佳的降温效果。
三、凉爽屋面的节能效果分析
一般认为，在太阳能量分布中，紫外光（250～380nm）占太阳辐射能量的5%，可见光（380～780nm）占太阳辐射能量的45%，红外光（780～2 500nm）占太阳辐射能量的50%，详见图1。
主要影响凉爽屋面效果的指标为太阳热反射涂料的太阳热反射率和红外发射率。因此，提高太阳能反射率和红外发射率可以达到较好的隔热效果。
1.提高太阳能反射率，降低吸收的太阳热辐射
一般形容材料对太阳光的吸收能力通常用太阳能反射比来表示，也就是反射的太阳光能量与入射的太阳辐射能通量之比值。一般来说，标准黑色的太阳能反射率为0.05而标准白色的太阳能反射率0.80。相应的屋面材料颜色越深，则太阳能反射比越低，大部分材料的太阳能反射比都在0.05～0.8范围内，但也有少数白色涂料超过0.8，像本文介绍的太阳热反射涂料的太阳能反射比一般都可以达到0.86甚至更高（有的可以达到0.91）。因此增加反射太阳辐射能通量可以通过提高太阳能反射比实现，从而降低吸收太阳热辐射。
2.提高红外发射率，增加对外的热辐射
当物质微观粒子（原子等）内部的电子受激和振动时，将产生交替变化的电场和磁场，所发出电磁波向空间传播，即为热辐射。从本质上讲，热辐射和其他所有各种辐射一样，都是电磁波。它们之间的内在区别是导致发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是发射的波长不一样，以及吸收该电磁波之后所引起的效应不同。热辐射的特点与导热及对流有着显著的不同之处。
任何物体只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；可以在真空中传播；具有强烈的方向性为辐射率（发射率，半球发射率），热辐射体在半球方向上的辐射出射度与处于相同温度的黑体的辐射出射度之比值。
3.模型效果分析
根据美国ASTM E1980中的计算公式，（1-ρ）I=εσ（T4sf-T4sky）+hc（Tsf-Ta）屋面吸收的太阳热能等于辐射传热和对流传热之和。而根据公式（Tsa-Ti）·K·A=（Ti-T’）·K’·A可以进行计算室内温度。
以北京夏季气候作为研究条件，具体为室外温度Ta=308K（35℃），室外风速v=3m/s，太阳辐射强度I=1 003W/m2，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=1.5W/m2·K，屋内其他墙体（包括地板）的传热系数K’=2W/m2·K，建筑内部温度T’=299K（26℃）
取水泥反射率=0.3，辐射率=0.95；普通涂料反射率=0.5，辐射率=0.9；凉爽屋面反射率=0.8，辐射率=0.8；这样可以计算出屋面外表温度和室内温度，见图2、图3。
在设定条件下，屋顶使用反射隔热涂料其表面温度比水泥基底低20.7℃，比使用普通涂料低13.6℃。在设定条件下屋顶使用反射隔热涂料其室内温度比水泥基底低8.9℃，比使用普通涂料低5.4℃。
4.凉爽屋面在屋面应用案例中的节能效果研究
选取实际的2个房间屋面，涂刷成凉爽屋面，对比内容包括屋顶表面、离地面1.5m、离地25cm处的温度变化（见图4）。在连续测量一个月的时间内，记录的温度变化曲线见图5。
表3中得出3个不同的部位的温度差值，房间一般测量温度在离地面1.5米的位置，相差温度为3.2℃。如果以温度降低一度空调节能为8%计算，则使用凉爽屋面在案例中的房间使用可以节约20%左右的电量。
四、结语
凉爽屋面能大幅度降低屋面内、外表面的温度；减少进入建筑物内部的太阳辐射热量，减轻空调的负荷，增加室内环境的舒适度。根据各地区所处的气候和地域条件，合理地利用凉爽屋面，改善建筑的热舒适环境并降低空调能耗，是建筑节能的重要措施之一。值得指出的是，我国夏热冬暖地区和夏热冬冷地区面积约200余万km2，居住人口占全国人口的50%以上，国内生产总值占全国的60%以上，是人口密集、经济发达且建筑面积庞大的地区；同时，这2个地区夏季用电也最紧张，夏季生活用电（很大比例是空调用电）与工商业用电的矛盾在空调期最为突出。因此，若能通过凉爽屋面等措施大幅度地降低这2个地区的夏季空调负荷，必将大大缓解该地区的夏季缺电问题，带来可观的经济效益、社会效益和环保效益。
一、冷屋面发展现状
冷屋面近些年是个热门话题，是行业杂志和屋面研讨会经常谈论的话题。围绕冷屋面的讨论如此广泛，以致冷屋面被误认为是一个创新的理念。实际上，冷屋面概念由来已久，浅色的热塑性片材及各种涂料已沿用几十年，有些材料至今没有变化。20世纪60、70年代北美和欧洲的一些类似工程至今仍在使用
冷屋面就是使用反射材料减缓太阳热量传递，可削减负荷到20%。此项技术已经在许多发达国家的屋面上应用（美国、日本、新加坡等），其中日本的白色屋顶可以占据60%以上的面积，而美国更为普遍。由美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）和ORNL组建的一个工作组在加州的6个不同气候区（由温带到寒带气候）建立7个试验场地。而隆克门托市市政设施管理处也正在其服务领域的冷屋顶试验房屋上测量节能效果和室内温度的变化。不仅如此，美国专门设立了系统的冷屋面评价认证技术与制度。能源之星（energy star）和美国屋面制品热性能评级理事会（CRRC）对屋面面层的热性能进行评级。
而我国目前刚刚发行的建工行业标准《热反射金属屋面板》为我国首个冷屋面制品的产品标准。该标准将采用SR、ET和实测的节能指标作为评级依据，标准编制组开发了测试设备。在使用方面，我国尚处于空白阶段。
笔者所在公司仿照美国冷屋面的叫法，定义使用航天军转民产品太阳热反射涂料的建筑物屋面为“凉爽屋面”。凉爽屋面是专门为使用太阳热反射涂料的建筑物屋面而命名的，使用航天军转民产品太阳热反射涂料涂刷在建筑物屋面上，使其对太阳光形成很好的阻隔作用，减缓太阳热量传递，可削减负荷到20%。普通冷屋面的特点是浅色表面，可用于商业设施的平层面或低坡度屋面上。
二、隔热涂料种类及隔热技术
太阳光主要由紫外光、可见光和红外光组成，而热量主要来源于红外光（占总能量的50%）。太阳热反射涂料就是把太阳光中红外光的热量反射掉，从而起到隔热作用的功能性涂料。根据建筑隔热涂料的隔热机理和隔热方式不同，将其分为阻隔型隔热涂料和太阳热反射涂料。
1.阻隔型隔热涂料
阻隔型隔热涂料是通过对热传递的显著阻抗性来实现隔热的涂料，应用最广泛的阻隔型隔热涂料是硅酸盐类复合涂料。这类涂料是20世纪80年代发展起来的一类新型隔热材料，如复合硅酸镁铝隔热涂料、稀土保温涂料、涂覆型复合硅酸盐隔热涂料等。由于存在自身结构带来的缺陷，如干燥周期长，施工受季节和气候影响大，抗冲击能力弱、干燥收缩大、吸湿率大、对墙体的黏结强度偏低以及装饰性差等，阻隔型隔热涂料有待进一步改善。2.太阳热反射涂料
太阳热反射涂料是在铝基反光隔热涂料的基础上，通过选择合适的树脂、金属或金属氧化物颜填料及生产工艺，制得高反射率涂层，反射太阳光来达到隔热目的。在各类降温涂料中，利用反射太阳辐射红外波段的能量来达到降温目的是当前普遍采用的方法之一。对用于军事领域的深色降温涂料，颜色向深灰色甚至黑灰色转变，由于对涂层在可见光区域反射率的限制，所以只能尽量提高涂层在近红外区的反射性能和热辐射性能，以达到最佳的降温效果。
三、凉爽屋面的节能效果分析
一般认为，在太阳能量分布中，紫外光（250～380nm）占太阳辐射能量的5%，可见光（380～780nm）占太阳辐射能量的45%，红外光（780～2 500nm）占太阳辐射能量的50%，详见图1。
主要影响凉爽屋面效果的指标为太阳热反射涂料的太阳热反射率和红外发射率。因此，提高太阳能反射率和红外发射率可以达到较好的隔热效果。
1.提高太阳能反射率，降低吸收的太阳热辐射
一般形容材料对太阳光的吸收能力通常用太阳能反射比来表示，也就是反射的太阳光能量与入射的太阳辐射能通量之比值。一般来说，标准黑色的太阳能反射率为0.05而标准白色的太阳能反射率0.80。相应的屋面材料颜色越深，则太阳能反射比越低，大部分材料的太阳能反射比都在0.05～0.8范围内，但也有少数白色涂料超过0.8，像本文介绍的太阳热反射涂料的太阳能反射比一般都可以达到0.86甚至更高（有的可以达到0.91）。因此增加反射太阳辐射能通量可以通过提高太阳能反射比实现，从而降低吸收太阳热辐射。
2.提高红外发射率，增加对外的热辐射
当物质微观粒子（原子等）内部的电子受激和振动时，将产生交替变化的电场和磁场，所发出电磁波向空间传播，即为热辐射。从本质上讲，热辐射和其他所有各种辐射一样，都是电磁波。它们之间的内在区别是导致发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是发射的波长不一样，以及吸收该电磁波之后所引起的效应不同。热辐射的特点与导热及对流有着显著的不同之处。
任何物体只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；可以在真空中传播；具有强烈的方向性为辐射率（发射率，半球发射率），热辐射体在半球方向上的辐射出射度与处于相同温度的黑体的辐射出射度之比值。
3.模型效果分析
根据美国ASTM E1980中的计算公式，（1-ρ）I=εσ（T4sf-T4sky）+hc（Tsf-Ta）屋面吸收的太阳热能等于辐射传热和对流传热之和。而根据公式（Tsa-Ti）·K·A=（Ti-T’）·K’·A可以进行计算室内温度。
以北京夏季气候作为研究条件，具体为室外温度Ta=308K（35℃），室外风速v=3m/s，太阳辐射强度I=1 003W/m2，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=1.5W/m2·K，屋内其他墙体（包括地板）的传热系数K’=2W/m2·K，建筑内部温度T’=299K（26℃）
取水泥反射率=0.3，辐射率=0.95；普通涂料反射率=0.5，辐射率=0.9；凉爽屋面反射率=0.8，辐射率=0.8；这样可以计算出屋面外表温度和室内温度，见图2、图3。
在设定条件下，屋顶使用反射隔热涂料其表面温度比水泥基底低20.7℃，比使用普通涂料低13.6℃。在设定条件下屋顶使用反射隔热涂料其室内温度比水泥基底低8.9℃，比使用普通涂料低5.4℃。
4.凉爽屋面在屋面应用案例中的节能效果研究
选取实际的2个房间屋面，涂刷成凉爽屋面，对比内容包括屋顶表面、离地面1.5m、离地25cm处的温度变化（见图4）。在连续测量一个月的时间内，记录的温度变化曲线见图5。
表3中得出3个不同的部位的温度差值，房间一般测量温度在离地面1.5米的位置，相差温度为3.2℃。如果以温度降低一度空调节能为8%计算，则使用凉爽屋面在案例中的房间使用可以节约20%左右的电量。
四、结语
凉爽屋面能大幅度降低屋面内、外表面的温度；减少进入建筑物内部的太阳辐射热量，减轻空调的负荷，增加室内环境的舒适度。根据各地区所处的气候和地域条件，合理地利用凉爽屋面，改善建筑的热舒适环境并降低空调能耗，是建筑节能的重要措施之一。值得指出的是，我国夏热冬暖地区和夏热冬冷地区面积约200余万km2，居住人口占全国人口的50%以上，国内生产总值占全国的60%以上，是人口密集、经济发达且建筑面积庞大的地区；同时，这2个地区夏季用电也最紧张，夏季生活用电（很大比例是空调用电）与工商业用电的矛盾在空调期最为突出。因此，若能通过凉爽屋面等措施大幅度地降低这2个地区的夏季空调负荷，必将大大缓解该地区的夏季缺电问题，带来可观的经济效益、社会效益和环保效益。