冷＂屋面在美國(guó)的發(fā)展方興未艾

　　當(dāng)今，在美國(guó)屋面行業(yè)中zui熱門的話題之一就是"冷"屋面。在適當(dāng)?shù)臍夂驐l件下，尤其是在溫暖氣候地區(qū)使用"冷"屋面，可以使建筑業(yè)主、屋面承包商直接從中獲得經(jīng)濟(jì)效益，因此推動(dòng)了這種屋面的應(yīng)用。另一方面，由于美國(guó)聯(lián)邦政府、州政府出于節(jié)能的考慮，采取了一種積極的鼓勵(lì)政策和其他一些經(jīng)濟(jì)刺激措施，例如加利福尼亞州就有退稅計(jì)劃，也推動(dòng)了這類屋面的使用。

 

　　"冷"屋面的定義什么是"冷"屋面，至今尚沒(méi)有明確的定義。根據(jù)與"冷"屋面有關(guān)的法規(guī)，可以將"冷"屋面定義為反射率（Albedo）大于0.65和熱輻射系數(shù)大于0.75的屋面?。

 

　　一般來(lái)說(shuō)，如果材料表面反射太陽(yáng)能的能力強(qiáng)，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(shù)大，則材料表面溫度低。對(duì)屋面而言，屋面表面溫度低，對(duì)于暖和地區(qū)的建筑物是十分有利的。換言之，兩種指標(biāo)數(shù)值越高，則越有利。有數(shù)據(jù)表明，高吸收黑色屋面材料，其表面和周圍溫度之差可高達(dá)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員對(duì)不同屋面材料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)環(huán)境空氣溫度為12.8 ℃。各種材料測(cè)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(jiàn)，幾種法規(guī)對(duì)反射率的規(guī)定大致相似，約0.65左右。只有環(huán)保署能源部對(duì)陡坡屋面反射率的規(guī)定為0.25，這是因?yàn)槟壳澳軌蛱峁┑亩?u>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(shù)的范圍則較廣，環(huán)保署能源部"節(jié)能之星"中沒(méi)有考慮熱輻射系數(shù)。熱輻射系數(shù)低可能會(huì)成為問(wèn)題，可使屋面溫度較高。

 

　　碳?xì)浠衔镱惒牧先鐬r青、聚合物以及大部分無(wú)機(jī)建筑材料如石材、磚的熱輻射系數(shù)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(jù)文獻(xiàn)報(bào)道其熱輻射系數(shù)值為0.80.實(shí)際上熱輻射系數(shù)是一種"表面"現(xiàn)象。當(dāng)在金屬表面涂上一層涂膜，則金屬的熱輻射系數(shù)就等于涂膜的熱輻射系數(shù)，這樣涂有淺色涂料的金屬屋面其熱輻射系數(shù)仍可接近0.90. 2 "冷"屋面的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)定義，"冷"屋面的反射率和熱輻射系數(shù)均比較高，因此"冷"屋面受到太陽(yáng)照射時(shí)有相對(duì)比較低的表面溫度。眾所周知，通過(guò)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(guò)屋面進(jìn)入建筑物內(nèi)部的熱量減少，從而減輕了空調(diào)的負(fù)荷。研究表明節(jié)能效果也與屋面材料的太陽(yáng)反射能力密切相關(guān)，深灰色屋面只反射與太陽(yáng)光有關(guān)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(yáng)能達(dá)66％和77％。當(dāng)然進(jìn)入建筑物的熱量的多少還與另一個(gè)因素有關(guān)，即整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)的R值。R值越大保溫性能越好，進(jìn)入建筑物內(nèi)部的熱量就少。因此從屋面角度考慮，空調(diào)負(fù)荷既與屋面的"冷"度有關(guān)，也與屋面保溫材料的性能、厚度等因素有關(guān)。兩者之間有一個(gè)平衡的問(wèn)題。勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室研究人員稱對(duì)加利福尼亞和佛羅里達(dá)多個(gè)建筑物的測(cè)試表明，將屋面涂刷成白色可以使空調(diào)負(fù)荷降低15％～50％，具體多少取決于屋面下保溫層的厚度、整個(gè)建筑物的熱工性能以及氣候條件。

 

　　"冷"屋面能減輕空調(diào)負(fù)荷得到美國(guó)采暖、制冷、空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）的承認(rèn)，作為美國(guó)能源法規(guī)基礎(chǔ)的ASHRAE90.1zui新版就考慮了"冷"屋面（按ASHRAE規(guī)定"冷"屋面反射率為0.70，熱輻射系數(shù)為0.75）下保溫材料的減少。

 

　　此外，"冷"屋面還有其他一些優(yōu)點(diǎn)，如延長(zhǎng)屋面使用壽命，保護(hù)環(huán)境和降低大城市中的熱島效應(yīng)。

 

　　屋面的使用壽命很大程度上與屋面材料的老化有關(guān)，后者常常是由化學(xué)反應(yīng)引起的，通常溫度每提高10 ℃，化學(xué)反應(yīng)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(zhǎng)了屋面的使用壽命。但是由于不同類型卷材之間老化化學(xué)方面的差別，我們只能這樣認(rèn)為，化學(xué)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(zhǎng)。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(zhǎng)，因?yàn)楹谏獷PDM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(fā)生老化的另一個(gè)重要原因。

 

　　屋面的壽命是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問(wèn)題，屋面使用壽命延長(zhǎng)，相對(duì)降低了屋面的費(fèi)用。屋面更新時(shí)間的延緩，相對(duì)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(diǎn)對(duì)保護(hù)環(huán)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(fèi)用。這里指的是屋面系統(tǒng)本身的維修費(fèi)用，實(shí)際上在制冷設(shè)備的費(fèi)用方面也可以省錢，因?yàn)榭照{(diào)的負(fù)荷減少了，設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間可以減少，壽命得到延長(zhǎng)，也推遲了設(shè)備更新時(shí)間。而且在必須更換設(shè)備時(shí)，制冷設(shè)備可以選用得比原來(lái)的小些。

 

　　"冷"屋面還有一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)就是減輕了城市的熱島效應(yīng)。20世紀(jì)80年代和90年代，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員發(fā)現(xiàn)城區(qū)要比周圍鄉(xiāng)村地區(qū)的溫度高約1.7～2.5 ℃。其主要原因：一是城區(qū)比周圍鄉(xiāng)村地區(qū)植被少，這一點(diǎn)對(duì)城區(qū)溫度升高的貢獻(xiàn)占56％；二是城區(qū)黑色屋面的熱輻射作用，其對(duì)溫升的貢獻(xiàn)占38％，其余為路面等占6％?？梢?jiàn)屋面是造成城市熱島效應(yīng)的主要原因之一。城市熱島效應(yīng)使美國(guó)一年多支出超過(guò)20億美元，相當(dāng)于整個(gè)美國(guó)峰電需要的5％～10％。熱島效應(yīng)可以使居民感到很不舒服，增加了能源的費(fèi)用，而且較高的溫度會(huì)使空氣受污染的程度增加，從而對(duì)人類的健康產(chǎn)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(huì)使城市的溫度下降2.8 ℃。以洛杉磯為例，據(jù)估計(jì)每年空調(diào)費(fèi)用以及由污染引起的費(fèi)用可節(jié)約5億美元。如果冷屋面概念能廣泛得到接受的話，全美國(guó)在空調(diào)費(fèi)用和污染責(zé)任方面的費(fèi)用的節(jié)約總數(shù)（包括直接和間接的費(fèi)用）高達(dá)50億美元。

 

　　美國(guó)許多城市參與所謂"冷"社區(qū)計(jì)劃，即通過(guò)植樹(shù)、增加植被、促進(jìn)"冷"屋面的使用等措施來(lái)降低城區(qū)和郊區(qū)之間的溫差。熱島效應(yīng)不能單靠"冷"屋面的推廣使用來(lái)解決，因?yàn)槿缟纤銎鋵?duì)溫差的貢獻(xiàn)充其量只有38％。

 

　　研究和應(yīng)用目前，在美國(guó)，建筑業(yè)主和屋面承包商對(duì)"冷"屋面已經(jīng)有了一定程度的認(rèn)識(shí)，隨著試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用不斷擴(kuò)大，這種認(rèn)識(shí)正在不斷提高。在試驗(yàn)研究方面，一些重要的部門進(jìn)行了多項(xiàng)與"冷"屋面有關(guān)的研究。例如，美國(guó)環(huán)保署能源部委托勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行一項(xiàng)為期兩年的研究計(jì)劃以監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證"冷"屋面對(duì)夏季空調(diào)費(fèi)用的減少以及降低峰電需求的效果。美國(guó)國(guó)家航空和航天管理局城市熱島效應(yīng)試驗(yàn)項(xiàng)目研究了屋面和其他來(lái)源例如黑色路面等釋放熱量的情況，一些公司也對(duì)此表現(xiàn)出很大的熱情。例如佛羅里達(dá)電力照明公司對(duì)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(diào)費(fèi)用狀況進(jìn)行研究。

 

　　在工程應(yīng)用方面，一些大型建筑、車庫(kù)利用"冷"屋面概念選擇屋面材料，取得了很好的節(jié)能效果。例如，美國(guó)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(shè)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(dá)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(tǒng)等等。據(jù)報(bào)導(dǎo)，在減少空調(diào)負(fù)荷、節(jié)能方面取得很好效果的例子還很多。

 

　　伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員認(rèn)為，白色反光卷材用在大型建筑的屋面上可以馬上給業(yè)主以經(jīng)濟(jì)上的回報(bào)。他們對(duì)奧斯汀一家大型零售企業(yè)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(jìn)行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)在基本使用期內(nèi)每年空調(diào)費(fèi)可節(jié)省約7 200美元，還不包括在稅收和其他公共費(fèi)用上節(jié)約的支出。據(jù)估計(jì)，在卷材使用期間按現(xiàn)行價(jià)格計(jì)算總共可節(jié)省約62 000～72 000美元。此外，還可從奧斯汀節(jié)能和反光屋面使用的鼓勵(lì)政策中得到幾千美元的獎(jiǎng)勵(lì)。雖然白色熱塑性屋面卷材的價(jià)格較高，但正好與橡膠屋面較高的施工費(fèi)用相抵。因此，這種屋面會(huì)立即產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

 

　　從以上簡(jiǎn)要的介紹中，我們可以看到"冷"屋面在美國(guó)的發(fā)展方興未艾。隨著這種屋面在工業(yè)、商業(yè)、住宅中的應(yīng)用不斷增加，實(shí)驗(yàn)研究的不斷深入，它將被越來(lái)越多的人所認(rèn)識(shí)。可以相信，"冷"屋面必將在屋面系統(tǒng)中占有一定的位置，與之相關(guān)的設(shè)計(jì)、材料和施工等也會(huì)變得越來(lái)越成熟。國(guó)內(nèi)從事這一領(lǐng)域工作的同行們，能否從中得到一點(diǎn)啟示呢？

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