反射隔热涂料在旧房中的应用及经济分析

0 引言

近年来，上海在全市范围内开展了房屋综合改造工作，并制定了一系列的促进政策。据统计，2013年上海全市实施旧房改造项目超过了3万户。上海市各类既有房屋建筑数量在不断增长，全市范围内仍留有一大批以直管公房为代表的旧住房，这些建筑物建造年代久远，房屋结构存在隐患，基础设施老化严重，能源消耗量大，急需通过旧住房改造修缮来提升居住条件，延长房屋使用寿命。而建筑用反射型隔热涂料普遍具有节约空调能耗、延长使用寿命、增强外墙抗裂性、增强抗污性等优势，作为既有建筑绿色节能方式之一，在旧住房节能改造工程中得到越来越多的应用。由于旧住房改造涉及结构安全、保温修缮、施工周期、改造成本等多方面因素，应用建筑反射隔热涂料能够快速有效地提升既有建筑围护结构热工性能的同时，把对房屋结构、外墙承重的影响降到最低，减少改造工程对周边环境的影响。反射隔热涂料本身有极强的防水耐裂性能和隔热保温性能，十分适用于旧住房修缮改造，延长使用年限，符合建设节约型社会的要求。

本文以上海为例，通过理论分析、能耗模拟计算、现场实测等方法，结合与普通涂料的成本对比分析，探讨反射型隔热涂料在夏热冬冷地区旧住房改造中的节能效果和经济效益，为建筑反射隔热涂料的应用推广提供理论依据，为改进夏热冬冷地区旧住房绿色节能改造方案提供指导。

1 反射隔热涂料隔热效果量化分析

考虑到现行的建筑节能设计标准中对外墙及屋面的传热系数和热阻值指标的要求，为便于节能计算，建筑反射隔热涂料的节能效率采用等效热阻值（由传热系数折减系数推算）来表征。在行业标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》（JGJ/T359-2015）和上海地标《居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2015）中建筑反射隔热涂料等效热阻值的取值综合考虑冬夏季的贡献值，使之体现实际节能效益。对应用建筑反射隔热涂料外墙节能工程，若采用等效热阻值进行综合热工计算时，则不应再采用太阳光表面吸收系数和太阳辐照强度修正。

等效热阻的计算方法主要有年耗电指数法和综合温度法，应根据当地实际气候条件及用能方式进行计算。行业标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》（JGJ/T359-2015）和上海地标《居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2015）提供的等效热阻值是依据年耗电指数法得到。考虑到反射隔热涂料长期受污染的影响，两本标准中均采用污染后的太阳光反射比或太阳辐射吸收系数进行计算。

行业标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》（JGJ/T359-2015）中给出的夏热冬冷地区外墙和屋面使用的建筑反射隔热涂料等效热阻值见表1[1]。

由于反射隔热涂料的等效热阻值综合了冬夏季的节能贡献值，故根据标准中给出的外墙使用反射隔热涂料的等效热阻，可以从理论上分析出其隔热性能等效的其他类型保温材料的厚度，具体分析结果见表2。

从表2中的数据可以看出，外墙使用反射隔热涂料之后，从等效热阻的角度理论分析可以有效地减少保温层的厚度，在实际工程应用的过程中，若建筑采用涂料饰面，可将反射隔热涂料与其他保温材料进行综合运用，根据反射隔热涂料的等效热阻值和保温材料的生产尺寸等因素，综合进行节能计算，计算出需要设计的保温层厚度。特别是在上海地标《居住建筑节能设计标准》（DGJ08-205-2015）实施之后，外墙的传热系数要求提高，若采用无机保温砂浆外保温系统，则需要的保温层厚度会比较大，若材料选择、施工等方面控制不严格，则无机保温砂浆系统很容易产生脱落、空鼓等缺陷，这种情况下可考虑反射隔热涂料+无机保温砂浆组合系统，在不降低围护结构的保温效果前提下，降低无机保温砂浆的使用厚度，提高建筑使用安全性。

2 典型旧住房应用反射隔热涂料整体节能效果模拟分析

由于夏热冬冷地区旧住房综合改造过程中一般是进行外墙重涂，对屋面进行“平改坡”改造，故研究外墙选用反射隔热涂料之后的节能效果。选取三个不同结构类型、不同高度的旧住房，通过能耗分析软件，计算使用不同太阳光反射比的反射隔热涂料对建筑能耗的影响。选取的三幢建筑均为职工住宅，具体信息如表3，在进行能耗分析时，这些建筑围护结构均未采用保温系统，外窗均是普通的单层玻璃钢窗。

由于外墙未采用反射隔热涂料前的传热系数均大于1.2W/（m2·k），故在外墙中分别选取等效热阻值为0.07、0.12、0.16、0.19（m2·k）/W的反射隔热涂料进行模拟计算，计算结果如表2～7。

从表2～7中计算的数据可以看出，由于建筑A、B、C的体形系数、窗墙比、外墙本身的保温性能的不同，计算出来的夏季空调和全年耗电量的值不同，其降低幅度也不尽相同。其中，体形系数最小、剪力墙结构的建筑B全年耗电量降低比例最大，体形系数最大、砖混结构的建筑C全年耗电量降低比例最小，并且外墙传热系数越大，全年耗电量减低比例越大。三个建筑全年耗电量降低平均比例约为5.7%，全年耗电量降低平均值约为2.8kWh/ m2，使用反射隔热涂料之后可有效降低旧住房的全年耗电量。

表1 夏热冬冷地区外墙使用建筑反射隔热涂料等效热阻值

表2 外墙使用反射隔热涂料等效其他类型保温材料厚度理论计算

表3 不同类型旧住房基本信息汇总表

表4 建筑A外墙用反射隔热涂料建筑能耗模拟值

表5 建筑B外墙用反射隔热涂料建筑能耗模拟值

表6 建筑C外墙用反射隔热涂料建筑能耗模拟值

表7 外墙用反射隔热涂料建筑能耗模拟值汇总

3 反射隔热涂料隔热效果测试分析

为了反映反射隔热涂料的隔热效果，对多彩、真石、平涂、拉毛四种类型的反射隔热涂料与普通涂料在实验室中进行隔热效果测试，对比反射隔热涂料与普通涂料的隔热效果，其中选取的反射隔热涂料均为中明度。

本实验将两种类型的涂料均匀的涂刷在大小、材质相同的两块金属平板上，用2个275W的电灯泡模拟热源，试验装置如图1。

测试仪器采用omega铜-康铜热电偶，测试精度为0.5℃，采用HH374的数据自动记录仪进行温度自动记录，铜-康铜热电偶设置于金属平板背光源侧3cm位置，测试内表面的温度变化。为了防止两块金属平板位置的差异引起测试温度的变化，分别对设置于不同位置的两块板进行测试，测试的时间周期为24h，数据自动记录仪每10s采集一次数据，具体测试对象如图2～5所示。

不同类型反射隔热涂料与普通涂料表面平均温度及平均温差测试数据汇总如表8。

通过以上测试数据，多彩、真石、平涂及拉毛四种类型反射隔热涂料的隔热性能均比同类型的普通涂料要高，平均表面温度降低的幅度为2.8～5.0℃，其中平涂反射隔热涂料的隔热效果最好，平均温差在5.0℃。

在旧住房综合改造过程中，由于受到经济成本等因素限制，大部分项目采用平涂反射隔热涂料，从上面的测试数据来看，其装饰效果虽然没有其他三种类型的反射隔热涂料好，但是其隔热效果较优越，可以有效降低建筑室内温度。

4 反射隔热涂料性能衰减测试分析

反射隔热涂料耐沾污性能较差，在使用一段时间之后，由于大气中灰尘及其他悬浮物较多，涂层表面会变脏，表面涂层的颜色变深，导致热反射性能降低。为了评价应用于旧住房中反射隔热涂料性能衰减情况，2016年5月，针对2014年通过竣工验收、实际使用已满两年的上海某隔热涂料工程进行了回访调研，通过对2014年竣工时隔热涂料性能测试数据和经两年使用后的隔热涂料性能测试数据进行对比，对外墙隔热涂料的实际应用效果进行评估和判定。

图1 反射隔热涂料隔热效果实验室测试装置

图2 多彩隔热涂料与多彩普通涂料

图3 真石隔热涂料与真石普通涂料

图4 平涂隔热涂料与平涂普通涂料

图5 拉毛隔热涂料与拉毛普通涂料

表8 测试数据汇总表

4.1 2014年测试数据分析（竣工时）

2014年刚竣工时的涂料测试数据如表9所示（测试时间：2014-08-06）。

从2014年竣工完成的反射型隔热涂料和普通涂料的性能数据对比分析表明[2]：在实际应用中，反射型隔热涂料相对于普通涂料有着较为明显的反射太阳光和近红外光的效果，能够起到较为显著的隔热作用。普通涂料在未直接照射到阳光的情况下，表面温度也高于经受阳光直射的反射隔热涂料。

4.2 2016年测试数据分析（竣工两年后）

2016年经过近两年居民正常使用后的涂料测试数据如表10所示（测试时间：2016-05-25）。

对检测数据进行梳理，2014年测试的1#、2#、3#，与2016年测试的1#、2#、3#涂刷的是同一种隔热涂料，但测试所取测试点的表面状态是有所不同的。其中，2014年的测试点整体较为平整，2016年的测试点多为大拉毛状态。在大拉毛状态下测试涂层性能时，仪器设备测试时较易透光，致使测试数据出现偏低的现象。

4.3 数据对比分析

经对比可知，外墙隔热涂料经过近两年的日晒雨淋和灰尘沾污，使得外涂层的表面颜色相对变深，明度值相对变低，导致太阳光反射比和近红外反射比均有所下降，下降率约为17%。根据《建筑反射隔热涂料》(JG/T235-2014)，中、高明度涂料污染后太阳光反射比的变化率是15%～20%，此项目两年后太阳光反射比的变化与标准中要求值相符，故在进行节能计算时，采用污染后太阳光反射比对应的等效热阻，计算结果能较好的反映实际节能效果。

总体来说，通过选取涂料材料相同、工况近似的测点，对2014年和2016年的测试数据进行比对的结果表明：经过两年的使用后，反射型外墙隔热涂料的明度和反射比下降并不显著，仍具有较好的隔热效果，墙面表面温度比普通涂料低了近4℃。

表9 2014年隔热涂料性能测试数据表

表10 2016年隔热涂料性能测试数据表

5 基于节能贡献率的反射隔热涂料经济性分析

考虑到反射隔热涂料对建筑节能的贡献率，反射隔热涂料的隔热效果可以以等效热阻的形式计入外墙平均传热系数的计算中，基于此，下面将对比分析在相同节能要求的情况下，旧住房修缮改造中实施外墙保温材料+普通涂料、外墙保温材料+反射隔热涂料两种方案的经济性。

根据调研，单位建筑面积普通涂料涂刷成本为3元/m2，单位建筑面积反射隔热涂料涂刷成本为4.5元/m2。相差1.5元/ m2，而常用保温材料铺装成本如表11所示。

根据《居住建筑节能设计标准》(DGJ08-205-2015)中给出的外墙隔热反射涂料等效热阻值，计算外墙用反射隔热涂料可减少保温层厚度，并综合考虑各种保温材料铺装成本进行经济性分析，具体结果见表12～17。

从表中可以看出，相对于外墙保温材料+普通涂料，采用EPS、岩棉带、泡沫玻璃板、发泡水泥板、无机保温砂浆等外墙保温材料分别和各种等效热阻的反射隔热涂料组合应用的实施方案，单位建筑面积保温成本降低值均大于或等于反射隔热涂料成本增加值；随着反射隔热涂料等效热阻的增大，外墙采用保温材料+反射隔热涂料实施方案的经济性越好；各种保温材料中，在相同节能效果的情况下，相对于无机保温砂浆+普通涂料，外墙采用无机保温砂浆+反射隔热涂料的实施方案，单位建筑面积保温成本降低最多。

6 反射隔热涂料综合经济效益分析

根据品质不同，普通涂料的价格约14 ～17元/kg（面漆），弹性涂料的价格约25 ～28元/kg（面漆），反射隔热涂料的价格约36 ～39元/kg（面漆），三类涂料的底漆价格差别较小，约10 ～15元/kg。实际工程中，一般多采用“一底两面”的涂装方案，每千克底漆的涂刷面积约6 m2，每千克普通涂料的涂刷面积约2.5 ～2.8 m2，每千克弹性涂料的涂刷面积约3 m2，每千克反射隔热涂料的涂刷面积约4 m2，综合考虑涂料面漆价格、两遍涂刷的情况下，单位面积墙面使用普通涂料、弹性涂料、热反射隔热涂料的面漆涂刷成本分别约10～13.6元、16.7～18.7元、18～19.5元，由于三类涂料的施工成本基本没有差别、底漆价格差别较小，热反射隔热涂料的涂装成本和弹性涂料基本持平。

在夏热冬冷地区，涂饰建筑反射隔热涂料后，除了夏季能降低墙面温度，减少热量向室内传入，解决外墙裂缝、渗漏等问题外，还具有明显的节能效果。根据典型旧住房全年耗电量模拟结果，按照外墙使用反射隔热涂料后，全年耗电量的减少值为2.8kWh/ m2进行计算，“十三五”期间上海将实施5 000万m2的各类旧住房修缮改造，若有50%的项目结合旧住房修缮改造在外墙涂刷反射隔热涂料，则全年大约可节约电耗0.7亿kWh，大约可节约2.2万tce/年，大约可减少碳排放量5.6万t/年。

表11 常用保温材料铺装成本

表12 等效热阻为0.28（m2·k）/W的反射隔热涂料经济性分析

表13 等效热阻为0.24（m2·k）/W 的反射隔热涂料经济性分析

表14 等效热阻为0.20（m2·k）/W 的反射隔热涂料经济性分析

表15 等效热阻为0.15（m2·k）/W的反射隔热涂料经济性分析

表16 等效热阻为0.11（m2·k）/W的反射隔热涂料经济性分析

表17 等效热阻为0.09（m2·k）/W 的反射隔热涂料经济性分析

7 结语

（1）通过对用于外墙的反射隔热涂料等效热阻的分析，可以看出反射隔热涂料的应用理论上可以减少有机/无机保温材料的厚度，在夏热冬冷地区建筑节能设计上，建议使用反射隔热涂料组合其他类型保温材料的保温系统。

（2）通过对夏热冬冷地区三个不同类型旧住房应用外墙反射隔热涂料的能耗模拟计算，使用反射隔热涂料之后，可有效降低建筑全年耗电量，三个建筑全年耗电量降低平均比例约为5.7%，全年耗电量降低平均值约为2.8kWh/ m2。

（3）通过夏热冬冷地区反射隔热涂料的实验室测试可以发现，反射隔热涂料可以有效降低建筑外表面及室内温度，多彩、真石、平涂及拉毛四种类型反射隔热涂料的隔热性能均比同类型的普通涂料要高，平均表面温度降低的幅度为2.8～5.0℃，其中平涂反射隔热涂料的隔热效果最好，平均温差在5.0℃，隔热效果比较明显。

（4）通过夏热冬冷地区项目测试分析，反射隔热涂料在旧住房中应用2年之后，其隔热性能的下降并不明显，仍具有较好的隔热效果，在进行节能设计计算时，采用污染后的太阳光反射比，能较好的反应实际节能效果。

（5）根据反射隔热涂料的等效热阻值，其可降低的其他类型保温材料的成本均大于反射隔热涂料成本增加值；各种保温材料中，在相同节能效果的情况下，相对于无机保温砂浆+普通涂料，外墙采用无机保温砂浆+反射隔热涂料的实施方案，单位建筑面积保温成本降低最多。在上海现行节能标准节能指标要求提高的情况下，若建筑本身将采用涂料饰面，建议采用反射隔热涂料组合其他类型保温材料的保温体系。

（6）反射隔热涂料价格比普通涂料涂装成本要高，但与弹性涂料基本持平。若“十三五”期间，夏热冬冷地区实施的旧住房修缮项目采用反射隔热涂料，可产生很好的社会经济效益，建议政府在进行旧住房修缮改造补贴时，加大外墙重涂的初投资，有效降低旧住房的建筑能耗，推进夏热冬冷地区节能减排工作的发展。

参考文献：

[1]福建省建筑科学研究院等. JGJ/T359-2015建筑反射隔热涂料应用技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2]徐峰，蒋字平.建筑反射隔热涂料隔热保温性能研究[J].上海涂料，2011，49(6)：42-46.