冷＂屋面在美国的发展方兴未艾

　　当今，在美国屋面行业中zui热门的话题之一就是"冷"屋面。在适当的气候条件下，尤其是在温暖气候地区使用"冷"屋面，可以使建筑业主、屋面承包商直接从中获得经济效益，因此推动了这种屋面的应用。另一方面，由于美国联邦政府、州政府出于节能的考虑，采取了一种积极的鼓励政策和其他一些经济刺激措施，例如加利福尼亚州就有退税计划，也推动了这类屋面的使用。

 

　　"冷"屋面的定义什么是"冷"屋面，至今尚没有明确的定义。根据与"冷"屋面有关的法规，可以将"冷"屋面定义为反射率（Albedo）大于0.65和热辐射系数大于0.75的屋面?。

 

　　一般来说，如果材料表面反射太阳能的能力强，即反射率大，并且还能辐射其吸收的大部分热量，即热辐射系数大，则材料表面温度低。对屋面而言，屋面表面温度低，对于暖和地区的建筑物是十分有利的。换言之，两种指标数值越高，则越有利。有数据表明，高吸收黑色屋面材料，其表面和周围温度之差可高达50 ℃，而高反射浅色屋面材料该温差仅为11.1 ℃。

 

　　劳伦斯伯克利国家实验室研究人员对不同屋面材料进行对比试验。试验时环境空气温度为12.8 ℃。各种材料测得的zui高温度如下：黑色丙烯酸涂料，61.1 ℃；镀锌钢板，58.9 ℃；黑色丙烯酸涂料，50.6 ℃；红外线反射膜，普通"白"玻纤沥青油毡瓦，47.8 ℃；粘土陶瓦，44.4 ℃；红色丙烯酸涂料，41.4 ℃；浅绿丙烯酸涂料，40 ℃；白色丙烯酸涂料，23.3 ℃；超白丙烯酸涂料，8.3 ℃。

 

　　可见，几种法规对反射率的规定大致相似，约0.65左右。只有环保署能源部对陡坡屋面反射率的规定为0.25，这是因为目前能够提供的陡坡屋面材料（白色沥青屋面瓦）其反射率仅为0.25.热辐射系数的范围则较广，环保署能源部"节能之星"中没有考虑热辐射系数。热辐射系数低可能会成为问题，可使屋面温度较高。

 

　　碳氢化合物类材料如沥青、聚合物以及大部分无机建筑材料如石材、砖的热辐射系数均接近0.90，而所有的金属则均小于0.60.有些屋面材料如黑色EPDM和某些涂料，据文献报道其热辐射系数值为0.80.实际上热辐射系数是一种"表面"现象。当在金属表面涂上一层涂膜，则金属的热辐射系数就等于涂膜的热辐射系数，这样涂有浅色涂料的金属屋面其热辐射系数仍可接近0.90. 2 "冷"屋面的优点根据定义，"冷"屋面的反射率和热辐射系数均比较高，因此"冷"屋面受到太阳照射时有相对比较低的表面温度。众所周知，通过屋面－天花板的热量是与屋面和天花板二者的温差成正比的。屋面表面温度低，通过屋面进入建筑物内部的热量减少，从而减轻了空调的负荷。研究表明节能效果也与屋面材料的太阳反射能力密切相关，深灰色屋面只反射与太阳光有关的热量的8％，而白色（沥青油毡）瓦和粘土瓦的反射能力分别为25％和34％。白色金属和水泥瓦可反射太阳能达66％和77％。当然进入建筑物的热量的多少还与另一个因素有关，即整个屋面结构的R值。R值越大保温性能越好，进入建筑物内部的热量就少。因此从屋面角度考虑，空调负荷既与屋面的"冷"度有关，也与屋面保温材料的性能、厚度等因素有关。两者之间有一个平衡的问题。劳伦斯伯克利实验室研究人员称对加利福尼亚和佛罗里达多个建筑物的测试表明，将屋面涂刷成白色可以使空调负荷降低15％～50％，具体多少取决于屋面下保温层的厚度、整个建筑物的热工性能以及气候条件。

 

　　"冷"屋面能减轻空调负荷得到美国采暖、制冷、空调工程师协会（ASHRAE）的承认，作为美国能源法规基础的ASHRAE90.1zui新版就考虑了"冷"屋面（按ASHRAE规定"冷"屋面反射率为0.70，热辐射系数为0.75）下保温材料的减少。

 

　　此外，"冷"屋面还有其他一些优点，如延长屋面使用寿命，保护环境和降低大城市中的热岛效应。

 

　　屋面的使用寿命很大程度上与屋面材料的老化有关，后者常常是由化学反应引起的，通常温度每提高10 ℃，化学反应速度可加快一倍。因此，一般而言，屋面温度较低，老化速度变慢，也就延长了屋面的使用寿命。但是由于不同类型卷材之间老化化学方面的差别，我们只能这样认为，化学成分属同一类的卷材，浅色的或反光的要比深色的使用寿命长。这一看法并不适用于EPDM，很难讲白色的EPDM比黑色的EPDM使用寿命长，因为黑色EPDM中的碳黑具有很好的阻挡紫外线的能力而紫外线也是材料发生老化的另一个重要原因。

 

　　屋面的寿命是一个重要的经济和环境问题，屋面使用寿命延长，相对降低了屋面的费用。屋面更新时间的延缓，相对地减少了旧屋面材料的拆除量和新屋面材料的使用量。这一点对保护环境是十分有利的。另外，采用"冷"屋面还明显降低了屋面维修费用。这里指的是屋面系统本身的维修费用，实际上在制冷设备的费用方面也可以省钱，因为空调的负荷减少了，设备的运行时间可以减少，寿命得到延长，也推迟了设备更新时间。而且在必须更换设备时，制冷设备可以选用得比原来的小些。

 

　　"冷"屋面还有一个主要的优点就是减轻了城市的热岛效应。20世纪80年代和90年代，劳伦斯伯克利国家实验室研究人员发现城区要比周围乡村地区的温度高约1.7～2.5 ℃。其主要原因：一是城区比周围乡村地区植被少，这一点对城区温度升高的贡献占56％；二是城区黑色屋面的热辐射作用，其对温升的贡献占38％，其余为路面等占6％。可见屋面是造成城市热岛效应的主要原因之一。城市热岛效应使美国一年多支出超过20亿美元，相当于整个美国峰电需要的5％～10％。热岛效应可以使居民感到很不舒服，增加了能源的费用，而且较高的温度会使空气受污染的程度增加，从而对人类的健康产生危害。

 

　　有人相信广泛地采用各种降低热量的措施，包括"冷"屋面材料的采用，zui终会使城市的温度下降2.8 ℃。以洛杉矶为例，据估计每年空调费用以及由污染引起的费用可节约5亿美元。如果冷屋面概念能广泛得到接受的话，全美国在空调费用和污染责任方面的费用的节约总数（包括直接和间接的费用）高达50亿美元。

 

　　美国许多城市参与所谓"冷"社区计划，即通过植树、增加植被、促进"冷"屋面的使用等措施来降低城区和郊区之间的温差。热岛效应不能单靠"冷"屋面的推广使用来解决，因为如上所述其对温差的贡献充其量只有38％。

 

　　研究和应用目前，在美国，建筑业主和屋面承包商对"冷"屋面已经有了一定程度的认识，随着试验研究和工程应用不断扩大，这种认识正在不断提高。在试验研究方面，一些重要的部门进行了多项与"冷"屋面有关的研究。例如，美国环保署能源部委托劳伦斯伯克利国家实验室进行一项为期两年的研究计划以监测和验证"冷"屋面对夏季空调费用的减少以及降低峰电需求的效果。美国国家航空和航天管理局城市热岛效应试验项目研究了屋面和其他来源例如黑色路面等释放热量的情况，一些公司也对此表现出很大的热情。例如佛罗里达电力照明公司对使用六种不同屋面材料的住宅包括深灰色沥青油毡瓦、白色沥青油毡瓦、白色平瓦、白色S形瓦、粘土S形瓦和白色金属的空调费用状况进行研究。

 

　　在工程应用方面，一些大型建筑、车库利用"冷"屋面概念选择屋面材料，取得了很好的节能效果。例如，美国zui著名的"冷"屋面之一，路易斯安那超大圆屋面采用聚异氰酸酯作保温材料，上面铺设EPDM防水材料，再在EPDM的表面上涂白色丙烯酸涂料；谢泼兹维尔的锡达格罗夫配送中心建筑面积约35300 m2的屋面采用白色TPO卷材；2001年竣工的建筑面积37 160 m2的某建筑采用了渗耐公司（Sarnafil）冷屋面系统等等。据报导，在减少空调负荷、节能方面取得很好效果的例子还很多。

 

　　伯克利国家实验室的研究人员认为，白色反光卷材用在大型建筑的屋面上可以马上给业主以经济上的回报。他们对奥斯汀一家大型零售企业约10 000 m2黑色橡胶屋面换成渗耐公司提供的反光屋面卷材后，进行了跟踪，发现在基本使用期内每年空调费可节省约7 200美元，还不包括在税收和其他公共费用上节约的支出。据估计，在卷材使用期间按现行价格计算总共可节省约62 000～72 000美元。此外，还可从奥斯汀节能和反光屋面使用的鼓励政策中得到几千美元的奖励。虽然白色热塑性屋面卷材的价格较高，但正好与橡胶屋面较高的施工费用相抵。因此，这种屋面会立即产生经济效益。

 

　　从以上简要的介绍中，我们可以看到"冷"屋面在美国的发展方兴未艾。随着这种屋面在工业、商业、住宅中的应用不断增加，实验研究的不断深入，它将被越来越多的人所认识。可以相信，"冷"屋面必将在屋面系统中占有一定的位置，与之相关的设计、材料和施工等也会变得越来越成熟。国内从事这一领域工作的同行们，能否从中得到一点启示呢？

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