盈速粒在中国各气候区的使用及其节能效果概述

一，中国建筑气候分区

在建筑领域里，由于中国地域的广阔根据其气候差异将全国分为五个地区：严寒地区 (A区, B区)，寒冷地区，夏热冬冷地区，夏热冬暖地区，和温和地区。表1 (GB 50189-2005) 提供主要城市所处在的气候分区。

表一     主要城市所处气候分区

二，我国节能要求的历史演进

我国60到70年代中期（GB 50176-93），由于强调降低基本建设造价和减轻结构自重，在设计中缺乏全面的技术经济观点和节能意识，导致削弱围护结构隔热保温水平，使得大量民用建筑冬天很冷夏天很热，既不适合人居，而且使得冬季采暖和夏季空调使用能耗大大增加。直到70年代中期世界能源危机以后，特别是改革开放以来，这种情况才引起重视并开始逐步地改变，包括控制窗户面积，提高窗户气密性，提升围护结构墙体的保温性能等。

我国开展了20余年的建筑节能工作（RISN-TG001-200520），虽然取得了一定的成效，但是与气候条件相近的国外建筑节能开展较好的国家相比，我国单位居住建筑面积的能耗仍是这些国家的3到5倍（JGJ 132-2001）。

为了节约采暖能耗，建设部在1986年8月1日颁布了«民用建筑节能设计标准»，通称«节能设计标准»（JGJ 26-86）。规定采暖设计能耗应在1980 - 1981年当地通用设计能耗的基础上达到节能30%的效果 – 这是国家执行节能率要求的第一阶段。

1996年7月1日建设部经修订后颁布了新的“节能设计标准«JGJ 26-95»。要求采暖设计能耗降到1980 - 1981年的50%  -- 国家执行节能率要求的第二阶段。第二阶段至今已逾10年，具体的实施效果并不理想。大多数省市连第一阶段的目标尚未达到，更谈不上实现第二阶段的目标了。

在过去的两年里（2006 - 2007），寒冷地区的几个大型城市和省份，诸如北京，天津，和山东省，已开始了推动65%的节能目标 – 第三阶段。

国家对既有建筑的隔热保温要求部分地区仍保持在节能50%。

建筑物的总能耗是其屋顶，外墙，外窗，楼梯间隔墙，阳台门下部，户门，地面，门窗缝隙空气渗透等各部分耗能的总计。 节能效果，无论是节能率30%，50%，或65%，都是以1980 – 1981 各地区基准建筑或基准住宅的能耗为100%来作为基数来计算的。因此，对50%节能目标而言，即以20世纪80年代改革开放初期建造的公共建筑作为比较能耗的基础（基准建筑）。基准建筑的围护结构，暖通空调设备及系统，照明设施等参数，都按当时情况选取。在保持与目前标准约定的室内环境参数的条件下，计算基准建筑全年的暖通空调和照明能耗，将它定为100%。现在再将这个基准建筑按新的«节能设计标准»(JGJ 26-95) 的规定进行参数调整，既围护结构，暖通空调，照明参数均按该标准规定设定，计算其全年的暖通空调和照明能耗，应该相当于50% - 这即是节能50%的内涵 （GB50189-2005）。

每个气候区对隔热保温的要求是不一样的。在寒冷地区，能耗主要来自取暖的耗能量。在夏热冬冷地区，能耗则包括了夏天的制冷和冬天的取暖。至于在夏热冬暖地区，能耗几乎完全来自夏天空调制冷的耗电量。随着生活水准的提高，人们对一年四季居住舒适的要求加大，建筑能耗也跟着急速的增加。为了保证"基础”居住节能50%，就要提高建筑物的节能措施。

因此，在夏热冬暖地区50%节能率可以这样来理解：在夏热冬暖地区从发展的角度这地区的居民会对夏冬两季室内热环境提出更高的要求，按节能标准设计的居住建筑能耗，在保持全年舒适环境的前提下，必须维持同样室内热环境的“基础”居住建筑节能50% （JGJ 75-2003）。而夏热冬冷地区在过去是个非采暖地区，建筑设计里不考虑采暖的要求，更不用说夏季的空调降温。建筑维护结构的热工性能差，室内热环境质量恶劣，采暖空调能源利用效率很低。当务之急是在保证室内热环境质量，提高居住水平的原则下；同时提高采暖及空调能源的利用效率，达到建筑节能50%（JGJ134-2001）。

三，围护结构墙体保温系统的演进

外墙外保温工程及其系统源自欧洲，已有了近40年的历史。使用最普遍的是EPS板外保温系统。EPS （Expanded polystyrene board）, 膨胀聚苯乙烯板，是由可发性聚苯乙烯珠粒经加热预发泡后在摸具中加热成型而制得的具有闭孔结构的聚苯乙烯泡沫塑料板材。（JGJ 144-2004）。另外还有挤塑聚苯乙烯板(XPS)，硬质聚氨脂泡沫，岩棉等。

我国从20世纪80年代中期开展建筑节能以来，围护结构的保温隔热技术一直是国内的生产企业和科研院所研发的重点，也是从国外引进先进技术的重点。20多年来通过自己的研发或通过引进已开发出了多种新型节能材料。目前我国外保温工程量很大，竣工项目也很多，但仍存在许多质量问题。主要问题是保护层开裂和瓷砖空鼓脱落，也有个别工程出现被大风刮落，雨水通过裂缝渗到外墙内表面等严重问题。
随着节能效果要求的提高，诸如一些寒冷地区现在已提高到65%，而夏暖冬冷和夏暖冬暖地区对节能50%的严格执行，聚苯板厚度的要求也跟着提高。例如北京地区厚度要求已经从50mm加厚到80mm，东北地区甚至到了100mm。 接着来的问题是更高的施工要求，更多上述质量问题的发生，更多居民的抱怨和讼诉案件，更难处理未来建筑垃圾的问题。另外一个实质的问题是，当聚笨板厚度达到70mm的时候，生产它时的能耗就已经超过了聚苯板使用年限里节能量的总和。这些问题，无论是从经济和社会利益的观点来说，都是值得我们深思的。

四，盈速粒的节能效果

1996年盈速粒从进入民用建筑添加到涂料中使用开始，在美国以及世界许多国家各种工程中广泛使用，作为成熟产品的它的夏天隔热冬天保温的节能效果已得到大量证实。以下的实验和案例数据仅供参考：

1．美国Geoscience公司夏季外墙外表面隔热效果测试 -- 等效热阻分析

2003年，美国Geoscience公司对盈速粒用于外墙外表面时的等效热阻进行了分析。Geoscience公司（Geoscience Ltd.）位于美国加州，该公司是美国国家科技标准署（National Institute of Standards and Technology）依据ISO/TEC Guide25和 ISO9002（ANSIIASQC Q92-1987）要求审核认可的民间组织，专业从事保温隔热新产品进入市场前的检测认证。Geoscience公司在理论分析和试验基础上得出了盈速粒用于建筑外墙外表面时的等效热阻。

- 稳态传热数学模型

在气象条件确定的情况下，当建筑外墙涂有盈速粒时，热平衡方程如下：

其中，ρ为外墙表面的吸收率；为平均太阳输入热流；hc为墙体外表面的对流热导；hr墙体的外部辐射热导；t为受辐射的外墙温度；t0为恒定的建筑外部空气温度；ti 为恒定的建筑内部空气温度；tb为墙体内表面的温度；Rr为墙体热阻；Ri为外墙内表面热阻。
上式中为透过建筑外墙传入建筑内部的单位面积热流，表示为：

这里，为进入建筑内部的热流，A为外墙面积。按照美国典型建筑外墙结构，Rr  取值为12.0hr·ft2·oF/Btu（2.11㎡·K/W），Ri 取值为1.0 hr·ft2·oF/Btu（0.176㎡·K/W）。t和ti为实测值。

- 测试结果

Geoscience公司分别对涂含有盈速粒的涂料和涂普通涂料的外墙进行了测试，结果如表1所示。

外墙涂料隔热性能测试结果对比      表1  

可以看出，涂有盈速粒涂料的外墙表面温度比涂有普通涂料的外墙表面温度低11.1oC，热流减少31.9%。

- 等效热阻

在墙体内外表面温差不变的情况下，热流减少意味着热阻增加。从上面试验分析可知，利用盈速粒优异的热反射和辐射性能，可以使墙体外表面温度降低10oC以上，在内表面温度基本不变的情况下，墙体内外表面温差也在10oC以上，根据前面的数学模型可知，这一温差导致的热流减少可以等效为热阻的增加。经过Geoscience公司几次反复校对 (try and error)，这个热流量的减少相当于在墙体上增加了R = 6 hr·ft2·℉/Btu（1.06㎡·K/W）的保温隔热材料。如果用K值表示，盈速粒的等效K值为0.94W/(㎡·K)（我国夏热冬暖和夏热冬冷地区，外墙K值要求不超过1.5，北京地区外墙K值要求不超过0.6）。

也就是说，盈速粒涂料用于外墙外表面时，热流减少31.9%，等效热阻R = 6 hr·ft2·℉/Btu（1.06㎡·K/W）。

表2给出了与盈速粒热阻等值的常用保温材料厚度。盈速粒的夏天隔热效果相当于35 - 50mm的聚苯板。

 盈速粒与常用保温材料热阻值厚度以及物理性能比较  表2

另:盈速粒系中空陶瓷颗粒,故其构造隔热功能是其它材料无法比拟的；

      盈速粒半球反射率:89%，太阳反射比:83%；

     其附着力经ASTM D-3359测试为100%，可直接喷涂于任何表面；

且没有任何化学作用；

不含任何挥发性有机化合物。

2．盈速粒的节能效果从美国民间为时两年对上百家使用盈速粒的用户收集的月供电燃费的分析中得到了决定性的验证和肯定。这些用户资料显示着盈速粒的使用可以带来约20%的节约电耗或节约燃气。

3．中国建筑科学研究院国家建筑工程质量监督检验中心冬季外墙内表面保温效果测试

2007年底到2008年初中国建筑科学研究院国家建筑工程质量监督检验中心在北京市怀柔区选择了一个无保温措施的砖墙围护结构体公寓对盈速粒涂料在冬天保温的节能效果作了综合的测试。测试方式是取二楼条件一致的两个房间，一间外墙内表面及屋顶内表面涂刷普通内墙涂料，另一间外墙内表面及屋顶内表面涂刷加了盈速粒的相同涂料。

外面平均空气温度为0oC。在两个房间室温达到恒温 (20oC) 之后，长期保持恒温并定时读取两个房间电采暖器上的耗电量。在52.5小时测试的时间里，涂刷普通涂料的房间要多耗电量8.7KWh (61.8 – 53.1)。因此，外围护结构（外墙与屋顶）内表面涂刷添加了盈速粒的涂料，与涂刷同一种普通涂料相比，冬季节能效果明显，节能率在12%以上。

五，盈速粒在中国各气候分区使用时带来的节能效果分析

中国三个气候区的节能分析介绍：

1．寒冷地区：在这个地区，添加盈速粒的涂料涂刷在外墙内表面和屋顶内表面来达到冬天保温的节能效果。

我们以北京地区80住2-4，80MD1，81试塔1等三种多层住宅为例（文献1），这个基准建筑围护结构全年耗热量构成百分比（100%）如下：

北京基准建筑围护结构全年耗热量构成百分比  表3

从表3可以看出，北京地区50%节能设计中，外墙与屋顶占18%。由前述可知，外墙内表面和屋顶内表面使用盈速粒涂料的节能率为12.5%，因此，如果外墙外表面和屋顶不采用聚苯板等保温隔热措施，仅使用盈速粒涂料，整个住宅的节能效果即可达到45% [50 -（18 -12.5）]。对于既有建筑的修缮与改造而言，在外墙内表面与屋顶内表面使用盈速粒涂料的基础上，只要适当提高外窗的隔热保温性能和气密性，就可以达到节能50%的要求。而对于最新节能65%的要求，添加盈速粒涂料可以辅助聚笨板的使用，在现有50mm厚聚苯板施工情况下，外墙内表面和屋顶内表面上涂刷盈速粒来提升达到节能65%。

2．夏热冬冷地区：这个地区里在外墙内外表面和屋顶内外表面都涂刷添加盈速粒的涂料，来达到夏天隔热和冬天保温的节能效果。

通过调查统计，这个气候分区的基准住宅为一栋3单元6层居住建筑，层高2.8m，两室一厅一厨一卫，每户为100m2。维护结构外墙为240mm砖墙，屋面为钢筋混凝土面板及简单保温隔热措施，外窗为单层窗，南北向窗墙比为0.35，东西向窗墙比为0.3，换气次数为1.5次/h。（文献2）
经过对这地区五个代表性城市，杭州，上海，南京，成都，重庆，的基准住宅维护结构各部分能耗比例的综合分析，我们得到的整个夏热冬冷地区基准住宅维护结构各部分能耗比例如下表：

 夏热冬冷地区基准建筑围护结构全年耗热量构成百分比  表4

在夏热冬冷地区，外墙外保温使用30 – 35mm的聚苯板，用以达到夏天隔热节能50%的效果。也就是说，这样的聚笨板厚度即可达到表4里50%节能对屋顶和外墙的要求（10%）。

表2里添加盈速粒的涂料的隔热效果相当于35 – 50mm的聚苯板，也就是说，在夏热冬冷地区，盈速粒有着相同的在这地区夏天隔热的节能效果。

盈速粒的保温效果必须当它涂刷在外墙内表面和屋顶内表面时才能体现出来。在这种情况下，根据国家建筑工程质量监督检验中心在北京市怀柔区作的冬季外墙内表面保温效果测试，它能带来12%以上的节电量，超过了表4里50%节能对屋顶和外墙的要求（10%）。

夏热冬冷地区在围护结构外墙外表面采用添加盈速粒涂料，夏天太阳直射时，能反射较多的太阳辐射热，从而降低空调时的得热量和自然通风时的内表面温度。因此，在夏季里，无论是对降低空调耗电量还是对改善无空调时的室内热环境都有重大意义。冬天时，采用盈速粒涂料的外墙外表面建筑物的采暖耗电会有所增加，但夏热冬冷地区冬季的日照率低，而且不是所有的墙面都可以受到日照，加上仅仅靠日照取暖也无法达到冬季热环境舒适的要求，这种要求必须从适当的取暖中达到。当盈速粒涂料涂刷在外墙内表面和屋顶内表面时，它可以在降低取暖用的能耗情况下达到保温的舒适要求。

3．夏热冬暖地区：这个地区里在外墙外表面和屋顶外表面涂刷添加盈速粒涂料来达到夏天隔热的节能效果。

在这里，我们采用广州地区墙体和室内隔墙的一般构造作为基准建筑或基准住宅。目前（2004）广州地区典型的围护结构外墙包括180mm厚的灰砂砖，加上内外两侧分别为20mm厚的水泥砂浆和石灰砂浆（文献3）。与其计算基准建筑各部分的耗能量，这里的模拟计算了各部分得热所引起的空调负荷在总空调负荷中所占的比例：

 夏热冬暖地区基准建筑围护结构全年空调负荷构成百分比  表5

        
本文献对保温层的厚度也作了模拟，使用了20mm, 40mm, 60mm, 或80mm的聚苯板。其结论是当保温层厚度超过40mm以上时节能率的增加极为微小。

相对而言，盈速粒在夏热冬暖的使用所带来的节能效果可以从两个方面来探讨。第一，从前面所述有关在上百美国用户收集来的月供电燃费节能资料，它可以带来20%的节约能源。与表5里墙体导热部分的全年空调负荷相比（14%），盈速粒的使用远超过50%节能要求。第二，从表2里盈速粒的隔热效果相当于35 – 50mm的聚苯板，也就是说，在夏热冬暖地区，盈速粒有着相同的在这地区夏天隔热的节能效率。

六，结论

添加了盈速粒的涂料在夏热冬暖，夏热冬冷，及寒冷地区的使用都可以达到国家对住宅建筑节能的要求。

在寒冷地区，添加盈速粒的涂料需要涂刷在外墙内表面和屋顶内表面，可以达到节能45%。对既有建筑节能而言，只需适当提高外窗的隔热保温性能和气密性，就可以达到节能50%的要求。而对于最新节能65%的要求，盈速粒涂料可以辅助聚苯板的使用，在现有50mm厚聚苯板施工情况下，外墙内表面和屋顶内表面上涂刷盈速粒涂料来提升节能达到65%的要求。

夏热冬冷地区，添加盈速粒的涂料需要涂刷在外墙内外表面和屋顶内外表面，夏天隔热和冬天保温都能达到节能50%的要求。

夏热冬暖地区，盈速粒涂料需要涂刷在外墙外表面和屋顶外表面，超过夏天隔热节能50%的要求。

七，文献

1. 王万江等，新疆地区住宅建筑耗热量构成分析，2000.6

2. 闫成文等，夏热冬冷地区基础住宅维护结构能耗比例研究，2006,10

3. 叶国栋等，夏热冬暖地区墙体保温对高层住宅空调能耗的影响分析，2004.4