周 荃，吴培浩，苏 斌
（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广州510500）
[摘要]为研究冷屋面和种植屋面在广州地区的实际隔热和节能效果，选定广州市区某办公楼顶层3间相同条件的房间进行实测。测试结果表明，冷屋面和种植屋面均能有效降低屋面外表面温度，夏季9月份外表面最高温度分别最多可降低13.5 ℃和26.3℃，冷屋面可昼夜持续降温，而种植屋面外表面温度稳定；两者均能大大降低屋面内表面最高温度、温度振幅
和热流密度，总的来说，种植屋面的隔热效果要优于冷屋面；两者平均日节电量分别为0.9 kW .h和1.2 kW .h，房间空调节能率分别为18.6 %和23. 9%，种植屋面节能效果优于冷屋面。
[关键词]冷屋面；种植屋面；隔热；节能；测试[中图分类号] TU11 1.4+1
0 引 言
广州地处我国夏热冬暖地区，该地区气候特点决定了建筑节能以建筑防热为主。冷屋面是将具有高反射率和高发射率特性的材料用于屋面上，通过反射屋面的太阳能，降低屋面外表面温度，从而减小建筑顶层房间夏季空调负荷，起到隔热和节能的作用。种植屋面是在屋面上种植植被，通过植被遮蔽直接太阳辐射、土壤及植被水分蒸发散热、植物光合作用消耗太阳辐射和土壤蓄热，减少进入房间的热量，达到隔热和节能的效果。两者均具有隔热效果，是适宜广州地区气候特点且最容易推广使用的两种节能型屋面。
国内外针对2种屋面的全年节能效果的量化研究多以模拟计算或从测试结果基础上进行推算。由于屋面隔热和节能实际效果与气候关系紧密，因此重点关注广州地区的实测研究。在冷屋面的实测研究方面，广州地区多见于轻质屋面。例如沈辉和谭洪卫研究发现，广州地区工厂仓库建筑屋面涂覆热反射涂料后，室内平均辐射温度可降低3.1℃，七月空调节电量约为3. 45kW．h/m2。针对种植屋面的测试研究，多是与普通屋面或传统屋面对比。如郭兵通过对广州一例种植屋面与通风屋面的一天的对比测试，指出种植屋面相对通风屋面的隔热效率是1.69，节约空调能耗约29%。
目前，在广州地区还没有针对冷屋面和种植屋面的对比测试。本文以广州市某办公楼为测试对象，开展对冷屋面和种植屋面的现场测试，对比研究两者在广州气候条件下的隔热和节能的实际效果。
1测试方案
1.1 实测对象
本次实验测试选定广州市天河区某办公楼屋面层作为实测场址。该办公楼与附近建筑间距较大，周边无高大乔木遮挡，周围环境对实测结果的无影响。选取顶层建筑朝向、尺寸构造、室内热源布置均一致的3个房间（黑屋面、冷屋面和种植屋面，其中黑屋面为基准屋面），如图1、图2（房间屋面位置如虚线）所示。
办公楼朝向大体上为南北朝向，3间测试房间长、宽、高分别为3. 80 mx4. 00 m×3.50 m;3间测试房间不相邻，位于3种屋面下的中间部分，且与相邻非测试房间分隔墙体做隔热处理；房间内均设有外窗，外窗（铝合金推拉窗）宽、高分别为3. 45 m×1. 80 m，面积为6.21m2。原屋面构造从外向内下依次为30 mm细石混凝土面砖、20 mm聚合泡沫隔热板、30 mm水泥砂浆、防水层、120 mm钢筋混凝土楼板、20 mm水泥砂浆。本次测试的黑屋面选用的黑色涂料（太阳反射比0. 056，发射率0.89）；冷屋面选用实际工程中容易实施的热反射隔热涂料（太阳光反射比0. 893，半球发射率0.87）；绿化屋面选用了重量轻、本地植物且不需要独立灌溉依靠自然降雨即可维护的翠玲珑草坪种植模块（叶面积指数约为3. 53）。
3个测试房间内空调均选用格力分体挂壁式房间空调器(型号为KFR-35GW/( 35570) Aa.3，COP为3. 28），测试时空调设定温度为26 0C。实测过程中室内不设人员，照明灯具和办公设备等均不开启。
1.2 实测仪器
本次实测用实验仪器主要有：温度传感器、太阳总辐射表、热流传感器、用电监测仪、数据采集仪等，参数见表1所示。
1.3 测试布点
本次实测主要参数有室外空气温度，太阳辐射强度，种植屋面、黑屋面与冷屋面的内、外表面温度，屋面的导热热流密度，室内空气温度及空调耗电量。以上数据采用数据采集仪实时监测，时间间隔为5min。
1)室外空气温度：测点共2个，均布置在距离屋面0.75 m处的阴凉通风处；2）太阳辐射强度：测点共1个，测点距屋面1.1 m;3）室内空气温度：取房间对角线2个三等分点作为测点，3个房间共6个测点，测点距地面1.5 m;4）屋面内外表面温度：均布置在室内空气温度测点的正上方投影的位置，共12个测点（其中内、外表面各6个）；5）屋面的导热热流密度：每个屋面中心均设1个，共3个；6）空调耗电量：每个房间1个，共3个。
2 外表面降温效果分析
连续监测广州夏季（2015年9月1日至9月30日）3种屋面外表面温度，测试期间3个房间室内空气温度均在26℃左右波动，各房间温差不超过0.5℃。全月（有效数据共26日）3种屋面逐日外表面最高温度如图3所示。
从图3可看出，黑屋面外表面最高温度随着室外天气变化波动最大（图中较低值处均为阴天或雨天），种植屋面波动最小，冷屋面介于两者之间；不论天气如何，种植屋面降温效果均优于冷屋面；3种屋面外表面最高温度逐日数据分析如表3所示，冷屋面与种植屋面的降温效果与室外天气直接相关，室外气温越高太阳辐射越大，降温效果越明显；相比黑屋面，冷屋面和种植屋面外表面最高温降温全月平均值分别为9.3℃和19.4 ℃，最大值分别可达
13.5 ℃和26.3℃，可见，种植屋面降温效果优于冷屋面。
选取夏季晴好天气的9月4日作为典型天进行分析，逐时数据如图4所示。
由图4可知，室外太阳辐射强度随着时间的推移，虽然局部有较大波动，但整体上呈现先增大后减小的变化趋势；室外空气温度变化趋势同太阳辐射强度一致，时间有所延迟；太阳辐射最大值为1 072. 18 W/m2 (13：05)，室外气温最大值为36.5℃(15：40)。
屋面外表面温度随着时间的推移，整体随太阳辐射强度的变化呈先增大后减小的变化趋势；黑屋面波动波幅最大(31.9℃)，种植屋面波动最小(4.4℃)且小于室外气温波幅(10.9℃)，冷屋面介于两者之间(22.3℃)；冷屋面全天外表面温度始终低于黑屋面，降温幅度在0. 45~10.4℃之间；在7：00前，种植屋面高于黑屋面，冷屋面和黑屋面均低于室外气温，7:00后随着气温上升和太阳辐射增强，种植屋面始终保持最低且低于室外气温。
3 隔热效果分析
屋面的隔热效果重点分析内表面最高温度、温度波幅的衰减和热流隔热效率。同时，隔热效果重点考虑在最不利条件下（即高温高辐射）的效果，因此选取晴好天气作为典型天分析。
3.1 内表面最高温度及振幅分析
选取夏季晴好天气的9月4日作为典型天进行分析，逐时数据如图5所示。
如图5中所示，3个测试房间屋面内表面温度趋势图，屋面内表面温度随着时间的推移，呈先小后大波动趋势，相较室外气温均有所延迟，波幅黑屋面大于白屋面大于绿化屋面。晴天时，黑屋面、冷屋面、种植屋面内表面温度如表4所示，黑屋面与冷屋面、种植屋面之间内表面温差分别为4.46 ℃、7.87℃，对应降温率分别为12. 9%、22.3%。可见，广州夏季典型天气下，种植屋面比冷屋面对内表面的降温效果好。
如表4所示，冷屋面和种植屋面均增强了屋面的隔热性能，大大降低了屋面内表面温度受室外气温变化的影响。晴天时，相对黑屋面，振幅分别降低了51. 3%和90.8%。尤其是种植屋面，温度波动很小。
3.2热流分析
典型晴天时3个测试房间屋面导热热流密度随时间变化的趋势图如图6所示。分析有太阳辐射的时段(8:00～18:00)，数据分析见表5，相对黑屋面，冷屋面和种植屋面热流密度最大值分别降低了27.4%和83. 2%，平均值分别降低了33.8%和88. 4%．振幅降低了20. 6%和81. 8%。
黑屋面，按平均值计算，冷屋面和种植屋面的隔热效率分为33. 8%和88. 4%。
4 节能效果分析
3个房间2015年9月份的空调逐日耗电量(9月份共24 d有效数据)如图7所示，从总体趋势看，黑屋面耗电量最高，种植屋面最低，冷屋面介于两者之间，接近种植屋面；累计全月耗电量、日均耗电量及相对节能率分析如表6所示。可以看出，相对黑屋面，冷屋面和种植屋面的房间日均节电分别为0.9 kW. h和1.2 kW .h电，节能率分别为18. 6%和23. 9%．种植屋面节能效果优于冷屋面。
其中，晴好天气的典型天3个测试房间逐时能耗(8：00～18：00)如图8所示。从图8中可以看出，空调逐时耗电量呈逐步增大趋势，在16：00达到最大。经累计，黑屋面、冷屋面、种植屋面房间在8：00 - 18：00时间段内耗电量分别为6. 61 kW．h、5.27 kW .h、4.97 kW．h，冷屋面、种植屋面节电量分别为1.34 kW·h、1. 64 kW．h，节能率分别为20. 3%、24.8%。
对比图6，耗电量与热流变化趋势基本一致。但，相对黑屋面，耗电减少率远小于平均热流降低率，可见，房间的外窗得热对能耗的影响很大。
5 结 论
通过对广州地区两种易于推广使用的冷屋面（白色热反射涂料）和种植屋面（轻型免维护种植模块）的隔热和节能效果的实测分析，结果表明：
1)冷屋面和种植屋面对外表面均有良好的降温效果，夏季全月监测数据表明，外表面最高温降低最大分别可达13.5℃ 和26.3℃；种植屋面热稳定性好，外表面温度波动很小，夏季典型晴天仅4.4℃且始终低于室外气温；冷屋面对外表面的降温具有持续性，夏季典型晴天全天降温幅度在0. 45~10.4℃之间。
2)冷屋面和种植屋面均增强了屋面的隔热性能，典型夏季晴天，内表面最高温度分别降低4. 46℃、7. 87 ℃，且大大降低了屋面内表面温度的波动，振幅分别降低了51.3%和90. 8%。尤其是种植屋面，温度波动很小，几乎不变；热流密度平均值分别降低了33. 8%和88. 4%．隔热效率分为33. 8%和88. 4%。可见，种植屋面隔热效果优于冷屋面。
3)空调电耗监测数据表明，冷屋面和种植屋面的房间日均节电分别为0.9 kW .h和1.2 kW .h电，节能率分别为18. 6%和23. 9%，种植屋面节能效果优于冷屋面。
