反射隔热涂料隔热保温系统
2021-07-16 15:31 浏览:159
0 前 言
由于能源和环境问题已成为制约我国经济发展的瓶颈，因此节能和改善环境就自然而然地成为当前国策。为了适应市场需要，建筑涂料行业开发了节能和低碳的反射隔热涂料。本文提出如何把建筑反射隔热涂料与外墙外保温相结合，构成隔热保温系统。并分析了在目前生产和推广应用中，还存在一些有待解决的问题。只有不断地解决存在问题，才能健康地推进反射隔热涂料的有效应用。
1 反射隔热涂料
反射隔热涂料是以合成树脂乳液为基料，以水为分散介质，加入红外反射颜料、填料和助剂，经一定工艺过程制成的涂料。也有把具有较高太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率的涂料称为反射隔热涂料。
人们把在可见光区具有选择吸收，即呈现色彩，同时在红外区能反射红外光的颜料称为红外反射颜料，简称IR颜料(Infrared Reflective Pigment)。此外，还有红外透射颜料。反射隔热涂料的研发和生产的关键问题是红外反射颜料，即选择红外反射颜料和红外反射颜料的配色。
组成和结构决定性能。具有红外反射性的颜料通常是具有金红石、赤铁矿或刚玉和尖晶石型结构的复相无机颜料(Complex Inorganic Color Pigments)。有研究表明，具有纳米晶体结构的金属氧化物颜料具有更好的近红外反射性。目前红外反射颜料的红外反射性与其组成和结构之间的相互关系还不完全清楚。这就导致红外反射材料的研发和选用缺乏明确的理论指导。
反射隔热涂料的配色问题。红外反射颜料和红外吸收颜料混用时，其结果是红外吸收颜料会占压倒之势。例如红外反射颜料与炭黑一起使用时，几乎就失去了红外反射性。又如含钴红外反射颜料在1 200～1 600 nm有强吸收，如果将TSR35.7%的红外吸收颜料CoAl蓝和TSR32.6%的红外反射颜料MnSbTi棕，各以50%比例混合时，所得TSR不是中间值，实测只有26.9%。
反射隔热涂料的配色问题。红外反射颜料和红外吸收颜料混用时，其结果是红外吸收颜料会占压倒之势。例如红外反射颜料与炭黑一起使用时，几乎就失去了红外反射性。又如含钴红外反射颜料在1 200～1 600 nm有强吸收，如果将TSR35.7%的红外吸收颜料CoAl蓝和TSR32.6%的红外反射颜料MnSbTi棕，各以50%比例混合时，所得TSR不是中间值，实测只有26.9%。
材料的反射红外反射性能与其折射率有关。一般折射率高的材料，红外反射性能好，如金红石型钛白粉。乳液的折射率是1.45～1.5，一般认为对红外反射性能影响有限。但陶氏公司研发出通用反射隔热乳液SR-1和弹性反射隔热涂料乳液SR-2，能提高反射隔热涂料性能。在不同建筑涂料的基础上，增加反射隔热功能，如反射隔热真石漆和反射隔热水性多彩涂料也已有应用。
2 等效热阻
反射隔热涂料应用评价是反射隔热涂料推广使用的前提之一。因为反射隔热涂料涂膜仅100 μm左右，按照热工理论计算，热阻很小，几乎可以忽略。目前多数做法是引进等效热阻解决节能计算。
等效热阻定义是合理的。如上海DG/TJ 08—2200—2016《建筑反射隔热涂料应用技术规程》规定，依据建筑物的外墙和屋面由于采用反射隔热涂料所增强的隔热性能，按其节能效果等量折算而成的热
阻。但实际计算等效热阻时，对比基准建筑普通涂料的选择太繁杂，难以明确确定。甚至建筑反射隔热涂料和普通建筑涂料之间也不是全然分开的，而是有交叉的。如用氧化铁红配成的建筑涂料，它既是普通建筑涂料，也是建筑反射隔热涂料。在用DOE-2软件做建筑物能耗和节能分析时，基础建筑物和节能方案分析设定的外墙面太阳辐射吸收系数ρ=0.7。因此实际计算等效热阻时，为了简便，如JGJ/T 359—2015《建筑反射隔热涂料应用技术规程》等规定，建筑物的外墙和屋面使用建筑反射隔热涂料时，与相同条件下采用太阳辐射吸收系数为0.7的普通涂料相比等效增加的热阻。这一统一比较基准的选取，使用是方便的。但偏离了等效热阻的理性定义，并且把太阳光反射比小于30%的深色反射隔热涂料都排除了。其实，用相同颜色涂料装饰的外墙面，反射隔热涂料和普通涂料相比，颜色越深，明度越低，隔热效果越大。反之，效果越低。3 污染修正后的太阳辐射吸收系数建筑反射隔热涂料在使用中，污染后太阳光反射比会下降，反射隔热效果会降低。因此JGJ/T 359—2015《建筑反射隔热涂料应用技术规程》和JGJ 75—2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》都规定，在采用建筑反射隔热涂料进行隔热设计和节能设计时，应采用污染修正后的太阳辐射吸收系数进行计算。
污染修正后的太阳辐射吸收系数可由实际测定和计算获得。当采用污染修正系数计算时，污染修正后的太阳辐射吸收系数应按公式(1)计算：
ρc =ρ×α (1)
其中：ρ=1-γ
α=11.384× (ρ×100)-0.624 1
式中：ρc ——污染修正后的太阳辐射吸收系数；
γ——污染前的涂料饰面实验室检测的太阳光反射比；
ρ——污染前的太阳辐射吸收系数；
α——污染修正系数。
该污染修正系数计算公式是由部分实测数据拟合得到的。
根据计算公式(1)，由污染前的太阳辐射吸收系数ρ，计算污染修正系数α和污染修正后的太阳辐射吸收系数ρc，如表1所示。
由表1可以看出，当污染前的太阳辐射吸收系数ρ小于0.5时，也就是说，太阳光反射比大于50%时，污染后，计算太阳光反射比是降低的。反之，当污染前的太阳辐射吸收系数ρ大于0.5时，也就是说，太阳光反射比小于50%时，污染后，计算太阳光反射比是提高的。而且当污染前的太阳辐射吸收系数ρ越大，污染后，计算太阳光反射比提高也越大。尽管可能有褪色变淡的原因，这还是有点偏离实际。JGJ 75—2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》就规定，ρ大于0.5时，污染修正系数α取1。
4 反射隔热保温系统
反射隔热涂料可以单独使用，也可与其他保温材料配合使用，构成系统。通常用于以隔热为主的夏热冬暖和夏热冬冷地区。按照现有的热工理论，保温需要有一定的热阻。既要求材料有低的导热系数，又要有一定的厚度，二者缺一不可。尽管反射隔热涂料导热系数不高，约0.7W/(m・K)，但因涂膜厚度很薄，仅100 μm左右，热阻很小，保温效果几乎可以忽略。如果要保温，往往与其他保温材料配合使用，各尽其能，互相补充，构成复合系统。如与保温砂浆、泡沫混凝土、EPS、XPS、PU、酚醛、岩棉等保温材料组成系统。这样才能满足节能要求，达到较理想的隔热和保温作用。
根据上海DG/TJ 08-2200—2016《建筑反射隔热涂料应用技术规程》隔热性能指标要求，通过等效热阻计算，对于不同明度的建筑反射隔热涂料，所能降低聚苯乙烯泡沫板EPS和保温砂浆厚度如表2。
由表2可以看出，由于等效热阻的引用，保温材料的厚度有所降低，但很有限。尤其是明度低于40的反射隔热涂料，由于等效热阻计算的不合理性，就一点也不能降低保温材料的厚度。这与实际是不符的。
5 发展方向
5 发展方向
建筑反射隔热涂料的研发、生产和应用已取得一定效果。为进一步发展，需解决目前存在问题。今后需重点关注：
(1)探索红外反射材料的组成、结构和红外反射性关系。开发性价比较优的各种颜色红外反射颜料。
(2)选择红外反射颜料和生产各色反射隔热涂料。既达到客户装饰对颜色的要求，又具有较好的节能效果。
(3)建筑反射隔热涂料与其他保温材料构成简便而有效的隔热保温系统，甚至就用保温腻子和反射隔热涂料构成系统，主要用于隔热为主的地区。
(4)进行切实有效的建筑节能计算，努力使反射隔热涂料得到较广泛的应用。