0 引言
我国是建筑能耗大国，单位面积采暖能耗相当于气候条件相近国家的2~3 倍，建筑能耗已占社会总能耗的1/3，建筑节能任重道远。依据住建部制定的建筑节能总体规划，未来几年，全国城镇新建筑节能应达到50%，北方和沿海经济发达地区实现建筑节能65%~70%。为了达到这一要求，必须对既有建筑和新建筑采用高效保温节能材料进行改造和施工，降低围护结构（墙体、屋顶、门窗）的传热、耗热量，才能达到既改善室内热环境，又可节能降耗之目的，营造一个冬暖夏凉的宜居室内环境。
目前建筑节能外墙保温材料分为有机保温材料（聚氨酯发泡、聚苯乙烯泡沫、聚合酚醛树脂泡沫等）和无机保温材料（松散无机纤维及制品、多孔轻质颗粒保温砂浆、纤维+ 多孔颗粒混合型保温材料）。有机保温材料的导热系数低、保温效果好，但防火安全性差；普通无机保温材料的导热系数较高、保温效果较差，但防火安全性好；无机纳米多孔绝热保温材料导热系数低、耐高温性好，常用作太空绝热材料。将高科技太空绝热材料转为民用，开发出一种薄层、绝热保温涂料，是未来保温材料技术发展的重要途径。
本研究开发了一种新型外墙纳米保温隔热涂装一体化系统，由保温隔热腻子、柔性细腻子、封闭底漆、纳米保温隔热涂料、疏水型弹性反射隔热涂料构成。该系统具有涂层薄、隔热保温性能好、黏结力强、耐温变性好、防水抗渗、耐污抗裂、阻燃防火、安全环保等特点，且施工简便，性价比高。
1 纳米保温隔热涂装一体化系统的构造与应用
1 纳米保温隔热涂装一体化系统的构造与应用
1.1 施工构造
纳米保温隔热涂装一体化系统的施工构造 ：在建筑外墙表面批刮保温隔热腻子3~5 mm ；柔性细腻子1~2 mm 找平；打磨平整；刷涂弹性封闭底漆；刷涂纳米保温隔热涂料0.5~1.5 mm ；再刷涂2 道疏水型弹性反射隔热涂料。其结构示意图如图1 所示。
1.2 不同地区应用区别
根据我国的气候特点，从南到北可划分为夏热冬暖地区、夏热冬冷地区、寒冷地区、严寒地区。不同地区对纳米保温隔热涂装一体化系统结构的应用也有区别，见表1。
1.3 参考用量
纳米保温隔热涂装一体化系统各层用量见表2。
2 保温隔热腻子组成及性能
2.1 保温隔热腻子配方
2.2 保温隔热腻子的性能
保温隔热腻子的性能指标见表3。
2.3 施工方法
将腻子粉和水按m（腻子粉）∶m（水）=1∶3 的比例搅拌成膏状，批刮于墙面，薄层多遍批刮，厚度为3~5 mm，干燥后打磨平整。
2.4 作用
保温隔热腻子除了对墙面起填平、增强、抗裂的作用外，还有保温隔热作用。腻子组分中的玻化微珠具有封闭多孔结构，能够有效阻隔热量的传递。通过对腻子施工厚度的控制，可不同程度地提高建筑墙体的总热阻。
3 纳米保温隔热涂料的组成及性能
纳米保温隔热涂料以自交联丙烯酸乳液为成膜物，以SiO2 气凝胶、无机纤维、微孔材料等为填料，在多种助剂的配合下制备而成。涂料具有薄层施工、纳米孔隔热、安全防火、环保节能、性价比优等特点。
3.1 纳米保温隔热涂料的参考配方
3.2 纳米保温隔热涂料的性能指标
纳米保温隔热涂料的性能指标见表4。
3.3 纳米保温隔热涂料的隔热原理
在纳米保温隔热涂料的组分中，起关键隔热作用的是纳米SiO2 气凝胶，其次是短切硅酸铝纤维和空心玻璃微珠。纳米SiO2 气凝胶是一种保温隔热性能非常优异的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80%~99%，孔洞的典型尺寸为2~50 nm，平均孔径为20 nm，比表面积为600~1 000 m2/g，表观密度为0.003~0.35 g/cm3，室温导热系数可低至0.013 W/（m·K），即使在800℃高温下，其导热系数仅为0.043 W/（m·K），且高温下不分解，无有害气体放出，是纯绿色环保材料；其缺点是强度低、脆性大，单独使用困难。将纳米SiO2 气凝胶与硅酸铝纤维和空心玻璃微珠配用，在弹性成膜物的交联作用下，可大大改善涂层的物理机械性能。
短切硅酸铝纤维长度为0.15~2.5 μm，直径为2~4 μm，压缩状态下密度为0.13~0.20 g/cm3，导热系数为0.036~0.060 W/（m·K），具有优良的柔韧性、化学稳定性、低导热率、低热容量、低密度等特点。在纳米保温隔热涂料中加入适量的短切硅酸铝纤维，不但提高了涂层的孔隙率，同时也增强了涂层的黏结强度、抗拉强度和柔韧抗裂性。
空心玻璃微珠壁厚为直径的8%~10%，导热系数约0.07 W/（m·K），具有密度低、体积大、导热系数低、抗压强度高、吸油率低、自流动性好等优点。在纳米保温隔热涂料中加入超细空心玻璃微珠，使涂膜具有独特的微孔结构，在保持导热系数上升幅度不大的前提下，显著提高涂层的抗压强度，同时具有优异的热反射和热辐射性能。
3.4 纳米保温隔热涂料的隔热效果
自制两个相同的钢板试验箱1# 和2#，钢板厚度1 mm，外形尺寸为1.2 m×0.6 m×1.2 m，1# 箱外面包覆一层8 cm 厚的聚苯乙烯泡沫板，2# 箱外面刷涂1 mm 厚的纳米保温隔热涂料，养护干燥。在夏季晴天高温度为38℃的条件下，将两个试验箱架空在室外阳光下曝晒，至下午3 点同时检测两箱内部温度，测量结果：1# 箱的内部温度为27.5℃，2# 箱内部温度为27℃。
在冬季负温条件下，将上述两个试验箱内部加热至40℃，封闭后移至室外冷冻2 h 后，测试箱内部温度，测量结果：1# 箱的内部温度为16.5℃，2# 箱的内部温度为18℃。
以上测试结果表明，1 mm 厚的纳米保温隔热涂料比8 cm 厚的聚苯乙烯泡沫板保温隔热性能好。
4 疏水型弹性反射隔热涂料的组成及性能
4.1 疏水型弹性反射隔热涂料的基本配方
疏水型弹性反射隔热涂料的基本配方如下：
4.2 涂料的性能
疏水型弹性反射隔热涂料的性能指标如表5所示。
4.3 疏水型弹性反射隔热涂料的特点及作用机理
疏水型弹性反射隔热涂料作为新型外墙纳米保温隔热涂装一体化系统的饰面涂料，具有四大特点：（1）涂膜具有弹性，可有效遮蔽保温隔热层的温变裂纹；（2）涂膜可有效反射和辐射太阳光热，降低墙面温度，减少辐射热向墙体内部传导；（3）涂膜具有疏水性，可有效提高饰面的耐沾污性；（4）可调成各种颜色，对太阳反射比的影响较小。
物体对于入射能量的响应可分为3 类：反射、吸收和透过。只有在一定波段内提高涂层的反射率，才能降低其对能量的吸收率，同时在一定波段内把涂层吸收的能量大限度地辐射出去，增大涂层的辐射率，才可以使涂层表面对热量的积蓄较少，降低涂层温度。ALTIRIS 红外反射颜料是一种经过精心设计和改性的二氧化钛高反射率颜料，其在8~13.5 μm波段内对太阳热有很强的吸收能力（辐射能力），而在其他波段有很高的反射能力，同时还有超强的耐用性和弱电性，可有效降低涂层的电荷积累，减少带电污染物附着。在常用的彩色外墙涂料中，在不加或少加钛白粉的条件下，添加红外反射颜料可大幅度提高涂膜的太阳能反射率。
4.4 疏水型弹性反射隔热涂料的隔热效果
自制两个相同的钢板试验箱3# 和4#，钢板厚度1 mm，外形尺寸为1.2 m×0.6 m×1.2 m，3# 箱为对照，4# 箱外表面刷涂2 道疏水型弹性反射隔热涂料，养护干燥。夏季，将两个试验箱架空在室外阳光下，至下午3 点同时检测两箱顶部的表面温度和箱内温度，结果见表6。
5 纳米保温隔热涂装一体化系统的应用效果
选取北京市郊区城镇改造居民楼工程进行实验，围护结构是实心砖混结构，1# 楼外墙保温采用8 cm厚B1 级聚苯乙烯泡沫板外保温系统（样板1#），2# 楼外墙采用纳米保温隔热涂装一体化系统（样板2#），另选一间未作保温的清水砖墙平房为对照样。样板间1# 和2# 均选取楼房第3 层一户2 居室进行试验。夏季在保持室内平均温度25℃条件下分别测量空调耗能量；冬季在保持室内平均温度20℃条件下，分别测量供热耗能量，三者进行对比，结果见表7、8。
由表7、8 实测数据可以看出，外墙采用纳米保温隔热涂装一体化系统（样板2#），与对照样相比，冬季采暖节能率达到70%，夏季空调节能率达到20% ；外墙采用8 cm 厚B1 级聚苯乙烯泡沫板保温系统（样板1#），与对照样相比，冬季采暖节能率达到65%，夏季空调节能率达到18%。纳米保温隔热涂装一体化系统与8 cm 的聚苯乙烯泡沫板保温系统相比，冬季采暖节能率提高5%，夏季空调节能率提高2%。由此说明纳米保温隔热涂装一体化系统具有薄层、高效保温隔热性能。
6 结语
外墙纳米保温隔热涂装一体化系统由保温隔热腻子、柔性细腻子、封闭底漆、纳米保温隔热涂料、疏水型弹性反射隔热涂料构成。
（1） 保温隔热腻子除了对墙面起填平、增强、抗裂作用外，还有保温隔热作用，批刮厚度为3~5 mm。
（2） 柔性细腻子起找平作用，厚度为1~2 mm。
（3） 封闭底漆起封闭基层泛碱及加固作用，湿碰湿刷涂2 道。
（4） 纳米保温隔热涂料以自交联丙烯酸乳液为成膜物，以SiO2 气凝胶、空心玻璃微珠、硅酸铝纤维和高岭土等为填料，在多种助剂的配合下制备而成，具有施工薄层、纳米孔隔热、安全防火、环保节能、性价比高等优点。刷涂厚度为0.5~1.5 mm。
（5） 疏水型弹性反射隔热涂料以弹性丙烯酸乳液和氟碳乳液为成膜物，以ALTIRIS 红外反射颜料及冷颜料等为颜料，在多种助剂的配用下制备而成。涂膜具有优异的太阳热反射率和发射率，隔热效果显著，刷涂2 道。
（6） 纳米保温隔热涂装一体化系统与8 cm 厚的聚苯乙烯泡沫板保温系统相比，冬季采暖节能率提高5%，夏季空调节能率提高2%，具有薄层、高效保温隔热性能。
