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我国建筑反射隔热涂料的应用与发展
2018年11月03日    阅读量:2094    新闻来源:中国涂料在线 coatingol.com  |  投稿

1 我国建筑反射隔热涂料的发展

除了军事及航天工程的应用外,我国反射隔热涂料的应用是在20 世纪末从石油、液化天然气的金属储罐和输油管道等化工领域中的应用开始的,在取得成功后引起建筑业界人士的关注并于21 世纪初开始在夏热冬暖地区的建筑屋面、外墙面和建材制品上得到应用,虽然取得明显的反射隔热效果,但应用量不大,其应用并未受到重视。


2006 年,国家开始强制实施建筑节能以后,由于建筑反射隔热涂料能够满足建筑节能的部分要求,其应用出现了新局面:应用区域扩宽、应用量增大、应用技术受到重视、应用水平不断提高、相关技术标准陆续颁布实施、产品品种增多。迄今为止,该涂料已成为夏热冬暖和夏热冬冷地区一种重要的建筑节能技术中国涂料在线coatingol.com


1.1 建筑反射隔热涂料生产技术的发展

在建筑反射隔热涂料应用的起步阶段,其主要品种是以丙烯酸酯及其共聚物乳液为基料,以空心玻璃或陶瓷微珠为功能性填料的合成树脂乳液类涂料。随着近年来建筑反射隔热涂料应用需求的增长,其生产技术得到较快发展。


1.1.1 新产品的研发

随着应用需求的增长和涂料生产技术的进步以及原材料的发展,出现了诸如透明型反射隔热涂料、高装饰性(非均质)反射隔热涂料、高性能反射隔热涂料等新品种。

透明型反射隔热涂料是基于纳米半导体材料[如氧化铟锡(ITO)、氧化锡锑(ATO)、氧化铝锌(AZO)等]对太阳光谱具有理想的选择性,即对红外光的反射性很强,而在可见光区透过率高的特性,使得涂膜能够反射红外线而阻隔热量传递,并使紫外线透过涂膜,因而具有透明和隔热的双重功能。


这类涂料既可以应用于玻璃表面制成反射隔热型节能玻璃,也可以和外墙涂料一起应用于外墙面砖表面。该类涂料扩展了建筑反射隔热涂料的应用范围,也为建筑节能提供了重要的技术措施。


高装饰性建筑反射隔热涂料,也称非均质建筑反射隔热涂料,主要是指具有反射隔热功能的合成树脂乳液砂壁状涂料(反射隔热型真石漆)和水包水型多彩涂料。反射隔热型真石漆是以反射型彩砂作为功能填料制成的,而反射型彩砂系使用红外反射颜料配合常规无机色浆以油性包覆或烧结的方式染色到白色彩砂上制备而成的。


反射隔热型水包水型多彩涂料是在水包水型多彩涂料的制备过程中,在分散相调色基础漆中添加玻璃空心微珠和反射隔热色浆,以及在分散介质中添加反射隔热色浆而制得的。此外,也有关于以钛白粉、陶瓷空心微珠为原材料分别制得具有反射红外光性能的底漆和多彩面漆的分散颗粒,配合以硅丙乳液作为连续相并进而制得多彩反射隔热涂膜的研究。

建筑反射隔热涂料应用于外墙外表面时,受到的一大诟病是其耐久性和耐沾污性能不良,因而催生了高耐久、高耐沾污性和具有自清洁性的高性能反射隔热涂料的研制。具有这种高性能的成膜物通常以氟碳- 丙烯酸酯共聚物最好,有机硅- 丙烯酸酯共聚物次之。目前研究较多的是氟碳- 丙烯酸酯共聚物。


1.1.2 建筑反射隔热涂料用原材料的进展

建筑反射隔热涂料的发展和应用促进了其原材料的发展。例如,使涂料产生反射红外热性能的功能性填料已从单一的玻璃或陶瓷空心微珠发展到红外反射颜料。

由于外墙涂料约有80%是彩色的,而随着涂料色彩的加深,涂膜的反射性能下降,这种性能严重影响了建筑反射隔热涂料的应用。因此,不会对彩色涂料的反射性能产生严重影响的冷颜料应运而生。目前,冷颜料的供应还仅限于国外产品。


1.2 建筑反射隔热涂料应用技术的进展

由于涉及到建筑节能的计算,因而与普通涂料相比,建筑反射隔热涂料的应用技术更为重要,有时甚至成为制约其应用的关键因素。对其应用技术的研究包括对涂料工程实际节能效果的评价、对工程应用中复合外墙外保温系统的研究以及应用技术规程、现场检测技术标准的制定等。


1.2.1 对涂料工程实际节能效果的评价

对建筑反射隔热涂料工程实际节能效果的评价很早就受到重视,并被列入国家“十一五”科技支撑计划项目。尽管如此,该方面的研究仍较薄弱,目前的相关研究分别集中于屋面与墙面。


有文献介绍,通过对江苏省苏州市、太仓市等地的多栋建筑物的涂料工程进行实测,得出在该地区夏季较强的太阳辐射下,建筑反射隔热涂料能够有效地降低建筑围护结构外表面的温度,并降低能耗,因而其应用在建筑热工设计中能够代替一部分建筑围护结构热阻;采用深色反射隔热涂料相较于采用相同色度的普通涂料,夏季能够大幅降低建筑围护结构表面温度而取得节能效果;


而在12 月份太阳辐射强度不高的情况下,反射隔热涂料与相同色度普通涂料表面的平均温差仅为1.7℃,影响不大。对杭州测试房的实测结果则表明,建筑反射隔热涂料能有效减少东、南、西三面墙体的导热量,降温效果显著。


对屋面建筑反射隔热涂料的实测结果则表明,在仓房表面使用反射隔热涂料可有效控制仓温随气温上升的速度,不但可以较好地保护仓顶的防水卷材,并能显著降低仓温。


总之,一些对建筑反射隔热涂料工程节能效果的研究均能得到其具有明显节能效果的结果,但定性的多,定量的少。


1.2.2 对工程应用中复合外墙外保温系统的研究

在夏热冬暖地区,建筑反射隔热涂料可以单独使用;而在夏热冬冷地区,该涂料则需要与其他保温材料配合构成外墙外保温系统,才能满足建筑节能的要求,如近年来出现的保温腻子- 建筑反射隔


热涂料系统、保温胶泥- 建筑反射隔热涂料系统、建筑反射隔热涂料组合脱硫石膏轻集料砂浆系统等。


1.2.3 应用技术标准的制定与修订

建筑反射隔热涂料的应用涉及到热工设计、实际节能效果的评价和节能工程的验收(包括现场检测)等问题。其中,应用技术规程是工程应用中重要的技术支撑,它能够解决工程应用的实际问题,例如基本应用范围、材料性能要求、工程设计(包括构造、防水和热工设计等)、施工技术和工程验收等。目前我国已经形成了系统的建筑反射隔热涂料应用技术标准,如表1 所示。


1.3 建筑反射隔热涂料相关标准的进展

如表1 所示,我国目前已经形成包括产品标准、应用技术标准、性能检测标准等6 个建筑反射隔热涂料的相关标准,基本上满足了建筑反射隔热涂料的程应用需求。

建筑反射隔热涂料相关标准一览表

我国建筑反射隔热涂料的应用与发展 中国涂料在线,coatingol.com


表1 所述标准中,GB/T 25261—2010 在其附录A 中给出了等效涂料热阻的计算方法,方便了工程应用,因此对建筑反射隔热涂料的发展产生了一定推动作用。同样原因,由于JGJ/T 359—2015 和JGJ/T287—2014 标准的颁布实施,解决了工程应用中关于节能计算、彩色涂料等效热阻、涂膜老化后的等效热阻以及工程质量控制和现场检测等实际问题,对该类涂料的应用起到了更大的推动作用。


除了国家标准、行业标准外,一些省、市还根据地区实际情况制定了地方标准。例如,上海市、重庆市,以及江苏、四川、广东、安徽、湖南和贵州等省都先后制定了省级建筑反射隔热涂料应用技术规程,为地方建筑反射隔热涂料的工程应用提供了技术支撑。


2 建筑反射隔热涂料发展与应用中存在的问题

建筑反射隔热涂料发展与应用中存在的问题可分为技术、市场和人为因素等几方面。技术方面包括涂料固有性能和应用技术问题;市场方面则比较复杂,有利益的驱使、有认识的误区,也有管理的缺失等。随着对建筑反射隔热涂料研究的深入和应用经验的积累以及一些标准的颁布实施,其中有些问题已逐步得到解决。


2.1 建筑反射隔热涂料应用中存在的技术问题

目前建筑反射隔热涂料在应用中饱受诟病的技术问题有:涂膜寿命不能满足标准规定的外墙外保温系统25 a 使用寿命的要求;相比于白色涂膜,彩色涂膜的反射性能显著下降,节能效果降低;彩色反射隔热涂料评价方法缺失;涂膜的耐沾污性能差,受污染后反射性能显著下降;建筑反射隔热涂料没有保温作用,不能够解决夏热冬冷地区冬季保温问题;以及建筑反射隔热涂料缺少现场检测方法,不能有效控制工程质量等等。


上述问题中,涂膜耐久性不能满足25 a 使用寿命要求是涂料的固有性能缺陷,在目前技术状况下,对于现场施工的涂料来说,尚无解决方法。


彩色涂膜反射性能下降,评价方法缺失的不足随着“冷颜料”的出现和彩色反射隔热涂料配色技术的逐渐普及与提高,在一定程度上会得以缓解,而上海市DG/TJ 08—2200—2016《建筑反射隔热涂料应用技术规程》4.1.6 条中规定“涂料选用的颜色应给予唯一性色号标识”,并结合同一涂料不同明度值时的反射性能,也能够解决该问题。


对于涂膜受污染后反射性能下降的问题,一方面建筑反射隔热涂料本身的耐沾污性能因为在受污染最严重的高温季节涂膜表面温度的降低,相比于同类别涂料其受污染程度会明显降低;另一方面,JGJ/T 359—2015 标准中规定在热工计算中对涂料等效热阻的选取是考虑了污染修正后的太阳辐射吸收系数的热阻,已经考虑了涂膜受沾污后反射性能降低的因素。


关于建筑反射隔热涂料不能解决夏热冬冷地区冬季保温的问题,JGJ/T 359—2015 标准在5.1.5 条中规定,在“不考虑涂料反射隔热效果的情况下,墙体和屋面的热阻应符合GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》中冬季保温的有关规定”解决了这一问题。随着JGJ/T 287—2014《建筑反射隔热涂料节能检测标准》的颁布实施,其现场检测方法缺失的问题也不复存在。


可见,在技术层面上,有些阻碍建筑反射隔热涂料应用的问题已经得到解决。当然,有些措施可能是消极的,因而需要今后不断地研究以便从积极的方面进行解决。


2.2 建筑反射隔热涂料应用中存在的市场问题

作为一种功能性建筑涂料,建筑反射隔热涂料的作用就是在夏热冬暖、夏热冬冷地区的夏季高温季节反射太阳辐射热而产生节能作用,而在冬季,由于会反射墙面的太阳辐射热,反而不利于节能。因而,建筑反射隔热涂料有一定的地域性。


由于在与其他建筑节能材料的市场竞争中过分强调、夸大建筑反射隔热涂料的作用,或因其技术本身存在缺陷,或因利益驱使而使其受到建筑节能市场的排斥,因而,在其应用技术渐趋成熟的情况下,其工程应用中出现的问题反而越来越多,受到的诟病也越来越多,在有些地区,这些问题多到导致地方政府职能部门发文规定建筑反射隔热涂料只能作为一般装饰性涂料使用,不得纳入节能计算。


总之,目前关于建筑反射隔热涂料存在有太多的虚假宣传、不实研究结论、反常的检测报告和没有应用价值的“建筑反射隔热涂料新产品”,显然这些都不利于其发展与应用。


2.3 建筑反射隔热涂料应用中的人为因素

人为因素主要是对于这种新材料的节能作用知之甚少,对其能够产生的反射太阳热的作用产生怀疑;设计人员对其在建筑节能中的设计不能驾轻就熟,对于其工程设计产生抵触情绪;此外还有利益的驱使、对建筑反射隔热涂料的偏见等。


例如,有文献介绍,对建筑反射隔热涂料知识的缺失,不但体现于一般工程技术人员,甚至有些研究人员,因此原因而使所进行的研究得出不恰当的结论;有的省级地方标准对建筑反射隔热涂料甚至会给出有误导作用的错误定义而称之为“建筑反射保温隔热涂料”;有些检测人员的建筑材料与建筑热工知识浅薄,或者缺乏认真负责的态度而出具违反常识的检测报告。


甚而有之,有的所谓“建筑反射隔热涂料”产品只是在施工现场往商品外墙涂料中添加一种陶瓷空心微珠,这种做法不但不能得到符合标准要求的建筑反射隔热涂料产品,反而会严重降低原涂料的物理力学性能。


总的来说,在推广应用过程中,不利于建筑反射隔热涂料推广应用的人为因素大大高于其技术因素。


3 对促进我国建筑反射隔热涂料应用发展的建议

3.1 应注重应用技术的研究

建筑反射隔热涂料的应用技术包括节能效果的评估、在建筑热工计算中节能效果的表征、应用方式(构成外墙外保温系统)、施工技术和工程检测技术等。重视这些应用问题的研究更有利于其推广应用。


3.2 重视透明型建筑反射隔热涂料的开发应用

透明型建筑反射隔热涂料主要应用于建筑玻璃表面。如玻璃幕墙,大玻璃墙,门窗玻璃等。当提高建筑节能标准时玻璃的节能尤为重要,在玻璃表面涂装透明型建筑反射隔热涂料是提高玻璃节能效果的良好途径。

安徽省某企业将透明型建筑反射隔热涂料涂覆于中空玻璃内壁,其在可见光区的平均透过率可达87.6%,透明性和隔热效果均非常显著。

笔者曾研究过一种用于建筑窗户、便于装卸的透明反射隔热窗膜,它是通过在具有一定刚度、但能够卷曲的涤纶薄膜、聚酯薄膜或者其他类似的透明塑料薄膜表面涂施透明型建筑反射隔热涂料而制得,但因未获得专利授权而没有得到进一步研究。此外,透明型建筑反射隔热涂料还可以施涂于真石漆涂层表面,构成具有反射隔热功能的真石漆涂层系统构造[5];施涂于仿石涂层表面构成具有反射隔热功能的仿石涂层系统构造。


3.3 应重视屋面建筑反射隔热涂料的应用

屋面单位面积接受太阳辐射的能量要比外墙大得多,因而屋面(不上人屋面)使用建筑反射隔热涂料节能效果更显著。此外,屋面的女儿墙及其压顶因完全暴露在外,很难采取有效的节能措施而全天都受到太阳照射,其表面使用建筑反射隔热涂料会是很好的节能措施。


3.4 应研究保温装饰复合板专用建筑反射隔热涂料

保温装饰复合板是一种高档外墙外保温板材,但涂料饰面的这类板材很难满足25 a 的使用寿命要求。可以考虑采用高性能的溶剂型氟碳树脂类建筑反射隔热涂料,既能够使保温板材满足25 a 寿命要求,又能降低夏季板材表面温度和延缓温度骤变,提高其耐沾污性、耐久性和抗开裂性。


3.5 应加强涂料耐沾污性、耐候性的研究

虽然建筑反射隔热涂料的耐沾污性、耐候性都大大优于其同类涂料,但高耐沾污性、高耐候性一直是外墙涂料的追求目标,特别是对于建筑反射隔热涂料来说,受污染后其反射隔热效果会随之降低,因而加强其耐沾污性、耐候性的研究更有必要。对于以合成树脂乳液为基料的外墙涂料来说,使之具有良好的流平性是提高其耐沾污性的重要途径。


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