張雪芹，徐超

（中國(guó)新型建材設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州　310003）

建筑反射隔熱涂料的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

張雪芹，徐超

（中國(guó)新型建材設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州310003）

建筑反射隔熱涂料由于具有較高的太陽(yáng)光反射比、近紅外反射比和半球發(fā)射率，建筑物外墻和屋面涂裝建筑反射隔熱涂料后可以有效反射、阻隔夏季的太陽(yáng)熱輻射，減少建筑物表面對(duì)太陽(yáng)幅射能量的吸收，降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫度，實(shí)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能，因而近年來(lái)建筑反射隔熱涂料在夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)得到了較快的發(fā)展。介紹了建筑反射隔熱涂料的特點(diǎn)、隔熱機(jī)理和研制的關(guān)鍵技術(shù)，并介紹了將于2016年2月1日起實(shí)施的JGJ/T 359—2015《建筑反射隔熱涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的建筑反射隔熱涂料應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)。

建筑反射隔熱涂料；特點(diǎn)；隔熱機(jī)理；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用

0　前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑節(jié)能工作的不斷推進(jìn)，以及國(guó)家和行業(yè)一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的出臺(tái)，建筑反射隔熱涂料也在夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)得到了較快的發(fā)展。建筑反射隔熱涂料通過(guò)有效反射、阻隔夏季的太陽(yáng)熱輻射，減少建筑物表面對(duì)太陽(yáng)幅射能量的吸收，從而降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的溫度，減少建筑物的空調(diào)能耗，實(shí)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能［1］。

在此前先后發(fā)布實(shí)施、修訂3個(gè)建筑反射隔熱涂料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)JG/T 235—2014《建筑反射隔熱涂料》、GB/T 25261—2010《建筑用反射隔熱涂料》和JC/T 1040—2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》的基礎(chǔ)上，為推廣建筑反射隔熱涂料技術(shù)，規(guī)范建筑反射隔熱涂料的工程應(yīng)用，保證工程質(zhì)量，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部于2015年6月30日發(fā)布公告，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 359—2015《建筑反射隔熱涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》將于2016年2月1日起實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)適用于建筑物外墻和屋面使用建筑反射隔熱涂料的節(jié)能工程設(shè)計(jì)、施工及工程質(zhì)量驗(yàn)收。這一系列標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施將進(jìn)一步有力促進(jìn)建筑反射隔熱涂料在建筑工程中的推廣應(yīng)用。

1　建筑反射隔熱涂料的特點(diǎn)及隔熱機(jī)理

隔熱涂料一般可分為阻隔型、反射型和輻射型。阻隔型隔熱涂料是通過(guò)熱傳遞的阻抗作用實(shí)現(xiàn)隔熱的被動(dòng)式降溫涂料，導(dǎo)熱系數(shù)是影響涂料隔熱性能的主要指標(biāo)，導(dǎo)熱系數(shù)越小，保溫隔熱性能越好。一般采用中空玻璃（或陶瓷）微珠等作填料，以降低涂層的導(dǎo)熱系數(shù)。反射型隔熱涂料能將太陽(yáng)光中的熱量從涂層表面反射出去，從而發(fā)揮隔熱降溫作用。通過(guò)采用對(duì)可見(jiàn)光、紅外光有高反射性的顏填料，盡可能地減少涂層表面對(duì)入射太陽(yáng)光能量的吸收，從而起到降低涂層表面溫度的作用。輻射型隔熱涂料通過(guò)將吸收的熱量，以紅外輻射的方式在波長(zhǎng)8～13.5 μm內(nèi)通過(guò)大氣的“紅外窗口”，高效地發(fā)射到外層空間，從而起到使涂層溫度降低的作用。

因此，理想的反射隔熱涂層應(yīng)具有高反射率、低吸收率和高發(fā)射率，其應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）不透明；（2）對(duì)太陽(yáng)光全波段，至少是可見(jiàn)光和紅外光波段具有高反射率；（3）能將所吸收的輻射能轉(zhuǎn)化為8～13.5 μm波長(zhǎng)的紅外光，高效輻射到大氣層外；（4）成膜物的傳熱系數(shù)低；（5）耐候且綜合性能良好［2］。建筑反射隔熱涂料的隔熱機(jī)理見(jiàn)圖1。

圖1　建筑反射隔熱涂料的隔熱機(jī)理示意

2　建筑反射隔熱涂料的關(guān)鍵技術(shù)

制備建筑反射隔熱涂料一般應(yīng)采用具有良好耐老化性、涂膜透明度高、對(duì)輻射能吸收率低的乳液。因涂層對(duì)太陽(yáng)光的反射、散射能力主要取決于顏填料與樹(shù)脂折光指數(shù)的差值，必須選用折光指數(shù)高的顏填料，折光指數(shù)分別為2.8、2.3～2.8 和2.2的金紅石型TiO2、Fe2O3和ZnO等都是常用的普通顏填料。由于建筑反射隔熱涂料主要是通過(guò)功能性顏填料所具有的特殊材質(zhì)與功能，將太陽(yáng)輻射能阻隔或通過(guò)反射、輻射發(fā)射到外部空間，使涂層表面溫度降低，從而減少通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向建筑物內(nèi)的傳熱。因此，功能性顏填料的選擇和應(yīng)用是建筑反射隔熱涂料研制的關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)光學(xué)原理，當(dāng)太陽(yáng)光照射到物體上時(shí)，將發(fā)生選擇性反射、散射、吸收。物體吸收的光能，可以自身特有的波長(zhǎng)再發(fā)射出去。禁帶寬度Eg為0.5～1.8 eV的材料吸收近紅外輻射，Eg為1.8～3.1 eV的材料吸收可見(jiàn)光。因此，為避免吸收可見(jiàn)光和近紅外光，填料的Eg應(yīng)大于3.1 eV或小于0.5 eV，可作為輻射型功能填料［3］。

阻隔型隔熱粉體必須選用隔熱性能好的填料，如空心玻璃（或陶瓷）微珠等；反射型隔熱粉體一般可選擇氧化釔、氧化銦錫（ITO）、遠(yuǎn)紅外陶瓷粉、空心玻璃微珠、金紅石型TiO2等；輻射型隔熱粉體可選擇過(guò)渡金屬氧化物系列，如Fe2O3、MnO2、NiO、Co2O3、CuO、堇青石或石墨烯等［4］。

（1）空心微珠

空心微珠，如空心玻璃（或陶瓷）微珠等，含有封閉的小孔或“微泡”，折光指數(shù)高、吸油量低，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小等特點(diǎn)，形成一種“海島”結(jié)構(gòu)，起到良好的隔熱作用。被廣泛應(yīng)用于制備建筑反射隔熱涂料。

由于中空微珠的薄壁中空結(jié)構(gòu)，使用時(shí)應(yīng)注意避免高速剪切作用破壞其中空結(jié)構(gòu)而喪失隔熱功能。在建筑反射隔熱涂料的制備過(guò)程中，空心微珠等功能填料需最后在低速狀態(tài)下加入到分散液中［5］，以盡量避免其空心結(jié)構(gòu)的破損，發(fā)揮良好的反射、隔熱功能。

（2）納米SiO2氣凝膠

納米SiO2氣凝膠是一種保溫隔熱性能非常優(yōu)異的輕質(zhì)納米多孔非晶固體材料，其孔隙率高達(dá)80%～99%，平均孔徑為20 nm，孔徑分布為2～50 nm，比表面積為600～1000 m2/g，表觀密度為0.003～0.35 g/cm3，室溫導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.013 W/（m·K），是目前導(dǎo)熱系數(shù)最低、隔熱性能最佳的材料之一。其缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、脆性大，單獨(dú)使用困難。將納米SiO2氣凝膠與硅酸鋁纖維和空心玻璃微珠復(fù)配使用，在彈性成膜物的交聯(lián)作用下，可大大改善涂膜的物理性能［6］。

（3）納米功能材料

近年來(lái)，納米材料被大量應(yīng)用于反射隔熱保溫建筑涂料的開(kāi)發(fā)，涂料中加入納米材料除可對(duì)涂膜進(jìn)行改性外，還能賦予涂層特殊的功能。如金屬氧化物是納米氧化銦錫（ITO）和氧化錫銻（ATO）被應(yīng)用于反射隔熱涂料中。ITO與ATO薄膜的可見(jiàn)光透光率可達(dá)80%～90%，紅外反射率為75%～80%［7-8］。

由于納米粉體的比表面積大，表面能高，粒子間容易相互團(tuán)聚，納米粒子的分散難問(wèn)題一直阻礙其在建筑涂料中的廣泛應(yīng)用。有研究者采用有機(jī)和無(wú)機(jī)改性的方法改進(jìn)納米材料的分散性。其中有機(jī)改性是將納米粒子與有機(jī)樹(shù)脂進(jìn)行原位聚合、共混，通過(guò)化學(xué)鍵連接實(shí)現(xiàn)2種材料的納米級(jí)改性；無(wú)機(jī)改性主要以無(wú)機(jī)填料為載體復(fù)合納米粒子等，可較好地解決納米材料在樹(shù)脂中的分散問(wèn)題。

（4）紅外輻射粉體

不同于阻隔型和反射型隔熱涂料只能減緩，但不能阻擋熱量的傳遞，輻射型隔熱涂料通過(guò)在涂料中添加適量的紅外輻射粉體，能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射到外層空間去，從而使涂層內(nèi)外以同樣的速度快速降溫。發(fā)射率是表征物質(zhì)基本性質(zhì)的物理量，對(duì)于一種材料，在相同溫度、幾何條件和光譜條件下，具有唯一值，而同一種材料的發(fā)射比，可因所測(cè)試樣品的不同，而有不同的測(cè)試結(jié)果［9］。理想的紅外輻射粉體應(yīng)能反射2～8 μm和14～20 μm波長(zhǎng)的紅外光，而將吸收的輻射能轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)8～13.5 μm的紅外光以高發(fā)射率輻射出去，從而具有輻射致冷功能。圖2為幾種不同顏填料的半球發(fā)射率［10］。

圖2　幾種不同顏填料的半球發(fā)射率

從圖2可見(jiàn)，上述幾種顏填料中，鐵氧體的半球發(fā)射率最低為0.67，石墨烯的半球發(fā)射率最高為0.96，納米碳化硅、亞微米碳化硅、碳纖維管和紅外粉體的半球發(fā)射率差異不大。這說(shuō)明石墨烯的微觀片層結(jié)構(gòu)有助于降低涂料的吸收指數(shù)及折射系數(shù)，提高涂層的半球發(fā)射率。

（5）紅外反射顏料

制備彩色建筑反射隔熱涂料時(shí)需要通過(guò)選用具有高太陽(yáng)光反射率的紅外反射顏料來(lái)進(jìn)行調(diào)色。紅外反射顏料（冷顏料）是一類(lèi)具有高太陽(yáng)光反射率和耐溫、耐候，且具有優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性的環(huán)保型復(fù)合無(wú)機(jī)顏料。它們能在可見(jiàn)光區(qū)域選擇性地反射本色波長(zhǎng)的熱量，而吸收其余波長(zhǎng)的熱量；在紅外區(qū)域并不吸收能量，而是進(jìn)行反射或透射。復(fù)合無(wú)機(jī)顏料通常經(jīng)高溫（800℃以上）煅燒而成，因而具有優(yōu)異的耐候性、耐高溫性和環(huán)保特性。目前國(guó)內(nèi)紅外反射顏料市場(chǎng)除進(jìn)口的美國(guó)薛特顏料公司（Shepherd）、福祿顏料公司（Ferro）和德國(guó)巴斯夫公司產(chǎn)品外，也有一些國(guó)產(chǎn)紅外反射顏料供應(yīng)，如湖南科勒顏料、湖南巨發(fā)顏料、廣東華山、南京培蒙特等公司的產(chǎn)品。表1為國(guó)內(nèi)外幾種不同色系熱反射顏料的光學(xué)性能［11］。

表1　國(guó)內(nèi)外幾種不同色系熱反射顏料的光學(xué)性能

通常要求紅外反射顏料能在700～1100 nm的近紅外波段最大限度地反射太陽(yáng)光，顏料粒徑應(yīng)為0.35～0.55 μm。因此在使用過(guò)程中應(yīng)避免顏料的過(guò)分研磨，以免影響顏料的顏色及其紅外反射率。

彩色建筑反射隔熱涂料調(diào)色時(shí)往往需要2種以上的顏料色漿進(jìn)行復(fù)配，調(diào)色時(shí)應(yīng)注意由于不同的冷顏料會(huì)在不同的波段吸收太陽(yáng)光，當(dāng)2種反射波段不同的顏料混合時(shí)可能會(huì)造成反射區(qū)域互相加和，起到了反作用，導(dǎo)致反射比降低。此外，為了配制不同色彩的反射隔熱涂料，調(diào)色時(shí)應(yīng)根據(jù)顏色的深淺調(diào)整涂料中TiO2的用量。一般，在配制淺色涂料時(shí)，TiO的用量為15%左右；配制中等顏色涂料時(shí)，TiO2的用量為10%左右；配制深色涂料時(shí)，TiO2的用量為5%左右。

3　建筑反射隔熱涂料的應(yīng)用

建筑反射隔熱涂料作為一種新型的功能涂料，近年來(lái)在夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)應(yīng)用得到了較快的發(fā)展，但在應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，其中建筑反射隔熱涂料的節(jié)能效果評(píng)價(jià)一直是其推廣應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。隨著JGJ/T 359—2015《建筑反射隔熱涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的即將實(shí)施，將有助于規(guī)范建筑熱反射隔熱涂料的工程技術(shù)要求，指導(dǎo)建筑熱反射隔熱涂料應(yīng)用于建筑外墻和屋面外飾面時(shí)的隔熱設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)、工程施工質(zhì)量控制及工程質(zhì)量驗(yàn)收，能使建筑工程的利益相關(guān)者直觀地了解其在建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)中對(duì)隔熱和節(jié)能的貢獻(xiàn)，還將有助于設(shè)計(jì)院及建筑節(jié)能相關(guān)部門(mén)等對(duì)建筑反射隔熱涂料的了解和選用，進(jìn)一步促進(jìn)建筑反射隔熱涂料的推廣應(yīng)用，保證建筑反射隔熱涂料行業(yè)的健康發(fā)展。

3.1飾面基本構(gòu)造

JGJ/T 359—2015（報(bào)批稿）對(duì)非金屬材料和金屬材料基層采用建筑反射隔熱涂料飾面的基本構(gòu)造作出了規(guī)定，見(jiàn)圖3～圖5。

圖3　非金屬材料基層采用建筑反射隔熱涂料飾面的基本構(gòu)造

圖4　非金屬材料基層的外墻外保溫系統(tǒng)采用建筑反射隔熱涂料飾面的基本構(gòu)造

圖5　金屬材料基層采用建筑反射隔熱涂料飾面的基本構(gòu)造

3.2飾面工程熱工設(shè)計(jì)

JGJ/T 359—2015（報(bào)批稿）對(duì)建筑飾面工程熱工設(shè)計(jì)作出了規(guī)定：建筑外墻和屋面外飾面采用建筑反射隔熱涂料進(jìn)行隔熱設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用修正后的太陽(yáng)輻射系數(shù)進(jìn)行計(jì)算；建筑反射隔熱涂料宜選用淺色產(chǎn)品；隔熱設(shè)計(jì)過(guò)程中，在不考慮涂料反射隔熱效果的情況下，墻面和屋面的熱阻應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50176《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》中冬季保溫的有關(guān)規(guī)定；夏熱冬暖地區(qū)使用建筑反射隔熱涂料時(shí)，節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮夏季的空調(diào)節(jié)能，可不考慮冬季的采暖能耗，外墻和屋面的污染修正后的太陽(yáng)輻射系數(shù)分別不宜高于0.5和0.4；夏熱冬冷地區(qū)使用建筑反射隔熱涂料時(shí)，節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮夏季的空調(diào)節(jié)能，同時(shí)兼顧冬季的采暖能耗，外墻和屋面的污染修正后的太陽(yáng)輻射系數(shù)分別不宜高于0.5和0.4；其它氣候地區(qū)使用建筑反射隔熱涂料時(shí)，在不考慮建筑反射隔熱涂料節(jié)能效果的情況下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能應(yīng)符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求。

3.3建筑反射隔熱涂料的等效熱阻

建筑反射隔熱涂料主要應(yīng)用于夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)的外墻和屋面，考慮到現(xiàn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外墻和屋面的傳熱系數(shù)和熱阻指標(biāo)的要求，為便于節(jié)能計(jì)算，JGJ/T 359—2015（報(bào)批稿）規(guī)定：建筑熱反射隔熱涂料的節(jié)能效率采用等效熱阻（由傳熱系數(shù)折減系數(shù)推算）來(lái)表征；由于建筑熱反射隔熱涂料在夏季有顯著的節(jié)能貢獻(xiàn)，而冬季有一定的負(fù)作用，因此建筑熱反射隔熱涂料等效熱阻的取值應(yīng)綜合考慮冬夏的貢獻(xiàn)，使之體現(xiàn)實(shí)際節(jié)能效益。JGJ/T 359—2015（報(bào)批稿）中附錄C對(duì)夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)的外墻和屋面使用建筑反射隔熱涂料的等效熱阻取值分別見(jiàn)表2和表3。

表2　夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)外墻使用建筑反射隔熱涂料的等效熱阻值Req　?。╩2·K）/W

表3　夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)屋面使用建筑反射隔熱涂料的等效熱阻值Req　?。╩2·K）/W

4　結(jié)語(yǔ)

（1）經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，建筑反射隔熱涂料已在建筑工程中得到較廣泛的應(yīng)用。通過(guò)在涂料中添加功能性顏填料，可使建筑反射隔熱涂料具有較高的太陽(yáng)光反射比、近紅外反射比和半球發(fā)射率，應(yīng)用于建筑外墻或屋面作為飾面材料，可以有效減少通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)向建筑物內(nèi)的傳熱，節(jié)約建筑能耗。

（2）隨著JGJ/T 359—2015的即將實(shí)施，將進(jìn)一步規(guī)范建筑反射隔熱涂料的工程應(yīng)用，促進(jìn)建筑熱反射隔熱涂料行業(yè)的健康發(fā)展。

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Key technology of building reflective insulation coatings and its application

ZHANG Xueqin，XU Chao
（China New Building Materials Design&Research Institute，Hangzhou 310003，Zhejiang，China）

Buildingreflectiveinsulationcoatingshashighsolarreflectance，near-infraredreflectanceandhemispherical emissivity，building facades and roof with reflective insulation coatings can effectively reflect and block solar heat radiation in summer and reduce the absorption of solar radiation by the building surface，lower the temperature of the building envelope surface，so as to achieve the energy-saving of building envelope.So the building reflective insulation coatings has been developed relatively rapidly in recent years in hot summer and cold winter area and hot summer and warm winter area.This paper describes the characteristics and insulation mechanism of the building reflective insulation coatings and the key technologies developed，and introduces its key application points specified in JGJ/T 359—2015"Building reflective insulation coating application technical regulations"to be implemented from February 1，2016.

building reflective insulation coatings，characteristics，insulation mechanism，key technology，application

TU56+1.69

A

1001-702X（2015）10-0001-04

2015-07-06

張雪芹，女，1963年生，浙江溫嶺人，教授級(jí)高級(jí)工程師。