● 李璐 于晶雪 李力/文

一、前言

《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》進(jìn)一步明確了未來一段時期綠色低碳發(fā)展的目標(biāo)和舉措，推動形成綠色發(fā)展方式成為未來發(fā)展的主旋律?！毒G色建筑發(fā)展“十四五”規(guī)劃》中指出，到2025 年，綠色建筑面積占比要達(dá)到100%，新建建筑能效提升，執(zhí)行比例達(dá)到100%。低碳時代到來之際，隨著節(jié)能環(huán)保理念漸漸深入人心，踐行生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展理念，未來綠色建筑、裝配式建筑將實現(xiàn)新突破，成為發(fā)展的主戰(zhàn)場之一。

傳統(tǒng)的建筑玻璃斷熱能力較差，建筑能耗的40%以上消耗在玻璃門窗上，所以建筑節(jié)能是我國乃至全世界的節(jié)能降碳的主題，而我國已建成的建筑物大多未使用節(jié)能玻璃，造成較大的能耗。稀土斷熱涂料能夠在3 小時內(nèi)快速降溫，大幅降低室內(nèi)空調(diào)內(nèi)耗。其在建筑玻璃、汽車玻璃等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景和市場。

在實際應(yīng)用于推廣與客戶反饋中，筆者發(fā)現(xiàn)，由于我國幅員遼闊的特點，各個地區(qū)氣候條件差異較大，不同氣候區(qū)斷熱涂料所形成涂層產(chǎn)品的傳熱系數(shù)和遮蔽系數(shù)存在差異，為更好滿足斷熱涂料斷熱能力的評定，編制組向中國稀土學(xué)會、中國涂料工業(yè)協(xié)會提交立項申請書并接受了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制的下達(dá)任務(wù)。

中國稀土學(xué)會、中國涂料工業(yè)協(xié)會組織天津包鋼稀土研究院有限責(zé)任公司，中稀產(chǎn)業(yè)發(fā)展（天津）集團(tuán)有限公司，包頭稀土研究院，中稀易涂科技發(fā)展有限公司，中國涂料工業(yè)協(xié)會，瑞科稀土冶金及功能材料國家工程研究中心有限公司，湖南易涂聯(lián)達(dá)科技有限公司，天津庭窗之星建材有限公司，江蘇川東建設(shè)集團(tuán)有限公司，智途（大連）節(jié)能科技有限公司，廣東省六建集團(tuán)有限公司江蘇分公司，四川一縱建設(shè)工程有限公司，南京神稀捷威科技有限責(zé)任公司，成都易山遠(yuǎn)景科技有限公司，成都品悅稀品科技有限公司，山東億圖環(huán)?？萍加邢薰镜葒鴥?nèi)15 家主要稀土斷熱涂料研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)和設(shè)計院、建設(shè)公司等用戶單位，共同對T/CSRE 15001—2022 T/CNCIA 01022—2022 《建筑玻璃用稀土斷熱涂料》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研制。編制組查閱相關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，對生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)進(jìn)行了充分調(diào)研。與包頭市宏博特科技有限責(zé)任公司、包頭稀土產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會、中稀易涂科技發(fā)展有限公司、中稀天馬新材料科技股份有限公司、中國涂料工業(yè)協(xié)會、包頭稀土研究院、智途（大連）節(jié)能科技有限公司等主要生產(chǎn)企業(yè)和客戶單位進(jìn)行了交流，調(diào)研并了解國內(nèi)外建筑玻璃用稀土隔熱涂料的市場動態(tài)，廣泛收集數(shù)據(jù)，形成標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿發(fā)至參與單位廣泛征求相關(guān)意見。根據(jù)反饋回來的意見和建議進(jìn)行匯總和處理，完善標(biāo)準(zhǔn)，并多次與業(yè)內(nèi)專家交換意見，形成審定稿。

2022 年6 月23 日由中國稀土學(xué)會和中國涂料協(xié)會聯(lián)合發(fā)布，于2022 年6 月23 日起實施，是稀土領(lǐng)域首個由上下游行業(yè)組織聯(lián)合發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定使其能適應(yīng)國內(nèi)各稀土斷熱涂料生產(chǎn)企業(yè)和用戶的實際需求，并滿足下游行業(yè)的發(fā)展需要。本文將對標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀等進(jìn)行介紹和解析。

二、建筑玻璃斷熱涂料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及分類

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求與日俱增，并對提高現(xiàn)有能源利用率以及發(fā)展節(jié)能環(huán)保設(shè)備提出了很高要求。對于住宅和辦公建筑，目前主要用電消耗在于采用空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，如西照朝向的房間，在夏天室內(nèi)最高溫度可達(dá)40℃。這主要是由于傳統(tǒng)的玻璃材質(zhì)隔熱能力較差，在太陽照射下，能量透過玻璃傳遞到室內(nèi)，并導(dǎo)致室內(nèi)溫度提高。因此，研究如何提高玻璃的隔熱性對建筑節(jié)能環(huán)保具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中對于太陽光的阻隔有多種方法，但科研和生產(chǎn)中通用的方法具體來說有以下幾種：1.著色玻璃，但這種玻璃在實現(xiàn)隔熱效果的同時會大幅犧牲可見光透過率，并呈現(xiàn)明顯的顏色；2.Low-E玻璃，也被稱為低熱輻射玻璃，是目前最為常用的建筑隔熱玻璃。但這類玻璃造價不菲、表面層壽命低且存在光污染問題；3.紅外線吸收材料諸如透明金屬氧化物，鎢青銅類與稀土硼化物材料。以氧化銦錫（ITO）和氧化錫銻（ATO）為代表的一類金屬氧化物半導(dǎo)體材料中，ITO 成本高昂，ATO 隔熱性能不足；鎢青銅類材料中，銫鎢青銅材料雖可實現(xiàn)800～2500 nm 的全譜高效吸收，然而在加熱條件下，會發(fā)生不可逆的氧化反應(yīng)并喪失其紅外吸收性能。稀土斷熱涂料以新型稀土納米材料為基礎(chǔ)，具有優(yōu)異的耐酸堿性，稀土元素自身的外層電子提供了大量自由電子，當(dāng)入射光的光子激發(fā)時，自由電子與入射光子發(fā)生共振，從而在宏觀上表現(xiàn)為吸熱能力。稀土材料特殊的LSPR 效應(yīng)，當(dāng)受到特定波段的光的激發(fā)時會引起自由電子集體振蕩,使其自身的吸收和散射顯著增強(qiáng)，因此稀土斷熱涂料是可直接吸收紅外光和紫外光而不影響可見光透過的一類新型涂料，將其直接涂在玻璃表面，可實現(xiàn)高透過率前提下95%紅/紫外線斷熱效果，在斷熱效果、便捷度及穩(wěn)定性等方面均大幅領(lǐng)先目前市場上的玻璃貼膜、Low-E 玻璃及中空玻璃等同類產(chǎn)品。

此外，通過對稀土元素種類以及摻雜量的調(diào)控，可以進(jìn)一步控制入射光子發(fā)生共振的波長范圍，更好解決了現(xiàn)有材料環(huán)境穩(wěn)定性不足與無法對紅外線進(jìn)行光譜吸收的卡脖子問題。

三、標(biāo)準(zhǔn)制訂主要內(nèi)容及依據(jù)

1.術(shù)語和定義

本標(biāo)準(zhǔn)中對于“建筑玻璃用稀土斷熱涂料”給出了定義，即在建筑玻璃表面施涂后形成平整透明涂層，具有較高的可見光透過率和近紅外線阻斷效果的稀土基涂料。

2.分類和標(biāo)記

在實際應(yīng)用于推廣及客戶反饋中我們發(fā)現(xiàn)，由于我國幅員遼闊的特點，各個地區(qū)氣候條件差異較大，不同氣候區(qū)斷熱涂料所形成涂層產(chǎn)品的傳熱系數(shù)和遮蔽系數(shù)存在差異，特別是南方地區(qū)，以高溫高濕環(huán)境為主。筆者團(tuán)隊進(jìn)行了全國各地的大量產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集和分析，結(jié)合用戶反饋，本標(biāo)準(zhǔn)按照不同氣候特征將各個城市大體劃為不同氣候分區(qū)，并對不同氣候區(qū)公共節(jié)能建筑的可見光透射比、紅外透過率、霧度和遮蔽系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行限制。針對寒冷地區(qū)、濕熱地區(qū)及強(qiáng)紫外線地區(qū)，各項指標(biāo)的要求根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r有所區(qū)分。

按產(chǎn)品屬性將產(chǎn)品分為溶劑型（S）和水性（W），按建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)將行政區(qū)分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)、Ⅶ區(qū)，按產(chǎn)品名稱代號、組成屬性、建筑氣候區(qū)劃順序標(biāo)記。例如，REDR-BL-W-Ⅰ，表示建筑氣候Ⅰ區(qū)的水性稀土斷熱涂料產(chǎn)品。

3.技術(shù)要求

本標(biāo)準(zhǔn)編制時，主要參考了相關(guān)生產(chǎn)以及下游客戶的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和用戶采購標(biāo)準(zhǔn)，同時結(jié)合了生產(chǎn)和使用的實際需求，對產(chǎn)品的技術(shù)要求，在物理性能、光學(xué)性能以及有害物質(zhì)限量方面做出了詳細(xì)規(guī)定。根據(jù)實際工況，添加了凍融穩(wěn)定性、耐溫變形、耐洗刷性等指標(biāo)，光學(xué)性能根據(jù)建筑氣候分區(qū)情況做出指標(biāo)區(qū)分，依據(jù)客戶建議增設(shè)了霧度指標(biāo)，并均得到合理可行的印證。具體指標(biāo)見表1。

表1 光學(xué)性能

由于稀土斷熱涂料產(chǎn)品的特殊性以及稀土所發(fā)揮的特殊作用，標(biāo)準(zhǔn)在化學(xué)成分方面對稀土總量做出了規(guī)定，產(chǎn)品中稀土化合物（以REO 計）質(zhì)量分?jǐn)?shù)需控制在0.3%～25%之間。

4.標(biāo)準(zhǔn)對比

本標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)是在對比了GBT 29501-2013《隔熱涂膜玻璃》與JGT 338-2011《建筑玻璃用隔熱涂料》后，根據(jù)實際工況及客戶反饋數(shù)據(jù)做出了指標(biāo)增設(shè)與調(diào)整改動。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對涂料的基本性能的測評主要包括使用前、成膜時、成膜后、老化后4 個方面，考察成膜時的涂膜外觀和干燥時間，成膜后的耐水、耐酸堿、硬度、附著力，紫外老化性能以及光學(xué)性能，包括可見光透射比、可見光透射比保持率、遮蔽系數(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)按照不同氣候特征劃分氣候分區(qū)，并在光學(xué)性能方面增設(shè)了可以更好反應(yīng)隔熱效果的近紅外透過率以及實際涂刷中客戶均較在意的霧度指標(biāo)；在物理性能方面，根據(jù)實際操作中反饋的寒冷及炎熱地區(qū)的溫度差異較大，以及運(yùn)輸過程中的溫度變化等問題，本標(biāo)準(zhǔn)新增了凍融穩(wěn)定性指標(biāo)；由于涂料涂刷于建筑玻璃外側(cè)，收集大量客戶反饋后增加了耐洗刷性指標(biāo)，并對耐紫外老化性提出了更高的要求，以符合大部分客戶的實際需求。

涂料行業(yè)涉及的有害物質(zhì)較為復(fù)雜，而《建筑玻璃用隔熱涂料》中規(guī)定的有害物質(zhì)限量要求為墻面涂料及外墻涂料，不適用于本產(chǎn)品。此外，近年來涂料行業(yè)對環(huán)境、健康和安全越來越重視，因此本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合實際情況對水型及溶劑型做出了要求，詳見表2。

表2 有害物質(zhì)限量的限量值要求

四、應(yīng)用案例

建筑玻璃用稀土斷熱涂料經(jīng)市場推廣，全國各省市已有經(jīng)銷商200 余家，并逐步形成較多實際應(yīng)用案例。如：濟(jì)南西站、上海寶鋼、廣州太古匯、國家基因庫、南京稅務(wù)局、中衛(wèi)沙坡頭機(jī)場、蘇州希爾頓酒店、昆山市政務(wù)服務(wù)中心、常州市武進(jìn)區(qū)吾悅廣場等，通過應(yīng)用稀土斷熱涂料，均實現(xiàn)了可觀的節(jié)能效果。

據(jù)專家統(tǒng)計：每節(jié)約1 度電，就相應(yīng)節(jié)約了0.4千克標(biāo)準(zhǔn)煤，減少污染排放0.272 千克碳粉塵、0.997千克二氧化碳（CO2）、0.03 千克二氧化硫（SO2）、0.015 千克氮氧化物（NOX），即節(jié)約1 度電=減排0.997 千克二氧化碳。涂刷稀土斷熱涂料后，經(jīng)過建模計算，每年每平方米稀土斷熱涂層玻璃通過節(jié)約用電而減少的二氧化碳排放量約為18 千克，相當(dāng)于兩棵樹一年二氧化碳吸收量。

以常州市武進(jìn)區(qū)吾悅廣場項目為例，根據(jù)常州武進(jìn)區(qū)全年日照強(qiáng)度、日照時長、室外氣溫等氣象數(shù)據(jù)以及涂刷前后玻璃隔熱性能的實地測試數(shù)據(jù)結(jié)果，系統(tǒng)性地分析吾悅廣場在涂刷了稀土斷熱涂層后的節(jié)能性能，吾悅廣場4000 平方米穹頂玻璃涂刷稀土斷熱涂層后，每年可因隔熱額外節(jié)省電能75000 度，可減少碳排放近61 噸。

再以南京江寧謀獨棟別墅為例，該別墅的玻璃實際面積 397 平方米，分東西南北四個面。參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2015），以及《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》（JGJ/T 151-2008）規(guī)定，對于夏季太陽輻射能量透過玻璃的計算公式為：Q=SHGF * SC，其中：

（1）SHGF 為陽光輻射系數(shù)，反映直射玻璃組件的陽光強(qiáng)度,國標(biāo)規(guī)定夏季直射陽光強(qiáng)度取平均值為 630w 每平方米每秒，正南、正西垂直面為315w 每平方米每秒。

（2）SC 為玻璃綜合遮陽系數(shù)，未覆膜時高透型中空玻璃遮陽系數(shù)為0.7，在納米處理后，根據(jù)國家光學(xué)玻璃質(zhì)檢中心出具的報告，取值為 0.25 * 0.7=00.175

按照每天日照時間 8 小時，空調(diào)制冷天數(shù) 150天，取得保守估計年度太陽輻射能量阻隔為：315*（0.7～0.175）*8*150/1000=198.45（kW·h）,參考中央空調(diào)機(jī)組綜合能效比平均值 2.5，全年每平方米可節(jié)省空調(diào)耗電量約為 79.38 度。

項目南向玻璃為 143 平方米，143 * 79.38=11351.34 度；西向玻璃為68.87 平方米，西、南兩面為主要太陽照射面，68.87 * 79.38=5466.9 度；東、北面均日照射按照 3 小時，同樣制冷計算為 150 天。垂直輻射為264w 每平方米每秒。264 *（0.7～0.175）* 3 * 150/1000=62.37（kW·h）,同理，全年每平方節(jié)電為 24.95 度。北、東兩面面積為 186.8 平方米，186.8 * 24.95=4660 度 。

總計：21478 度，參考電費(fèi) 1 元每度，全年可節(jié)省 21478 元。

隨著人們對居住要求的提高和建筑水平的進(jìn)步，各種玻璃在住宅中應(yīng)用的比例呈現(xiàn)明顯上升的趨勢。尤其是近年來，為了改善房間的外視景觀，許多住宅和公共建筑都采用近乎密閉的大玻璃窗等、落地玻璃門、陽臺外飄窗，這就增大了玻璃的使用量。目前，我國公共建筑總面積大約為 45 億平方米，其中 99%都屬于高能建筑。據(jù)國家權(quán)威統(tǒng)計機(jī)構(gòu)估算，中國有過 150 億平方米的玻璃節(jié)能隔熱改造市場，需要維護(hù)的玻璃面積還將以 6%到 10%的速度遞增。

在未來幾年里，國家將全面普及推廣節(jié)能建材，這將構(gòu)成至少5000 億市場的利潤空間。中國將全面推廣節(jié)能與綠色建筑工作，今后 5 年將新增節(jié)能建筑面積約 30 億平方米,平均每年新增節(jié)能玻璃約 1.2億平方米,國內(nèi)節(jié)能玻璃的市場規(guī)模有望擴(kuò)大 10 倍。

五、小結(jié)

T/CSRE 15001—2022 T/CNCIA 01022—2022《建筑玻璃用稀土斷熱涂料》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了建筑玻璃用稀土斷熱涂料產(chǎn)品的技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則與標(biāo)識、包裝、運(yùn)輸和貯存和隨行文件，滿足了國內(nèi)生產(chǎn)及應(yīng)用企業(yè)的需求。該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施后，能夠規(guī)范稀土斷熱涂料的質(zhì)量要求，不但為建筑玻璃用稀土斷熱涂料產(chǎn)品的指標(biāo)控制提供指導(dǎo)意義，而且還將為其他施涂于建筑玻璃表面的透明斷熱涂料提供最基本的技術(shù)依據(jù)；基于本標(biāo)準(zhǔn)的制定，將會對于不同建筑氣候分區(qū)建立不同的指標(biāo)，對相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步將產(chǎn)生積極的推動作用；為各不同氣候地區(qū)的產(chǎn)品應(yīng)用提供指導(dǎo)意義。

當(dāng)前，競逐碳中和已經(jīng)成為全世界發(fā)展的主旋律，碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的設(shè)立將加速推動我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色低碳轉(zhuǎn)型。2021 年10 月發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》指出，要加強(qiáng)綠色低碳重大科技攻關(guān)和推廣應(yīng)用，期待《建筑玻璃用稀土斷熱涂料》標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實施能夠推動新型節(jié)能材料的應(yīng)用，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)做出一份貢獻(xiàn)。