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关于建筑反射隔热涂料应用中的几个问题,建筑反射隔热涂料具有透明型和不透明型两类以及水性和溶剂型等产品品种
2020年01月15日    阅读量:4353     新闻来源:中网信息    |  投稿

1 建筑反射隔热涂料的种类与特性

建筑反射隔热涂料是一类节能效果显著的功能型建筑涂料,根据目前的应用情况,可分为透明型和不透明型两类。


1.1 透明型建筑反射隔热涂料

顾名思义,透明型建筑反射隔热涂料的涂膜是透明的,绝大多数入射的可见光波能够透过涂膜,这类涂膜反射的只是能够转换成热能的红外光波。这类涂料的应用原理是,由于太阳光的主要热量来自红外区,而纳米级的半导体材料[如氧化铟锡(ITO)、氧化锡锑(ATO)和氧化铝锌(AZO)等]对红外光的反射性很强,但能够允许紫外光波和可见光波透射中国建材网cnprofit.com


因而,利用纳米ATO 和AZO 等作为功能型填料,以聚丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂或者硅丙树脂等对紫外线透明的树脂为基料,制备得到的涂料具有反射红外光波而阻隔热量传递,而不会妨碍紫外线透过涂膜,因而具有透明和阻隔太阳辐射热的双重功能。


透明型建筑反射隔热涂料有溶剂型和水性2 种,但由于该涂料的涂覆基层是玻璃和一些表面黏结性能较差的有机材料(如涤纶薄膜、聚酯薄膜或者其他类似透明塑料薄膜),以及对于涂膜的物理力学性能(如附着力、耐擦拭性和耐水性等)的苛刻要求,因而其主要应用还是以溶剂型涂料为主。


1.2 不透明型建筑反射隔热涂料

不透明型建筑反射隔热涂料的基本原理是通过涂膜的反射作用将日光中的红外辐射反射到外部空间,从而避免物体因吸收太阳辐射能导致的温度升高。这类涂料是通过选择透明性好的树脂(目前常用的是聚丙烯酸酯树脂) 和反射率高的空心玻璃微珠为功能型填料,制得高反射率的涂膜,以达到反射光和热的目的。


它利用涂膜对光和热的高反射作用使太阳照射到涂膜上的大部分能量得到反射,而不是被涂膜吸收;


同时,由于空心玻璃微珠的绝对体积比例大,这类涂膜本身的导热系数很小,绝热性能很好,这就阻止了热量通过涂膜的传导,使得涂膜自身的温度不会象使用传统铝粉那样升得很高。


此外,由于不透明型建筑反射隔热涂料的高反射性和涂膜的低导热系数,使得涂膜在超过一定厚度时,其反射性能只与涂膜表面的反射率有关,而与涂膜厚度无关。不透明型建筑反射隔热涂料主要应用于外墙面和屋面,以降低墙面和屋顶在夏季的温度。这类涂料也有溶剂型和水性2 种,但由于应用于外墙面和屋顶,因而绝大多数是以聚丙烯酸酯乳液(包括弹性乳液和普通建筑乳液)为成膜物质的水性产品。


从上述可见,透明型和不透明型建筑反射隔热涂料除了选用的功能型填料不同而得到不同反射原理的涂料外,其应用场合也全然不同,透明型产品应用于透明基层,否则就失去了透明的意义;不透明型产品应用于不透明基层。此外,透明型涂料的功能是阻止红外光波通过涂膜传播;而不透明型涂料则是减少涂膜对照射到其上的能量的吸收。


2 建筑反射隔热涂料的应用

2.1 基本应用特征

随着对节能意义的认识和重视以及强制推行,这两类建筑反射隔热涂料都得到一定程度的应用,而以不透明型建筑反射隔热涂料得到的应用更多。这两类涂料在建筑领域应用方面有共同特征,即具有极强的地域性,也就是只有在夏热冬冷和夏热冬暖地区才有实际应用价值。


因为在这类地区,在夏季具有巨大的太阳能辐射。虽然在冬季在需要太阳辐射能量时涂膜的反射起到的是不利作用,但冬季光照时间短,太阳的辐射能量低,反射的能量也相对少得多。而在寒冷和严寒等气候区的情况则相反,因而不适合使用反射隔热涂料。


2.2 透明型建筑反射隔热涂料的应用情况

对于透明型建筑反射隔热涂料,众所熟知的应用可能是汽车玻璃贴膜,因其能够有效地反射红外光波而产生显著的隔热作用,防止车内的温度升高。透明型反射隔热涂料在建筑领域的应用目前尚不多,并且用量不大,应用也不广泛,但具有更好的应用前景。


目前,这类涂料的一个隔热效果显著的应用是涂覆在中空玻璃外窗中。利用透明反射隔热涂料对红外光波的阻隔性和对紫外线、可见光的透过性,将涂料先涂覆于玻璃上,再将涂覆该涂料的玻璃制成中空玻璃。由于涂膜位于中空玻璃的空腔中,克服了涂膜耐擦拭性不良和受到水、腐蚀性气体、固体和液体材料腐蚀而性能下降影响玻璃使用效果的弊端,同时利用了涂料透明和隔热的功能。


可见,这种应用方法虽然简单,却甚为巧妙。据笔者了解,以这种技术应用透明型建筑反射隔热涂料,在安徽已经建成中空玻璃生产线,所生产的产品经工程实用证明透明性良好,隔热效果明显。所生产的透明隔热中空玻璃经检测,其在可见光区平均透过率可达87.6% ,隔热性以温度降低来衡量时可达3.7~6.7 ℃,可见透明和隔热效果均非常明显。


2.3 不透明型建筑反射隔热涂料的应用情况

与透明型建筑反射隔热涂料的应用相比,不透明型涂料的应用更为广泛,应用的时间长,应用量也大得多。特别是近年来建筑节能的强制实施,使其有了更好的应用环境;新的节能系统的研发使其具有更好的技术可靠性;一些地方规程的明确规定,使其具有得以应用的入门证;而生产供应商的销售推动则使之在应用量上显著提高。例如,在等效热阻、涂膜的适宜涂装厚度和应用系统等方面都有可靠的依据。

⑴涂膜的适宜涂装厚度

反射隔热涂料必须具有一定的涂装厚度才能产生应有的反射隔热功能。具体地说,就是干涂膜的厚度不应低于60 μm,最好在80 μm 以上。当然,涂装过厚就失去了经济性,一般是不会出现涂装过厚的情况的。

⑵等效热阻问题

这个问题不解决,对其应用的影响是很大的,因为解决了等效热阻问题,就能够相应降低对系统中其他节能措施的要求进而平衡系统的成本。从原理上来说,反射隔热涂料通过2 种因素减少热量通过墙体的传递,一是使墙体表面温度显著降低,二是涂膜本身导热系数很小,具有一定热阻。


因而,在建筑节能设计中,外墙采用反射隔热涂料时,可以考虑一定的等效热阻,或对其传热系数进行适当修正。例如,上海市《居住建筑节能设计标准》规定,当外墙采用建筑反射隔热涂料时,其传热系数值可以按照表1 取值。

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表1 外墙采用建筑反射隔热涂料时传热系数的修正系数


此外,江苏省《建筑反射隔热涂料应用技术规程》(苏JG/T 026—2009)中规定,在进行建筑节能设计时,对不同方向的墙面使用反射隔热涂料可选取不同的等效热阻:东、西方向墙体的等效热阻为0.20 m2·K·W-1;朝南方向墙体的等效热阻为0.19 m2·K·W-1;朝北方向墙体的等效热阻为0.18 m2·K·W-1。


该规程所考虑的反射隔热涂料的等效热阻比上海市《居住建筑节能设计标准》中的大。对于热工设计中的另一个重要参数,即热惰性指标,一般认为使用反射隔热涂料不增加墙体的热惰性指标。



⑶应用系统问题

应用系统问题也就是反射隔热涂料的应用方式,这是非常重要的问题。关于这个问题,首先应明确在夏热冬冷地区反射隔热涂料不应作为独立的外墙节能材料应用,否则,不能满足节能50%的要求。


①应用于外墙外保温系统的装饰涂料:反射隔热涂料首先是一种装饰涂料,具有和普通外墙涂料一样的装饰效果。因而,在夏热冬冷地区和适合于外墙外保温做法的部分夏热冬暖地区,可以将这类涂料直接作为装饰性外墙涂料应用于外保温系统中,例如膨胀聚苯板薄抹灰系统、挤塑聚苯板薄抹灰系统、现场喷涂硬泡聚氨酯系统和硬泡聚氨酯板系统等外墙保温系统的饰面层。


这种情况下,反射隔热涂料除了起到装饰功能外,还能够显著降低墙面在夏季的温度,解决或者减轻由此带来的一系列问题,如防护层开裂、涂膜耐沾污变差、老化加剧等。


②应用于有自保温性能的墙体,增加节能效果:这里的自保温墙体,是指砌体材料本身具有较好热工性能,所得到的墙体热阻较大,能够满足建筑节能要求的砌体墙体。这类墙体如砂加气砌块墙体、芯孔中插聚苯保温板的空心砌块砌体等。


通常,这类砌体墙体的开裂问题也是很常见的,在其表面涂装反射隔热涂料,能够降低墙体温度和温差,减少开裂的可能性以及降低夏季热量通过墙体向建筑物内的传导,增加节能效果。当自保温砌块的保温隔热性能较好,所砌筑的墙体已能够满足节能设计要求而不需要再采取辅助保温措施时,反射隔热涂料系统的基本构造见图1。实际涂装时,可以按照一般建筑涂料的施工方法,即施涂底漆→批涂柔性腻子→涂装反射隔热涂料。

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当仅自保温砌块墙体还不能够满足节能设计要求,而需要再额外设置辅助外保温层时,反射隔热涂料系统的基本构造见图2。这种情况往往使用保温腻子作为保温层材料。实际涂装时,施工工艺为:施涂弹性底涂→批涂保温腻子→批涂柔性腻子→施涂底漆→涂装反射隔热涂料。

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③将反射隔热涂料和保温材料配套构成外墙外保温系统:这种应用方式典型的是将建筑反射隔热涂料和保温砂浆配套构成外墙外保温系统,其系统构造见图3。


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通过适当设计建筑保温砂浆保温层的厚度,该外墙外保温系统能够满足我国夏热冬暖地区或者夏热冬冷地区的现行节能要求。


该系统和通常的建筑砂浆外墙外保温系统的不同之处在于:因为使用反射隔热涂料作为装饰层,系统没有配套界面层和抗裂防护层。这是通过2 个措施解决的,一是在保持尽可能低的干密度以保证砂浆的低导热系数情况下,适当提高建筑保温砂浆的力学强度;二是使用反射隔热涂料降低表面温度和可能受到的温度骤变的热冲击,减少开裂倾向。


而且在该系统中,由于反射隔热涂料的等效热阻,能够减薄保温层的厚度,也有利于取消抗裂防护层。这样,该外墙外保温系统应用于夏热冬冷或者夏热冬暖地区,不但外墙面夏季的温度可以显著降低,冬季也能阻止室内热量向外部的传递而满足节能要求。


3 对建筑反射隔热涂料应用的几点看法

3.1 产品标准问题

关于建筑反射隔热涂料的产品标准,不透明型涂料目前已经有2 个产品标准,即建材行业标准JC/T1040—2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》和建工行业标准JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》。


2 个标准的性能指标差别在于功能性指标,即太阳光反射比和半球发射率,而JG/T 235—2008 比JC/T 1040—2007 又增加了隔热温差和隔热温差衰减2 个指标。由于隔热温差衰减是衡量保温隔热性能,因而该指标实际上是衡量涂膜系统的保温隔热性能。透明型建筑反射隔热涂料目前尚无产品标准,需要尽早制定以解决市场的规范和保证产品质量和应用效果等问题,




3.2 使涂料能够得到正确应用

涂料的正确应用是保证其使用的前提。这方面一个明显的例子是某企业宣称其不透明型建筑反射隔热涂料能够代替各种外墙外保温,这种过度宣传的结果是最终被明令禁用而逐出市场。透明型建筑反射隔热涂料在这个问题上更为突出,例如在中空玻璃窗广泛应用以前,将涂料直接涂覆在玻璃表面,结果由于擦拭和环境物质侵蚀,玻璃的透明度很快就变差。而将涂料涂覆在中空玻璃的空腔中间就很好地解决了这个问题,也使之具有更好的实用价值。


3.3 开发研究新的应用技术

新技术能够有效推动和保证建筑反射隔热涂料的应用。特别是透明型建筑反射隔热涂料,目前应用的方法还不多,值得开发新的应用方式。笔者曾申报了2 项应用透明型建筑反射隔热涂料的专利。


一是透明反射隔热窗膜。这是根据中空玻璃窗对透明隔热涂料的应用原理而设计的一种用于建筑外窗、能够便易装卸的新型节能窗配件。该种透明型反射隔热窗膜能够像中间涂覆透明反射隔热涂料的中空玻璃窗一样,反射太阳光对窗户辐射的红外光波,起到降低室内温度、节能隔热和提高室内舒适度的效果。


我们知道,透明隔热型中空玻璃窗(包括封闭阳台)虽然在夏季能够反射太阳光对窗户辐射的红外热,但在冬季也将所需要的太阳光对窗户和封闭阳台辐射的红外热反射掉,造成能量损失,增大窗户和封闭阳台在冬季的热能损失。


显然,这些方法在寒冷、夏热冬冷气候区的应用受到限制。同时,这些技术也无法应用于既有建筑物的窗户和封闭阳台。透明反射隔热窗膜是使用非柔软性、且具有一定刚度、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作为基材薄膜,在该基材薄膜表面涂施透明型建筑反射隔热涂料而形成透明反射隔热窗膜。在夏季,使用透明胶带或者使用简单的机械设置将其安装于窗玻璃表面;


在冬季,再将这种透明反射隔热窗膜拆卸掉,卷曲成圆筒状,便于保存,留待第二年夏季再用。对于既有建筑物的窗户和封闭阳台,可以使用透明胶带纸简单地安装透明反射隔热窗膜;对于新窗户和封闭阳台,可以在其制造时设计简单的夹持式机械设置,则更方便安装。透明反射隔热窗膜具有制造成本低,使用简单,冬季不会造成热损失、除了夏热冬暖气候区外,夏热冬冷甚至寒冷气候区应用也能够取得高效益。


同时,可以在既有建筑物的窗户和封闭阳台上使用。第二种是透明反射隔热窗板。其应用原理和上述透明反射隔热窗膜一样,即利用透明型建筑反射隔热涂膜的透明隔热作用。不同的是,透明反射隔热窗膜是将涂料涂覆于能够卷曲的刚性薄膜上,而透明反射隔热窗板则是将涂料涂覆于硬质透明有机塑料板上,例如有机玻璃、聚碳酸酯板等。


在夏季,透明反射隔热窗板可以象纱窗一样安装于正常的塑料窗、铝合金窗上,也可以在普通的塑料窗、铝合金窗上设置一个小机构,以便于将透明反射隔热窗板平贴着塑料窗、铝合金窗的玻璃进行安装。


在冬季,再将这种透明反射隔热窗板拆卸掉,包装于塑料薄膜中保存,留待第二年夏季再用。因而,透明反射隔热窗膜和透明反射隔热窗板是全新的建筑门窗用节能产品,具有简单、实用、高效和适用范围广等特点,对其进一步的开发利用有利于我国大部分地区的建筑节能政策的落实和实施。


3.4 对两种反射隔热涂料应用前景的看法

笔者认为,在节能减排的大环境下,2 种反射隔热涂料都具有良好的应用前景。首先,对于不透明型反射隔热涂料来说,外墙外保温系统裂、渗问题几乎成为一种通病。其治理和防治会受到方方面面的重视。


这种情况下,反射隔热涂料除了起到装饰功能外,作为能够显著降低墙面夏季的温度,解决或者减轻由此带来的防护层开裂、涂膜耐沾污性能变差、老化加剧等问题,将会进一步受到重视。而由于多次恶性火灾使外墙外保温的防火问题在人们心灵中留下的阴影,对于有机类外墙外保温的防火问题也引起对应用这类保温材料的质疑,人们会更加审慎地对待其应用。


而对于以保温砂浆、保温腻子为保温层的不透明型反射隔热涂料系统,具有绝对的防火安全性,其应用能够解除人们对外墙外保温系统防火问题的后顾之忧。具有自保温功能墙体,例如芯孔插保温板(膨胀聚苯板、挤塑聚苯板等)混凝土砌块、加气混凝土砌块等墙体,无须再施工外墙外保温,但这类墙体存在更为严重的开裂、渗水问题。


同样,使用透明型反射隔热涂料解决这类问题的效果突出。加之为了进一步提高这类墙体的节能效果,使用保温砂浆、保温腻子等作为保温层的透明型反射隔热涂料,在这类墙体上使用具有更好的应用前景。


对于透明型反射隔热涂料来说,其良好的应用前景则是另外一种情况。在夏热冬冷、夏热冬暖地区,节能50%的标准已经实施多年,下一步将是进一步将建筑节能标准提高到65%。这种情况下,仅靠通过增大墙体的热阻能够取得的节能效果已经受到很大限制,因为这种情况下建筑外窗的热能损失开始变得更为突出,而我国应用于建筑外窗的节能技术目前还很薄弱。


因而,透明型反射隔热涂料今后可能会成为建筑外窗、封闭阳台等的良好节能材料,但如何更好地应用则是需要解决的问题。特别是夏热冬冷和夏热冬暖地区的大量既有建筑,外窗的节能效果更差,夏季通过外窗的热量辐射的空调能量损耗极大,这种情况也使得透明型反射隔热涂料具有更广阔的应用市场。


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