热反射隔热涂料

2024-12-21|版权声明|我要投稿

热反射隔热涂料(通用7篇)

热反射隔热涂料 篇1

0 前言

热反射涂料通过高反射率涂层,可大幅减少建筑表面吸收太阳热辐射产生的热量,有效降低建筑物表面的温度,近几年在建筑围护结构中得到广泛应用。通过不同施工工艺涂覆在建筑外表面,形成粘附牢固、具有一定强度的连续涂膜,使涂膜在建筑领域发挥它应有的节能和装饰效果。为进一步推广热反射涂料在建筑节能与绿色建筑领域中的应用,有必要对热反射涂料组成、隔热机理和隔热量计算方法等进行研究。

1 热反射涂料组成

热反射涂料属于功能性涂料,以合成树脂为基料,与功能性颜填料及助剂等配制而成,施涂于建筑物的外表面,具有较高太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率的涂料。该涂料可适用于外墙和屋面。

热反射涂料基本包括4类成分,即树脂基料、颜填料、助剂、水和助溶剂等[1]。它与非隔热涂料的最大区别在于使用了折射系数高的颜填料和折射系数低的基料。对树脂的透明度要求高、透光率在80%以上(以利于颜填料反射),对辐射能吸收率低,对颜填料要求合适的粒径搭配,确保涂膜具有良好的热反射性能,耐沾污性等。常用的热反射涂料颜填料有金属氧化物(如金红石型二氧化钛)、超细硅灰石、空心玻璃微珠、云母粉等。

2 热反射涂料的隔热机理

热反射涂料的隔热是通过涂料中的颜填料粒子将太阳辐射中的可见光区和红外区的太阳辐射热反射,从而达到隔热效果。当太阳射线照射到反射隔热涂料外饰面时,一部分被反射,另一部分被吸收,二者的比例取决于表面粗糙度和颜色,表面愈粗糙,颜色愈深,则吸收的太阳辐射热愈多。热反射涂料一般为薄质涂料,据研究[2],浅色、平面的热反射涂料的节能效果显著,且已得到业界人士的认可,在建筑外围护结构中得到全面的推广。但是浅色、平面的热反射涂料无法满足装饰工程的需求,因此,加强对有色热反射涂料的研究势在必行。

3 热反射涂料隔热计算的研究

热反射涂料依靠其表面的高太阳光反射率,反射太阳光的辐射热,降低围护结构的表面温度。它的应用具有很强的地域性,最近几年在夏热冬暖和夏热冬冷地区得到推广应用。

在夏季有很强的太阳辐射能,热反射涂料能起到很好的隔热作用,而冬季对围护结构传热是负作用,但因冬季光照时间短,太阳辐射能低,反射的能量也相对少得多,冬季对建筑能耗影响不大[3],因此在夏热冬暖地区热反射涂料的隔热作用已经得到认可,对夏热冬冷地区应通过综合考虑夏、冬季的传热效果,保证涂料使用的热工“安全性”。

热反射涂料的隔热性能可以通过计算围护结构的等效热阻来量化,并以等效热阻的形式应用于节能设计,等效热阻指的是采用热反射涂料时,与采用普通涂料相比,提高了围护结构的隔热性能,该增强的隔热性能依据其节能效果折算为热反射涂料的热阻。

3.1 热反射涂料等效热阻计算方法

等效热阻值的计算方法主要有3种:采用稳态传热原理计算(采用GB/T 25261—2010《建筑用反射隔热涂料》附录A等效热阻的计算方法)、采用围护结构非稳态传热原理计算(采用Kvalue软件计算)和年耗电指数法(采用建筑能耗模拟软件计算)。

3.1.1 稳态传热原理计算法:

当围护结构受到恒定的热作用时,即处于一种稳定传热状态。当然,在实际生活中,由于室内外空气温度的经常变化,标准的稳定状态下建筑围护结构的传热并不存在,但在实际建筑传热过程中,由于不稳定传热的计算非常复杂,考虑到室内外空气温度变化对围护结构传热影响较小时,在工程上可以作为稳态传热处理。稳定传热是一种最简单和最基本的传热过程,而且计算简便,在建筑热工计算和工程设计估算中是最基本的计算方式。

GB/T 25261—2010《建筑用反射隔热涂料》附录A等效热阻的计算方法其原理就是稳态传热[4]。等效热阻计算见式(1)。

式中:Re———热反射涂料等效热阻,(m2·K)/W;

R———热反射涂料基层墙体热阻,(m2·K)/W;

e———热反射涂料的年传热修正值。

3.1.2 围护结构非稳态传热计算法

采用中国建筑科学研究院编制的围护结构非稳态传热计算软件(Kvalue 1.0版)计算围护结构的传热[5]。

以涂料作为一层热阻时,围护结构的总热阻可按式(2)计算。

式中:Rx———附加热阻,(m2·K)/W;

这可以认为给墙体增加了一层保温层:

Rout———外表面热阻,(m2·K)/W;

Rwal———墙体热阻,(m2·K)/W;

Rnm———内外表热阻,(m2·K)/W;

d——涂料层厚度,m;

λ———涂料层导热系数,(W/m·K);

夏季,在普通围护结构上增加一涂料层,并不断调整厚度,直至其传热量与采用热反射涂料的围护结构传热量相等。此时的保温层热阻即为等效热阻(见图1)。

图1 夏季围护结构传热方式

冬季,则在反射隔热涂料的围护结构外侧增加一层保温层,不断调整厚度,直至其传热量与普通围护结构传热量相等。此时的保温层热阻即为等效热阻(见图2)。

图2 冬季围护结构传热方式

3.1.3 年耗电指数法计算

建筑能耗模拟计算可采用美国能源部开发的DOE-2程序[6]。DOE-2是一个功能很强的建筑能耗模拟软件,在美国已经得到成功应用,并且还应用于若干个国家的建筑节能标准编制工作,可以分析不同建筑的能耗情况,分析建筑围护结构对建筑能耗的影响。据试验证明,DOE-2程序用于分析计算我国建筑物的全年采暖空调能耗是可行的。

年耗电指数法[7]即通过采用DOE全年动态模拟计算典型建筑能耗随外墙传热系数和外墙表面吸收率变化的关系并进行拟合计算,确定能耗与传热系数、太阳辐射吸收系数的变化关系,即可求出在能耗不变时太阳辐射吸收系数变化量与传热系数变化量之间的等量关系,即得到了传热系数折减系数Cd。

式中:E———年耗电指数,k W·h/m2;

K———外墙传热系数,W/(m2·K);

ρc———太阳辐射吸收系数;

C0———基准因子;

C1———传热系数影响因子;

C2———太阳得热与传热综合影响因子;

C3———太阳得热影响因子。

通过式(4)计算,当E不变时,即可得到式(5)计算传热系数折减系数Cd。

式中:Cd———全年传热系数折减系数;

K———热反射涂料外墙传热系数基准值,W/(m2·K);

K'———采用热反射涂料外墙传热系数,W/(m2·K);

E———年耗电指数,(k W·h/m2;

C0———基准因子;

C1———传热系数影响因子;

C2———传热与太阳得热综合影响因子;

C3———太阳得热影响因子;

ρc———隔热涂料污染后的太阳辐射吸收系数;

ρro———普通涂料太阳辐射吸收系数。

不同反射比隔热涂层等效热阻值按式(6)计算。

式中:Reg———等效热阻值,(m2·K)/W;

Cd———全年传热系数折减系数;

R———基墙传热阻值,(m2·K)/W。

3.2 3种计算方法的比较分析

采用稳态传热原理计算等效热阻比较直观,影响因素表达明显,但依靠人工计算较繁杂;采用围护结构非稳态传热原理计算等效热阻用在模拟单个墙体和屋顶,可作较深入分析,但应用较单一;年耗电指数法计算等效热阻应用面较广,应用较灵活,但模拟计算量大。

选取福州地区某小高层住宅进行屋面等效热阻的计算:(1)该工程为重质结构,基层墙体的传热系数经计算为0.92W/(m2·K);(2)热反射涂料污染后的太阳辐射吸收系数为0.5;(3)气象参数:采用JGJ 35—1987《建筑气象参数标准》进行计算。

用3种计算方法对热反射涂料的等效热阻进行计算,结果见表1。

表1 3种方法计算的热反射涂料等效热阻

从表1可见,不论是用稳态、非稳态或动态能耗计算建筑反射隔热涂料的等效热阻值,计算结果相差不大,关键是计算参数取值,即围护结构的热工性能计算参数、室内外气候计算参数和计算时间。特定的外围护结构,如果围护结构的热工性能取值和室内外气候计算参数和计算时间取值基本相同,就会得出相近的传热量计算结果。

4 结语

(1)通过对反射涂料组成和隔热机理的分析,可以得出它与非隔热涂料的最大区别在于颜填料组成上,通过涂料中的颜填料粒子将太阳辐射中的可见光区和红外区的太阳辐射热反射,从而达到隔热效果,但是国内对颜填料的开发研制仍需大量的人力和物力的投入。

(2)采用等效热阻对反射涂料的隔热效果进行量化,通过对等效热阻3种计算方法的比较分析,得出采用稳态传热原理计算等效热阻比较直观,影响因素表达明显,但人工计算比较繁杂;采用围护结构非稳态传热原理计算等效热阻用在模拟单个墙体和屋顶,可作较深入分析,但应用较单一;年耗电指数法计算等效热阻应用面较广,应用较灵活,但要做大量模拟计算。综合比较这3种计算方法,年耗电指数法为等效热阻计算的最佳方法。

摘要:分析热反射涂料组成和隔热机理,通过采用热反射涂料等效热阻的方式对隔热效果进行量化,同时结合具体工程实例,分别采用3种计算方法对热反射涂料的隔热效果进行计算,验证了3种计算方法都是切实可行的。

关键词:热反射涂料,隔热机理,等效热阻

参考文献

[1]涂料工艺编委会.涂料工艺[M].北京:化学工业出版社,2000.

[2]陆洪彬,陈建华.隔热涂料的隔热机理及其研究进展[J].材料导报,2005,19(4)71-73.

[3]徐峰.关于建筑反射隔热涂料应用中的几个问题[J].现代涂料与涂装,2011,14(8):32-34.

[4]GB/T 25261—2010,建筑用反射隔热涂料[S].

[5]GB 50176—93,民用建筑热工设计规范[S].

[6]H Akbari.Measured energy savings from the application of reflective roofs in two small non-residential buildings[J].Energy,2003(28):953-967.

[7]邱童.建筑用隔热涂料热工性能评价方法分析[J].建筑节能,2012,10(40):42-45.

热反射隔热涂料 篇2

最近, 我走访了方元绿洲节能科技有限公司主要领导郭宪强、李兆丰 (联系电话:15901439588、13801246042) , 他们介绍了自主研发生产的“鹏云”牌FYFS-10系列太阳热反射隔热涂料, 它的节能减排效果令人叫绝。凭着对太阳辐射全波段≥0.90的反射率, 和≥0.87的半球发射率, 这两项抑制温度传导的关键指标, 可使被涂刷过的物体在自然条件下, 被动式地抑制物体表面和内部温度的升降幅度, 达到“冬暖夏凉”, 在一定程度上, 调节被涂物体或建筑内部环境, 提高生产、工作和生活的安全性和舒适度。以该公司几年前在中国西北某地粮食储备库涂装使用结果为例:当地气候条件为大陆型夏热冬冷气候区, 昼夜温差平均在10℃以上, 建筑式样为彩钢拱形板屋面粮仓, 长60米, 宽30米, 檐高4.5米, 顶高7.5米, 外墙为86cm砖混砌墙, 屋面为白色彩钢拱形板内3cm聚氨酯发泡保温层。他们将太阳热反射涂料直接喷涂在屋面白色彩钢板外表面, 与涂装普通白漆的粮仓作持续对比, 其对比观测记录中显示:在气温平均-6.2℃的寒冷季节, 仓内粮温平均比对照仓内温度高2.6℃。在气温平均19.5℃的夏季, 仓内温度平均比对照仓内温度低7.7℃。这样一个双向抑制温度升降的幅度, 如果作用在工业厂房或民用建筑之上, 其产生的效果将大大减少建筑物用于调温的能耗。美国能源部长朱棣文在一篇讲话中指出“屋顶覆以60%以上反射率的白色材料, 可使一座建筑节能20%。一座顶面积90m2的建筑物如果使用这样的白色屋顶, 环保效果相当于每年减少10吨二氧化碳排放量”。以此推算, 如果使用“鹏云”牌FYFS-10系列太阳热反射涂料, 因其反射率远远高于60%, 其节能减排功效将会更高。

据介绍, 该公司在解决屋顶节能涂装的基础上, 还有适合于建筑内外墙和门窗玻璃的节能涂料, 能够对建筑物形成无缝隙全覆盖涂装。该公司以其完善的产品、成熟的工艺和行业排头兵的优势, 被联合国工业发展组织绿色建筑专家委员会确定为重点推荐产品, 同时成为中国建筑节能评价体系PKPM的入库产品, 并获得国家有关部门联合承认的“绿色之星”称号。若这种涂料能普遍应用于广大城市和乡村, 那么全球的二氧化碳排放将会以天文数字减少, 为我们重新塑造美好的地球家园, 发挥出无与伦比的巨大作用。

建筑反射隔热涂料应用操作规程 篇3

目前为止, 任何研究所检测隔热涂料都是不对的。由于我们是用于普通民众, 所以采用96的设备就可以, 在部队采用的是06级。所以这种检测也很必要。在军队的帮助下, 专家们把建筑反射隔热涂料的作用进行了重新定义, 做了科学实验。隔热涂料确实温差很大, 效果也很明显, 隔热涂料与隔热砂浆一样, 不能因为使用隔热涂料而改变整个墙体建筑的构造。所以就制定了这样的目标, 从2008年制定到现在, 却没有按照这个标规程做过一个完整的案例。

例如, 南方的修正系数是1.6, 北方的是1.3, 这是如何制定出来的, 定了目标以后就解决了等效问题。我们的这个标准比较简单, 使用加减法。什么是等效的?要根据所在地区, 使用不同厚度的保温砂浆, 例如江苏省, 江苏夏热冬冷, 比如广东, 冬天在多少温度下需要开启加热空调, 夏天有多少要开启制冷空调, 这些都有严格的规定。把这些数据带进去就能计算出隔热涂料在所在地的日子。所以长江流域以北的区域, 外墙的这个作用就很小, 所以现在这个目标全部出来了。江苏省保温砂浆在2008年就已经制定出来, 泡沫板于今年开始。基本上主要就是墙体保温, 如空心砖。现在有一个难点就是剪力墙, 因为要做内保温。

2008年的标准就不能采用这个保温砂浆了, 所以剪力墙是比较困难的。江苏省对这件事也是比较注重的, 去年, 凡是在江南的项目都要进行检测。现在最严峻的问题就是做假。例如该用100桶, 而只用了50桶, 这就需要相关部门进行查处。同时要制定严格的操作规程, 这种操作规程已经制定出来。江苏、浙江是部分的, 由几个企业联合制定, 制定之后由江苏省建设厅批准使用。重庆从修正技术到等效技术已经全部制定完成。这种等效很多不会计算, 确实比较困难。特别是有的建设厅年轻人比较多, 有国外留学经历的, 可能会比较好。而且这个目标已经具备法律效力, 与建设部的标准是没有冲突的。

热反射隔热涂料 篇4

随着夏热冬冷和夏热冬暖地区建筑空调和采暖需求逐年上升, 空调用电成为夏季居民用电的主要部分, 用电高峰负荷已经对电网容量与安全形成挑战。因此, 迫切要求提高建筑能源利用效率, 在保证合理舒适度的前提下, 降低建筑能耗。研究表明, 将温度降低1℃所需能耗是将温度升高1℃所需能耗的4倍[1]。GB 50176—1993《民用建筑热工设计规范》规定, 在夏热冬冷和夏热冬暖地区必须充分考虑夏季隔热要求。建筑反射隔热涂料通过有效反射夏季的太阳热辐射, 降低建筑物表面对太阳幅射能量的吸收。因此, 外墙及屋面涂装该类涂料后, 涂膜表面温度不会大幅度升高, 从而减少通过墙体、屋面向建筑物内的传热。在夏热冬冷和夏热冬暖地区, 涂饰建筑反射隔热涂料后, 除了夏季能降低墙面、屋面温度, 减少热量向室内传入, 解决或减轻涂膜加速老化和外保温系统的裂、渗等问题外, 还具有明显的节能效果。

以往开发应用的建筑反射隔热涂料大多为白色或浅色, 白色或浅色涂料存在涂膜耐沾污性差的缺点, 在屋顶或外墙使用一段时间后, 会因漆膜表面变脏、变色导致热反射性能大幅度下降, 还会造成一定的光污染。而且在实际应用中白色涂料不足20%, 彩色涂料的使用率达到80%以上, 建筑设计师大多采用各种彩色涂料甚至是深色涂料, 以满足现代建筑外墙对不同色彩的需求。因此, 研发生产高性能彩色反射隔热涂料对大力推广建筑节能, 解决我国目前的能源困境, 实现可持续发展具有重要意义。

1 彩色建筑反射隔热涂料的隔热原理

在接受到的太阳辐射中, 波长为780~2500 nm的红外光和波长为400~780 nm的可见光约各占45%, 波长小于400nm的紫外光约占5%, 波长大于2500 nm的辐射能所占比例小于5%, 而红外热辐射主要集中在780~2500 nm波段。入射在涂层上的太阳辐射被反射、吸收或透射, 其反射率τ、吸收率σ和透射率ρ之间存在如下关系:τ+σ+ρ=1。

由于涂膜是不透明的, 其透射率ρ近似为0。因此, 只有提高涂层的反射率τ, 才能降低涂层的吸收率。又由于大气对红外辐射在2.5~5μm和8~13.5μm有2个窗口, 即大气对这2个区域的红外辐射吸收能力较弱, 透过率一般在80%以上。要实现物体的持续降温, 就需设法将吸收的热量尽可能通过这2个窗口辐射到外层空间去。因此, 反射隔热涂料应通过提高涂层的反射率和发射率, 减少涂层表面吸收的能量, 使涂层温度上升的幅度降低来实现其隔热功能[2]。

对于彩色反射隔热涂料而言, 颜色对涂层的太阳光反射比影响很大。如白色反射全部可见光区域的热量, 黑色吸收全部可见光区域的热量, 红色则将红光反射出去而吸收可见光区域其它颜色的热量, 以此类推。一般来说, 随着明度的降低, 颜色变深, 可见光区域太阳光反射比下降。因此, 白色或浅色反射隔热涂料较易实现其反射隔热功能, 尤其是白色涂料一般都添加了钛白粉, 它既能反射可见光, 又能反射红外光。而彩色反射隔热涂料只能通过采用红外反射颜料调色, 尽可能地将红外光反射出去;并通过采用红外辐射粉等, 使隔热涂料将所吸收的辐射能经波长为2.5~5μm和8~13.5μm的2个大气窗口发射到外层空间, 以提高其隔热效果。

2 建筑反射隔热涂料的相关产品标准规定

我国近年来先后发布实施、修订的3个建筑反射隔热涂料产品推荐性标准JC/T 1040—2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》、GB/T 25261—2010《建筑用反射隔热涂料》、JG/T235—2014《建筑反射隔热涂料》, 均对2项代表反射隔热涂料反射隔热性能的特性指标———太阳反射比和半球发射率作出了规定, 但具体要求有所差异。JC/T 1040—2007和GB/T25261—2010仅对白色 (或浅色) 涂料的隔热性能作出规定;而JG/T 235—2014是在JG/T 235—2008基础上作的修订, 该标准首次对彩色反射隔热涂料的反射隔热性能作出了规定, 这对 (彩色) 反射隔热涂料的进一步推广应用具有重要意义。

建材行业标准JC/T 1040—2007除规定了与普通外墙建筑涂料有关的综合性能指标外, 主要规定了:太阳反射比 (白色) ≥0.83, 半球发射率≥0.85;耐人工老化试验后上述2项指标分别为≥0.81和≥0.83。

GB/T 25261—2010规定:太阳反射比 (白色) ≥0.80, 半球发射率≥0.80;产品的耐老化性和耐沾污性应符合国家或行业标准的最高等级要求, 其它性能还应符合相应国家或行业标准的规定要求。GB/T 25261—2010和JC/T 1040—2007均在附录中规定了反射隔热涂料的等效热阻计算方法[3]。

于2014年1月7日发布、2014年3月1日实施的建工行业标准JG/T 235—2014, 与JG/T 235—2008相比主要技术要求变化如下:修改了产品的分类, 按照明度值L* (表示物体表面颜色明亮程度的视觉特性值, 以绝对白色和绝对黑色为基准予以分度) 的高低, 对建筑反射隔热涂料进行划分;增加了近红外反射比项目;增加了污染后太阳光反射比变化率和人工气候老化后太阳光反射比变化率项目;删除了隔热温差和隔热温差衰减项目;增加了太阳光反射比的测定方法;修改了半球发射率的测定方法;删除了附录A“建筑反射隔热涂料热工计算的边界条件”。该标准对产品反射隔热性能的要求见表1。同时还规定:当用于金属屋面时, 除应符合表1的要求外, 还应符合JG/T 375的规定;其它屋面使用时, 还应符合JC/T 864的规定;用于外墙时, 还应符合GB/T 9755、GB/T9757、JG/T 172、HG/T 3792或HG/T 4104等相应产品标准的最高等级规定要求。

注: (1) 太阳光反射比为:在300~2500 nm可见光和近红外波段反射与同波段入射的太阳辐射通量的比值; (2) 近红外反射比为:在780~2500 nm近红外波段反射与同波段入射的太阳辐射通量的比值; (3) 该项目仅限于三刺激值中的YD65≥31.26 (L*≥62.7) 的产品。

3 彩色建筑反射隔热涂料的制备技术

3.1 颜料的选择

制备彩色建筑反射隔热涂料的关键是调色。由于无机和有机颜料在可见光区对特定波长光辐射的吸收, 使得普通颜料对反射隔热涂料的隔热性能产生不利影响。为了获得较高的热反射性能, 除普通建筑外墙涂料的调色要求外, 彩色反射隔热涂料的调色需要采用红外反射颜料 (也称冷颜料) , 尽可能地把近红外部分的能量反射出去, 提高其近红外反射比, 使制备的彩色反射隔热涂料与普通反射隔热涂料装饰效果相同, 但热反射隔热性能显著提高。

红外反射颜料是一类具有高太阳光反射率和耐温性、耐候性良好, 并且自身化学稳定性非常优异的环保型复合无机颜料。它们能选择性地反射一些可见光, 而在红外区域并不吸收能量, 而是进行反射或透射。复合无机颜料通常经800℃以上的高温煅烧而成, 因而具有优异的耐候性、耐高温性和环保特性[4]。

国外有许多基于近红外反射功能颜料开发的屋面和建筑外墙冷却材料研究成果, 美国劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL) 和橡树岭国家实验室 (ORNL) 在20世纪90年代就开始研究颜料的太阳光反射比和半球发射率, 并将颜料分为几类分别测试研究了材料的性能、成分组成、粗糙度、纯度等对太阳光反射比的影响[5]。LBNL根据颜料的近红外反向散射测试结果, 将颜料进行了分级, 分别为强、中、弱近红外散射性颜料 (见表2) [6]。

从表2可以看出, 冷颜料大多属于强、中近红外散射性颜料。

图1为几种浅色和中色热反射颜料的太阳光反射比[5], 表3为几种普通颜料与冷颜料的基本性能对比[3]。表4为几种不同色系热反射颜料的光学性能。

注:冷颜料为福禄颜料公司 (Ferro) 的EclipseR系列产品。

由表4可以看出, 黑色和棕色热反射颜料明度值L*较低, 为17.80~30.66, 太阳光反射比TSR也相对较低, 为0.122~0.192, 在可见光区的太阳光辐射吸收比最大达0.878, 但在近红外区显示出优异的热反射性能, 除了1#颜料外其它样品的近红外反射比都大于0.400。1#和4#颜料的近红外反射比相差0.214, 5#颜料的近红外反射比达0.610。黄色热反射颜料的明度值L*在61.31~81.02, 太阳光反射比为0.469~0.624, 在近红外区均具有较高的热反射比, 最高达0.915。从图1和表4可见, 蓝色和绿色颜料的明度值L*在0.418~0.499, 2种不同颜色的颜料太阳光反射比差异明显;在720~1100 nm短波近红外区的热反射比均在0.60以上;在1100~2500 nm的长波近红外反射区12#绿色颜料的热反射比在0.70以上, 而11#绿色颜料和蓝色颜料的反射比相对较低, 在1100~2000 nm范围内表现出对太阳光谱的强烈吸收。

注: (1) 1#、10#、11#为科勒颜料公司产品, 2#~8#为薛特颜料公司 (Shepherd) 产品, 9#、12#为福禄颜料公司 (Ferro) 产品; (2) TSR为太阳光反射比 (下同) ; (3) NIR为近红外反射比 (下同) 。

3.2 填料的选择

制备彩色建筑反射隔热涂料时, 由于深色颜料的添加和金红石型钛白粉用量的减少, 涂膜的太阳光反射率均有不同幅度的下降。因此, 在彩色反射隔热涂料中添加填料, 除了考虑涂料的基本物理性能外, 为了提高涂料的反射隔热性能, 还须选用具有较高发射率和反射率的功能填料。反射隔热涂料常用的普通填料有滑石粉、云母粉、重钙等, 常用的功能性填料有空心微珠、红外陶瓷粉、珠光云母粉、Si O2、Al2O3等。空心微珠具有中空、轻质的特点, 外观多为球形, 与其它填料相比, 空心微珠的表面积体积比最小, 吸油量低, 可降低树脂的用量。尤其是空心微珠具有相互独立的中空微观结构, 能有效阻隔热量传递, 具有较高的隔热性能。几种空心微珠的太阳光反射比见表5[7]。

3.3 乳液的选择

用于建筑反射隔热涂料的乳液应根据反射率、吸收率和对涂膜的耐候性要求选用。太阳热反射隔热涂料处于强太阳光的直接照射下, 选用的乳液应具有优异的抗紫外线和耐老化性。乳液应对可见光和近红外光的吸收率低、涂膜的透明度高 (透光率应在80%以上) , 对辐射能吸收率低 (树脂分子结构中尽量少含C—O—C、C=O、—OH等吸能基团) 。丙烯酸乳液、有机硅改性丙烯酸乳液、有机硅乳液、苯丙乳液、氟碳乳液等均可以用作太阳热反射隔热涂料的基料。

3.4 彩色反射隔热涂料的配方

涂膜颜色的深浅主要与颜色参数明度值L*有关。通常将明度值L*高于80的称为浅色涂料, L*在40~80的为中等颜色涂料, L*低于40的称为深色涂料。JG/T 235—2014对不同颜色的建筑热反射隔热涂料按涂层明度值L*的高低进行了分类:L*≤40的为低明度反射隔热涂料, 40

3.5 彩色反射隔热涂料与普通外墙涂料的热反射性能对比

孙顺杰等[6]选用有机硅树脂乳液BS43N和纯丙乳液AC-261复配作为涂料的成膜物质, 通过添加高性能的冷颜料和硫酸钡等颜填料, 制备了不同色系、不同明度值L*的彩色反射隔热涂料, 其色浆均采用红外反射颜料配制而成。同时还配制了色浆均由普通颜料配制而成的相近颜色的普通外墙涂料进行对比。彩色反射隔热涂料与普通外墙涂料的热反射性能对比结果如表7所示。

由表7可见, 与普通外墙涂料相比, 彩色反射隔热涂料在颜色相近的条件下, 不同色彩涂料的太阳光反射比和近红外反射比均有不同程度的提高, 且明度值L*越低, 即颜色越深, 两者的太阳光反射比和近红外反射比差值越大, 表明彩色反射隔热涂料具有良好的反射隔热性能。此外, 该彩色反射隔热涂料还具有良好的装饰效果、耐久性和耐沾污性能。

4 彩色反射隔热涂料的应用及热工性能评价

彩色反射隔热涂料作为新型的功能涂料, 适用于屋面及外墙的隔热保温及装饰, 也可应用于石化行业、粮食储备行业等领域, 尤其适用于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的节能建筑。随着建筑节能工作的不断推进, 全国各地的节能标准不断提高, 如北京市发布了地方标准DB 11/891—2012《居住建筑节能设计标准》, 率先在国内提出建筑节能设计75%的要求, 高于国内相关国标和行标, 同发达国家水平相当。该标准已于2013年1月1日正式实施。建筑热反射隔热涂料用于建筑外墙时, 必须配合相应的外保温系统才能满足建筑节能50%以上的标准要求。可以针对不同地区的气候特点及建筑节能要求, 将建筑反射隔热涂料与其它保温隔热材料进行复合应用[8]。如可应用于无机保温砂浆外保温系统饰面、自保温墙体饰面及酚醛、岩棉等外墙保温系统的饰面。与此同时, 应用建筑反射隔热涂料还可以显著降低建筑装饰层表面的升温速度, 对外墙外保温系统具有较好的保护作用, 可大幅度减小外墙外保温系统开裂的可能性。目前, 建筑反射隔热涂料相关标准不断完善, 部分省市相关热工性能评价方法逐步建立, 对建筑反射隔热涂料的生产及应用起到了积极推动的作用。

住房城乡建设部为贯彻落实《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》 (国发[2011]26号) , 以及住房城乡建设部、财政部《关于推进夏热冬冷地区既有居住建筑节能改造的实施意见》 (建科[2012]55号) , 指导夏热冬冷地区既有居住建筑节能改造工作, 于2012年12月组织编制了 (建科[2012]173号) 《夏热冬冷地区既有居住建筑节能改造技术导则》 (试行) , 《导则》规定:屋面改造时, 在条件允许的情况下, 宜采用浅色饰面反射隔热涂料, 当外表面为白色时, 太阳光反射比应大于0.80, 当外表面为浅色时, 太阳光反射比应大于0.60;在有光污染可能的中心城区宜采用浅色亚光型反射隔热涂料, 避免造成光污染。在外墙改造时, 围绕夏热冬冷地区以隔热为主、保温为辅的技术路线, 宜优先选择反射隔热涂料改造, 外墙表面宜采用浅色饰面材料及热反射隔热涂料, 彩色隔热涂料的太阳光反射比应大于0.60, 半球发射率应大于0.80, 白色隔热涂料的太阳光反射比应大于0.80, 半球发射率应大于0.80。同时规定, 热反射隔热涂料应配套外墙专用底漆和柔性外墙腻子。热反射隔热涂料产品的耐人工气候老化性能和耐沾污性能应满足国家或行业标准的最高等级要求, 其它性能还应符合相应国家或行业标准的要求。

建筑反射隔热涂料的节能效果评价一直是其推广应用的一个瓶颈。GB/T 25261—2010和JC/T 1040—2007均在附录中规定了反射隔热涂料的等效热阻计算方法。目前已有多个省市先后制定了建筑反射隔热涂料的相关建筑节能设计标准和应用技术规程等, 对外墙外保温系统的等效热阻或传热系数进行适当的修正[9], 但各地对相关热工参数的取值存在差异。例如, 重庆市工程建设标准DBJ/T 50-076—2008《建筑反射隔热涂料外墙保温系统技术规程》规定, 当外墙外保温系统使用建筑反射隔热涂装体系时, 外墙的平均传热系数可按式 (1) 进行修正:

式中:K、K'———修正前、后外墙的平均传热系数, W/ (m2·K) ;

β———修正系数, 根据设计计算的传热系数K'按表8取值。

江苏省建设厅发布的苏JG/T 026—2009《建筑反射隔热涂料应用技术规程》规定, 在进行建筑节能设计时, 对不同朝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均为0.20 (m2·K) /W;朝南方向和朝北方向墙体的等效热阻分别为0.19和0.18 (m2·K) /W。另外, 广东省住房和城乡建设厅发布了地方标准DBJ 15-75—2010《广东省建筑反射隔热涂料应用技术规程》, 自2011年2月1日起实施。

上海市工程建设规范DGJ 08-205—2011《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, 其传热系数可以按表9取值。

浙江省科技推广中心已将建筑反射隔热涂料列入推广项目, 认为其可作为辅助节能材料与建筑外墙保温系统配合使用, 提高隔热性能。并在浙建推广[2013]4号文中对不同朝向外墙及屋面全年等效热阻值及热惰性指标的取值作出了规定 (见表10) 。

注: (1) 对于屋面定期清洗的公共建筑 (清洗周期不超过3年) , 取值时可乘以1.5的修正系数。

正在制定中的建工行业标准JGJ/T XXX—XXXX《热反射涂料应用技术规程》, 它将有助于指导建筑热反射涂料的工程施工质量控制, 使其真正发挥隔热功能, 并可作为工程质量监督部门对工程质量验收的依据之一。在规程中将引入热工性能计算方法, 可为热反射涂料在建筑节能中的实际节能计算提供切实可行的方法和数据, 较直观地反映其在维护结构中对隔热保温性能的贡献, 还将有助于设计院、建筑节能相关部门对建筑隔热涂料的了解和选用, 促进热反射涂料的推广应用[10]。

上海市建筑科学研究院邱童[11]采用外表面温度计算、等效热阻值计算、建筑能耗模拟计算、热惰性及内表面最高温度计算等方法对建筑反射隔热涂料的热工性能评价方法进行了研究。认为等效热阻法在节能设计时最为简便易操作, 可作为节能设计规定性指标的补充。并结合上海市的气候特点, 提出了上海市不同反射比的彩色隔热涂层K值修正系数和等效热阻值 (见表11) 。

关有俊和熊永强[12]对建筑反射隔热涂料在夏热冬暖地区的应用及节能进行了分析。他们采用清华斯维尔节能设计软件 (BECS20120720) , 按照SJG 15—2005《深圳市居住建筑节能设计标准实施细则》, 以深圳地区常见的18层居民建筑为模型进行了能耗分析。结果表明:在窗墙比小于0.5时, 采用不同颜色的反射隔热涂料可以满足节能50%的要求;窗墙比≥0.75时, 结合采用玻璃隔热涂料也可满足住宅建筑节能50%的要求。

5 结语

(1) 以高性能合成树脂乳液为基料, 通过添加高性能红外反射颜料和功能性颜填料等, 经合适的配方复配, 可以制备反射隔热性能优异、装饰性能良好并具有良好耐久性和耐沾污性的彩色反射隔热涂料。

(2) (彩色) 建筑反射隔热涂料能够有效反射太阳光幅射, 在夏热冬冷地区和夏热冬暖地区应用, 能够降低夏季屋面、墙面及室内温度, 具有良好的节能效果。随着相关标准、规范的逐步建立和不断完善, 为 (彩色) 反射隔热涂料的性能评价提供了依据, 将进一步促进反射隔热涂料在建筑节能工程中的广泛应用。

摘要:以往开发应用的建筑反射隔热涂料大多为白色或浅色, 但单调的色彩难以满足现代建筑外墙对不同色彩的需求, 在实际应用中彩色涂料的使用率达到80%以上。彩色反射隔热涂料作为一种功能涂料, 除具有良好的装饰效果外, 更具有优异的热反射性能。新修订的建工行业标准JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》, 按照明度L*的高低对建筑反射隔热涂料进行了分类, 给彩色反射隔热涂料的产品性能评价提供了依据。介绍了红外反射颜料的应用, 彩色反射隔热涂料的隔热原理、制备技术、相关标准规范及热工性能评价等。

关键词:彩色反射隔热涂料,红外反射颜料,制备技术,标准,应用

参考文献

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[11]邱童.建筑用隔热涂料热工性能评价方法分析[J].建筑节能, 2012 (10) :42-45.

热反射隔热涂料 篇5

目前, 市场上常见的建筑反射隔热涂料, 多以钛白粉、玻璃微珠、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠等作为功能性填料, 达到反射隔热的目的。此类反射隔热涂料存在着一些无法回避的问题:1) 由于其他填料的屏蔽作用, 功能性填料的反射作用受到影响;2) 由于功能性填料的粒径一般较大, 在一些对涂料细度有要求的场合, 应用受到限制;3) 最重要的不足是, 由于功能性填料质脆易碎, 导致此类涂料不能完全按照传统建筑涂料的生产工艺进行生产。上述几点问题, 已严重影响和制约了反射隔热涂料在建筑节能和建筑防水领域的推广和应用。

研制的疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料, 以纳米隔热粉和纳米红外辐射粉作为主要功能性填料, 实现对太阳光的反射和辐射, 从而克服了传统反射隔热涂料存在的上述问题。

1 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的作用机理

地球大气上界99%以上的太阳辐射光谱波长在0.15~4.00μm之间。太阳辐射能量大约50%处在可见光谱区 (波长0.40~0.76μm) , 7%处在紫外光谱区 (波长<0.40μm) , 43%处在红外光谱区 (波长>0.76μm) , 最大能量则位于波长0.475μm处。太阳辐射通过大气, 一部分到达地面, 称为直接太阳辐射;另一部分则为大气的分子及大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间, 另一部分到达地面, 到达地面的这部分称之为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和, 称为总辐射。太阳辐射通过大气后, 其强度和光谱能量分布都发生变化。到达地面的太阳辐射能量, 比大气上界小得多, 分布在紫外光谱区的几乎没有, 在可见光谱区减少至40%, 而在红外光谱区则增至60%。

1.1 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的反射机理

太阳光照在任何物体上, 都会产生反射、吸收和透射现象, 反射率ρ、吸收率α和透光率r之间存在如下关系:

由于隔热涂料涂膜下面的基体多为不透明的砂浆、混凝土、腻子等物质, 因此可以近似地认为透光率r=0, 式 (1) 可简化为:

由此可知, 增大涂膜的反射率ρ, 就能降低涂膜的吸收率α。吸收率越低, 建筑物接受的太阳能量越低, 室内温度也越低, 从而达到给建筑物隔热降温的效果。疏水性建筑反射隔热涂料就是通过提高涂膜对太阳辐射的反射率、减小涂膜自身的导热性, 以赋予涂膜对外界一定的辐射能力, 来减少建筑物对太阳辐射的吸收, 从而达到节能减排的目的。

疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料主要由透光率高的高分子树脂、起反射太阳辐射的功能性填料和其他必要组分构成。其中, 功能性填料的选用是决定涂料最终隔热性能的关键:若采用纳米隔热粉作功能性填料之一, 其表面经过改性处理, 因而具有良好的分散性 (减少太阳光的透射) , 且其粒径分布在250~400 nm左右, 正好为能量集中的可见光和红外光谱波长的一半, 对可见光和红外光反射率较高, 反射效果好。

1.2 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的辐射机理

自然界的物体在吸收太阳光的同时, 也在不断地向外界辐射红外光和波长更长的电磁波, 这种辐射是由分子、原子的热运动引起的, 一般称为热辐射, 辐射能量的大小与温度和物体的表面性质有非常密切的关系。大气层中的氮气、氧气、二氧化碳、臭氧等气体及水蒸气、灰尘等各种悬浮物, 对地面物体发出的热辐射起到反射、吸收作用, 阻碍着物体热辐射向外层空间的能量扩散。但是, 在8~13.5μm波段范围内, 水蒸气、二氧化碳和臭氧等物质对热辐射的吸收和反射能力很弱, 地面物体的热辐射可以源源不断地直接穿过大气窗口到达外层空间, 实现能量的扩散和释放。

在涂料的实际应用中, 大部分太阳辐射能量都能经过隔热涂料涂膜表面及涂膜中二氧化钛隔热粉表面的多次反射, 散发到外层空间, 但仍有少部分的太阳光进入涂膜内部转化为热量。此时, 涂膜中的纳米辐射粉便发生了作用。纳米辐射粉是一种特殊的化合物, 在8~13.5μm波段有很高的发射率, 可将涂膜内的热量以红外的方式通过大气窗口发射到外层空间, 进一步降低涂膜对太阳光的吸收。

1.3 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的疏水机理

疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料中添加了一种无机纳米疏水材料, 其表面经过改性处理, 可分散在水溶液中形成稳定的纳米级分散胶体, 加入涂料中能迅速在涂料表面形成一种特殊结构的表层:与国际象棋的棋盘类似, 假想棋盘的黑格为疏水表面、白格为亲水表面, 即疏水表面与亲水表面交错排列。通过加入不同粒径和结构的纳米材料, 控制疏水表面的数量与疏水程度的强弱, 最后涂膜的宏观表面表现为既疏水, 又有一定的亲水性, 同时不影响涂膜的透气性和重涂性。

疏水剂的加入, 不仅使涂膜具有一定的疏水防水自洁功能, 而且使涂膜的表面张力大幅度降低 (水接触角增大) , 阻止水分向涂膜内部浸润, 从而降低了涂膜的含水率, 提高涂膜的隔热性能。涂膜水接触角试验截图, 见图1。

2 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的性能

2.1 基本性能

参照标准GB/T 9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》中优等品的要求, 测试疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的性能, 测试结果见表1。

2.2 热工性能

参照标准JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》中WQ型产品的要求, 测试疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的热工性能, 测试结果见表2。

2.3 疏水性能

目前, 国内尚没建立建筑隔热涂料疏水性能测试的相关标准。本试验采用接触角测试法和淋水观察法相结合的方式, 考察了疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的疏水性能。

1) 接触角测试法:按GB 3186—2006《色漆、清漆和色漆与清漆用原材料取样》的规定进行取样, 取样量根据检验需要而定;试板的状态调节和试验的温度、湿度, 参照标准GB 9278—2008《涂料试样状态调节和试验的温湿度》的规定取值;测试用试板为符合标准JC/T 412—1991《建筑用石棉水泥平板》中1类板 (加压板, 厚度为4~6 mm) 技术要求的石棉水泥平板, 其表面处理按标准GB/T 9271—2008《色漆和清漆标准试板》中7.3的规定进行, 涂布1道反射隔热涂料, 涂布厚度为150μm, 共制作3块试板;养护7后, 以养护好的试板涂膜表面为被测固体, 以水为液滴, 用外形图像分析法测试水对涂膜的接触角。结果取3块试板所测接触角的平均值。

2) 淋水观察法:按照接触角测试法的要求, 制作3块试板;将试板放置试验台上, 长边与水平线成45°, 短边与水平线平行。用普通吸管在试板的上端垂直滴下水滴, 观察水滴在试板上的运行形态并予以判定分级:水滴从落水点在试板上自然流下, 形成一条连续水痕, 判定为不合格;水滴从试板上呈珠状滚落, 虽有水痕, 但不连续, 判定为合格;水滴从试板上呈珠状滚落, 有很少水痕, 判定为良好;水滴从试板上呈珠状滚落, 几乎无水痕, 判定为优秀。

判定标准:要求接触角大于60°, 且淋水等级达到合格以上。疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的疏水性测试结果, 见表3。由结果可知, 其性能满足对疏水性的要求。

3 结语

1) 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料有良好的反射辐射隔热效果, 节能效果显著。

2) 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料有良好的疏水性, 不仅能够减少雨水的浸润, 降低涂膜的含水率, 进而降低涂膜的导热系数、提高隔热效率, 而且对建筑外墙与屋面的抗渗防漏也有一定积极作用。

3) 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的功能性填料为非微珠型, 解决了传统反射隔热涂料不能采用普通建筑涂料生产工艺进行生产的问题, 无需额外添设设备 (和生产普通乳胶漆的工艺设备完全一致) , 减少了投资成本, 并提高了生产效率。

4) 疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料适用于各种建筑物, 尤其是商业、教育、医疗、娱乐等大型公共建筑物外墙与屋面的反射隔热及装饰。推荐使用于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区;在严寒地区和寒冷地区, 可以和相应的建筑保温措施结合使用, 达到建筑的夏季隔热、冬季保温的效果。

参考文献

[1]孙明杰.太阳热反射涂料的研究[D].北京:北京化工大学, 2010.

热反射隔热涂料 篇6

1 编制背景、目的

根据住房和城乡建设部《关于印发“2008年工程建设标准规范制订、修订计划(第一批)”的通知》(建标[2008]102号文)的要求,行业标准《建筑热反射涂料节能检测标准》列入编制计划,由华南理工大学主编,与中国建筑科学研究院、上海建筑科学研究院、广州鲁班防水补强有限公司等14家单位共同组成标准编制组进行标准编写,期间涉及到太阳反射比现场检测仪器的论证、研发、试验、实地检测等,耗时较长。标准立项时名称为《建筑热反射涂料节能检测标准》,后为统一建筑反射隔热涂料的名称,经批准更改为现有名称《建筑反射隔热涂料节能检测标准》,以下简称《标准》。

随着建筑反射隔热涂料的研究、批量生产及应用,一系列相关产品标准逐步颁布,如JC/T 1040—2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》,JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》[3](后修订为JG/T 235—2014),GB/T 25261—2010《建筑用反射隔热涂料》等。相关产品标准围绕实验室检测都给出了建筑反射隔热涂料节能参数的测试方法,一定程度上满足了建筑节能工程施工阶段材料进场复验的需要,缺点是标准规定的检测仪器和方法不是通用的,不便于检测;同时,相关产品标准虽然有了,但建筑节能行业仍面临着如何控制此类工程的施工质量和节能验收的问题。建筑反射隔热涂料新建工程的施工验收、既有建筑节能改造等现场检测工作还需要提出相关的检测方法和技术要求。《标准》编制是从工程检测的需求出发,提出建筑反射隔热涂料节能性能参数检测的方法和技术要求;特别是现场检测方法的提出意义重大,可以杜绝施工单位以次充好的情况,对存在侥幸心理的施工单位给以威慑,保证建筑反射隔热涂料行业的良性发展;根本目的是为促进建筑反射隔热涂料在建筑节能领域发挥更大作用。

《标准》适用于新建、扩建及既有建筑墙面、屋面的建筑反射隔热涂料在施工阶段的进场复验和节能专项竣工验收的检测。

2 主要技术内容说明

《标准》的主要技术内容为规定了实验室检测和现场检测的测试方法和仪器,检测的技术参数为太阳反射比和半球发射率。

《标准》的主要章节包括总则、术语、基本规定、实验室检测、现场检测、附录等部分。

2.1 基本规定

建筑反射隔热涂料的节能检测可分为实验室检测和现场检测,建筑反射隔热涂料的节能设计验证、进场复验和抽样送检应采用实验室检测,涂料施工后的工程节能性能检测应采用现场检测。

2.2 实验室检测

2.2.1 太阳反射比

太阳反射比检测可采用光谱法或辐射积分法,光谱法又分为相对光谱法和绝对光谱法。

《标准》编制前的相关标准GB/T 25261—2010、JG/T 235和JC/T 1040—2007推荐采用绝对光谱法,但考虑到绝对光谱法所用的仪器一般的检测单位都没有,且与我国建筑工程检测行业现有的玻璃光学性能检测仪器(紫外、可见、近红外分光光度计)不能通用,所以仅将绝对光谱法列于附录A,供已有相关设备的检测单位选择采用。

当采用相对光谱法检测时,主要的仪器有分光光度计和光纤光谱仪,两者的共同特点是都可以进行光谱分析,不同的是分光光度计的光路固定,测试精准度高,但该仪器测头装配在专用的样品仓内,检测时必须制作符合规定的样品,故适合用在实验室检测;而光纤光谱仪是依据华南理工大学的实用新型专利研制而成的,通过光纤连接测头和光谱仪,测头采样灵活,适合用在实验室和现场检测。

采用相对光谱法进行检测时,太阳反射比按公式(1)进行计算:

式中,ρs———太阳反射比;i———波长350~2 500 nm范围内的计算点;λi———计算点i对应的波长(nm),按《标准》附录C的规定选取;n———计算点的数目,应取96个;ρ0λi———波长为λi的标准白板的绝对光谱反射比测定值,采用计量部门的检定值;ρbλi——波长为λi的试样相对于标准白板的光谱反射比测定值;Es(λi)———在波长λi处太阳光谱辐照度[W/(m2·nm)],按《标准》附录C的规定选取。经华南理工大学建筑节能研究中心的对比研究表明,光纤光谱仪和分光光度计两者测试结果最大相差绝对值不超过3.0%,能够满足建筑工程检测的要求(表1)。

辐射积分法是美国材料协会公布的一种便携式仪器检测太阳反射比方法,测试时使用漫射钨卤素灯照射样品,通过4个探测器测量辐射反射,每个探测器配备滤光装置,使得它能与太阳光光谱的特定波段产生电子感应,这些电子感应经过读数模块处理后得出太阳反射比。该方法测试时需要采用黑色腔体来校零,使用已知反射比的标准板进行校准。经中国建筑材料检验认证中心的对比结果表明,辐射积分法与采用分光光度计光谱法测试结果相差不足1.0%,能够满足建筑反射涂料节能性能检测的要求。

2.2.2 半球发射率

半球发射率测定给出了辐射计和红外分光光度计法两种检测方法,都是目前国内建设行业检测中的主要方法。

辐射计法的检测原理为:辐射计探测器的输出信号与被检测样的发射率成线性关系,通过比较辐射计配备的高、低发射率参比试样和被检测样输出信号的大小,直接得到被检测样的发射率。具体步骤为:1)将发射率参比试样置于热沉上,再将辐射探测器放到参比试样上,通过微调使仪表读数等于参比试样发射率值;2)将被测试样置于热沉上,再将辐射探测器放到被检测试样表面上,待读数稳定后即为被检测试样的发射率。此过程至少进行3次。

红外分光光度计法的检测,主要参考GB/T 2680《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》中的方法。具体步骤为:1)仪器正确连接并处于正常工作状态、工作参数设定正确;2)将标准板安装在积分球试样孔处,在仪器规定的波长范围内进行基线扫描;3)将试样安装在积分球试样孔处,在同一波长范围内进行相对于标准板的试样光谱反射比扫描。

2.3 现场检测

现场检测的技术参数为太阳反射比,暂不检测半球发射率。

2.3.1 检测方法

采用绝对光谱法检测太阳反射比时,检测样品必须要放在仪器的积分球内,不适合工程现场检测。采用相对光谱法的光纤光谱仪进行现场检测时,检测设备示意如图1所示。

2.3.2 太阳反射比现场检测要点

检测点的涂层外观应平整、清洁,涂层表面拉毛的凸起高度不宜大于2.0 mm;检测点的涂层应呈表面干燥状态;检测时检测点应避免受太阳直接照射,必要时可采用遮阳伞进行防护。检测采样时采样孔与检测点之间配置定位片,如图2所示。定位片有两个重要作用:一是给测量头采样准确定位;二是封闭测量头采样孔边缘因被测面凸凹不平产生的缝隙,避免测量头触接面漏光产生测试误差。

现场检测环境要求:环境温度为5~35℃,环境相对湿度≤80%,环境风速<5 m/s,且应无雨、雾。

2.3.3 数据处理

采用相对光谱法的光纤光谱仪进行现场检测时,其数据处理方法与实验室检测时的数据处理方法是一样的。现场检测会得到一张光谱图和对应各个波段的太阳反射比数据,根据公式(1)进行计算即可。要求:1)现场检测得到的光谱曲线要与实验室的检测结果具有很好的吻合性;2)二者的相对误差≤5%。

编制组为了验证光纤光谱仪现场检测的数据准确性,在海南三亚进行了实地现场检测并与实验室检测数据进行了对比。如图3所示,光纤光谱仪检测结果与实验室分光光度计检测结果基本一致。

3 结语

太阳反射比和半球发射率是建筑反射隔热涂料的重要技术参数,《标准》规定了实验室检测和现场检测的测试方法和仪器。实验室检测中重点提出了利用各检测机构通用的分光光度计,采用相对光谱法进行检测,其他方法作为补充;现场检测中重点提出了利用便携式光纤光谱仪,采用相对光谱法进行现场检测,辐射积分法作为补充。本《标准》通过对建筑反射隔热涂料实验室和现场检测的规范,可以有效保证施工质量,规范和促进建筑反射隔热涂料的健康发展。

摘要:介绍了建工行业标准JGJ/T 287—2014《建筑反射隔热涂料节能检测标准》的编制背景、目的,主要技术内容等。标准包括实验室检测和现场检测两大部分,规定了太阳反射比、半球发射率两个主要指标的测试方法和相关仪器的参数要求。

关键词:建筑反射隔热涂料,太阳反射比,半球发射率,实验室检测,现场检测,验收

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[3]住房和城乡建设部建筑制品与构配件产品标准化技术委员会.JG/T 235—2008建筑反射隔热涂料[S].北京:中国标准出版社,2008.

[4]全国涂料和颜料标准化技术委员会.GB/T 25261—2010建筑用反射隔热涂料[S].北京:中国标准出版社,2010.

[5]孟庆林,李宁,夏磊.一种便携式现场反射率测试分光光度计:中国[P].2010-03-31.

[6]American Society for Testing and Materials.ASTM C1549—2009 Standard test method for determination of solar reflectance near ambient temperature using a portable solar reflectometer[S].2009.

[7]American Society for Testing and Materials.ASTM C1371—04a Standard test method for determination of emittance of materials near room temperature using portable emissometers[S].2004.

热反射隔热涂料 篇7

近年来,外墙隔热受到广泛重视,建筑物表面涂敷一层反射隔热涂料,可以有效地将太阳光中90%以上的热量反射出去,从而降低传入室内的热量,大大降低空调使用能耗。关于反射隔热涂料的研究文章也很多[1,2,3]。如何提高反射隔热涂料的性能已成为目前研究的热点[4,5]。张雪芹等[6,7]研究了建筑反射隔热涂料的组成、原材料选择、制备技术及产品标准和性能测试方法,分析了隔热涂料的隔热原理及其隔热性能的影响因素。王晓莉等[8]通过改变颜料在反射隔热涂料中各组分的配比,考察硫酸钡、氧化锌和立德粉分别与钛白粉混合使用对涂膜性能的影响。本文深入研究Ti O2粒径分布、颜填料粒径分布及分散工艺对反射隔热涂料太阳光反射比的影响,同时对纳米Ti O2用量及其反射隔热涂料的性能进行研究,对反射隔热涂料的性能具有一定促进作用。

1 试验

1.1 主要原材料和仪器设备主要原材料见表1。

表1 制备反射隔热弹性涂料的主要原材料

主要仪器及设备:高速分散搅拌机,JSF-450;数显温度计Q800;线棒涂布器,QXG80;磁性测厚仪,QCC;断裂拉伸仪,XL-250A;电子天平,BS110S;紫外可见漫反射分光光度计,Lambda950;激光粒径分布仪,HELOS(H1692)。

1.2 反射隔热涂料的配方(见表2)

表2 反射隔热涂料的基础配方

1.3 反射隔热弹性涂料的制备

(1)将水、润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、p H调节剂依次加入塑料搅拌杯中,搅拌5~10 min至均匀;

(2)在上述均匀溶液中,依次加入颜填料(金红石型钛白粉、陶瓷粉、云母粉),在1200~5000 r/min下高速搅拌20~30min制得分散体系;

(3)调节转子的转速至800~1200 r/min,在上述分散体系中加入弹性丙烯酸乳液,搅拌时间为15~20 min;

(4)调节转子的转速至250~400 r/min,加入防霉剂、增稠剂,继续搅拌10~15 min即制得反射隔热弹性涂料。

1.4 反射隔热弹性涂料的性能测试方法

反射隔热涂料的性能按GB/T 25261—2010《建筑用反射隔热涂料》和JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》进行测试。

本试验采用带有积分球的Lambda950分光光度计测量不透光材料的太阳光反射比。利用带积分球的紫外、可见光、近红外分光光度计测试材料不同波长的反射比,根据太阳光在热射线波长范围内的相对能量分布,通过加权平均的方法计算材料在一定波长范围内的太阳光反射比。

2 试验结果与讨论

2.1 Ti O2粒径分布对涂料太阳光反射比的影响

Ti O2粒径对涂料的反射性能起着关键作用,从理论上讲,颜料的粒径d与散射波长λ存在如式(1)、式(2)线性关系[9]:

式中:m———涂料的散射率;

nR———基料折光指数。

选用不同厂家生产的不同粒径范围的钛白粉,按照表2的涂料基础配方制备反射隔热涂料,涂料的太阳光反射比测试结果见表3。

表3 不同粒径钛白粉所制反射隔热涂料的太阳光反射比

从表3可以看出,采用HTTI-03纳米级钛白粉,由于粒径过小,主要分布在20~100 nm,由式(1)、式(2)计算可知,相应可散射波长为200~400 nm的太阳光,其它波段不能散射,因此所制备的涂料太阳光反射比较低;采用Rm-1时,由于粒径分布范围较大,主要在300~1500 nm,相应可散射波长为1300~2800 nm的太阳光,可见光区域不能散射,因此太阳光反射比也较低;而采用Tiona595制备的涂料样品,由于粒径分布为100~1200 nm,在涂料中分散相对均匀,所以对可见光区域400~700 nm和红外光区域700~2500 nm相对具有较强散射能力,因此太阳光反射比相对较高。

Tiona595的粒径分布见图1。图1中粒径累计分布为不同粒径钛白粉累计占总检测样品体积的百分比,体积含量分布为不同大小粒径钛白粉的体积百分比,下同。

图1 钛白粉Tiona595的粒径分布

由图1可以看出,钛白粉Tiona595的粒径分布主要在100~1200 nm,平均粒径在800 nm左右。

2.2 颜填料分散工艺对涂料太阳光反射比的影响

按照表2的基础配方制备反射隔热涂料,通过调整搅拌速度来调整反射隔热涂料中颜填料(钛白粉、云母粉、陶瓷粉)的粒径分布,从而探究颜填料分散工艺对涂料太阳光反射比的影响。试验结果见表4。

表4 不同分散工艺对反射隔热涂料太阳光反射比的影响

从表4可以看出,搅拌速度从2000 r/min提高到3500 r/min时,反射隔热涂料的太阳光反射比有所提高,但当采用超高速分散时(5000 r/min),太阳光反射比变化不大。原因可能是颜填料(钛白粉、云母粉、陶瓷粉)在搅拌分散过程的初期,受到搅拌器的剪切作用,团聚的粉体浆料被打散,成为较小的颗粒,提高了对太阳光的散射能力,进而提高了太阳光反射比;但随着搅拌速度的进一步增大,小颗粒达到了分散峰值,因而太阳光反射比未出现明显的提升。

同时对采用最佳分散工艺(高速分散)涂料中的颜填料粒径分布进行分析表征,结果见图2。

图2 高速分散浆料的粒径分布

从图2可以看出,采用高速分散工艺所制备涂料中颜填料的粒径分布呈现出2个峰粒径分布范围。由于颜填料是由钛白粉、云母粉、陶瓷粉等多种成分组成,各组分粒径大小不同,钛白粉平均粒径为800 nm左右,通过与云母粉、陶瓷粉进行高速分散,颗粒之间相互碰撞、团聚后形成了粒径在900 nm左右和20μm左右的双峰值。平均粒径在900 nm左右的粉体呈均匀分散状态,可对太阳光的可见光区域及红外光区域具有较好散射能力,从而提高了太阳光反射比。

2.3 纳米Ti O2用量对涂料太阳光反射比的影响

按照表2的基础配方,Tiona595用量为25%,分别将占涂料总质量0、0.5%、1.0%、3.0%的纳米Ti O2加入反射隔热涂料中,研究纳米Ti O2用量对反射隔热涂料太阳反射比的影响,结果见图3。

图3 纳米Ti O2用量对反射隔热涂料太阳光反射比的影响

从图3可以看出,随着纳米Ti O2用量的增加,反射隔热涂料的太阳光反射比呈先增大后降低的趋势,当纳米Ti O2用量为1.0%时,反射隔热涂料的反射太阳光性能最佳;但当纳米Ti O2用量增加至涂料总质量的3.0%时,涂料的太阳反射率显著下降,这可能是由于纳米Ti O2的粒径较小,用量增加后,引起粉体之间发生大量团聚,无法在涂料中形成均匀分散的状态,导致对太阳光的反射能力降低。

2.4 反射隔热弹性涂料的性能

采用上述研究的最佳配方及工艺制备反射隔热弹性涂料,委托权威第三方检测机构,参照GB/T 25261—2010对反射隔热弹性涂料的性能进行检测,结果见表5。

表5 反射隔热弹性涂料的性能

3 结语

(1)通过对钛白粉粒径分布、涂料中粉体浆料(钛白粉、云母粉、陶瓷粉)粒径分布对反射隔热涂料太阳光反射比的影响,及Ti O2粒径和用量对反射隔热涂料性能的影响研究结果表明,Ti O2粒径对涂料的太阳光反射性能起关键作用,钛白粉Tiona595的粒径分布在100~1200 nm,采用高速分散工艺(3500 r/min,20 min)对粉体浆料进行分散处理,可获得最佳太阳光反射比的反射隔热涂料。

(2)随着纳米Ti O2用量的增加,反射隔热涂料的太阳光反射比呈先增大后降低的趋势,当纳米Ti O2用量为1.0%时,反射隔热涂料的太阳光反射性能最佳。

参考文献

[1]廖翌滏,曾碧榕,陈珉,等.热反射隔热涂料的制备与隔热性能[J].高分子材料科学与工程,2012(4):121-124.

[2]李聚刚,施恩斌,陈晓龙.疏水性非微珠型建筑反射隔热涂料的性能及应用[J].新型建筑材料,2013(5):55-57.

[3]陈中华,张贵军,姜疆,等.水性纳米复合隔热涂料的研制[J].电镀与涂饰,2009,9(28):49-53.

[4]郭岳峰,陈铁鑫,杨斌,等.新型建筑太阳反射隔热涂料的制备[J].新型建筑材料,2012(8):36-38.

[5]张雪芹,张伟平.建筑反射隔热涂料制备技术及研究进展[J].新型建筑材料,2012(2):46-49.

[6]张雪芹,曲生华,苏荣芳,等.建筑反射隔热涂料隔热性能影响因素及应用技术要点[J].新型建筑材料,2012(11):16-21.

[7]张雪芹,应晓猛,包东风,等.彩色建筑反射隔热涂料的研制与应用[J].新型建筑材料,2014(10):1-6,21.

[8]王晓莉,王芳,杨胜.助剂对反射隔热弹性涂料性能的影响[J].新型建筑材料,2010(2):75-77.

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