建筑反射隔熱涂料的制備及隔熱性能的研究

林　美，鄭玉嬰

建筑反射隔熱涂料的制備及隔熱性能的研究

林美1.2，鄭玉嬰1

（1．福州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建福州350025；2．福建省建筑科學(xué)研究院福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州350028）

研究了自主研發(fā)的建筑反射隔熱涂料使用在輕質(zhì)屋頂和重質(zhì)屋頂?shù)牡刃嶙?，得出影響等效熱阻的主要因素是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的等效熱阻、涂料的太陽輻射吸收系數(shù)和氣候參數(shù)，同時(shí)通過試驗(yàn)總結(jié)涂刷建筑反射隔熱涂料墻體內(nèi)外表面及室內(nèi)溫度的變化規(guī)律，驗(yàn)證了建筑反射隔熱涂料的隔熱效果優(yōu)于非隔熱涂料，同時(shí)指出夏季炎熱的地區(qū)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中涂刷建筑反射隔熱涂料對改善室內(nèi)熱環(huán)境、降低空調(diào)制冷能耗有顯著意義。

建筑反射隔熱涂料；等效熱阻；隔熱性能

0　引言

太陽熱輻射會(huì)引起建筑物溫度升高，從而降低夏季空調(diào)的降溫效率，空調(diào)能耗極其嚴(yán)重?！督ㄔO(shè)部建筑節(jié)能“九五”計(jì)劃和2010年規(guī)劃》表明：我國當(dāng)前建筑能耗以采暖和空調(diào)能耗為主，確定建筑節(jié)能的重點(diǎn)放在采暖和降溫能耗上。建筑反射隔熱涂料具有反射太陽輻射熱，使室外熱作用盡可能地在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與建筑外部環(huán)境之間轉(zhuǎn)化，解決或減輕涂膜加速老化，使主體結(jié)構(gòu)受溫差作用大幅度下降，溫度變形減小，對結(jié)構(gòu)墻體起到保護(hù)作用，同時(shí)也改善室內(nèi)熱環(huán)境，降低空調(diào)制冷能耗［1］。因此，加強(qiáng)建筑反射隔熱涂料生產(chǎn)技術(shù)的推廣、配套產(chǎn)品的研發(fā)及隔熱性能的研究，受到了各科研單位、院校及生產(chǎn)企業(yè)的廣泛關(guān)注。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1建筑反射隔熱涂料的制備

1.1.1原材料

羥乙基纖維素，相對分子質(zhì)量30 000，250HBR Ashland；礦物油類消泡劑F111，臺(tái)灣中亞；聚丙烯酸鈉鹽P30，Arkema；玻璃微珠，T46，中鋼馬鞍山礦研院；金紅石型鈦白R219，中核華源；純丙乳液LWJ8208，江蘇李文甲化工；成膜助劑（2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯）TEXANOL，EASTMAN CHEMICAL COMPANY；堿溶脹增稠劑TT935、中和劑AMP95，陶氏化學(xué)；締合型增稠劑RHEOLATE R-278，海明斯；流平劑2025 Coatex；防腐劑LXE、防凍劑乙二醇，北京燕化。

1.1.2建筑反射隔熱涂料的基礎(chǔ)配方（見表1）

表1　建筑反射隔熱涂料的基礎(chǔ)配方

1.1.3建筑反射隔熱涂料的制備工藝

（1）將去離子水置于分散罐中，并加入消泡劑、分散劑、成膜助劑、中和劑、防腐劑、抗凍劑，均勻分散后，加入羥乙基纖維素，高速分散使其完全溶解；

（2）保持高分散速率，向體系中緩慢加入顏料（鈦白和其它無機(jī)顏料）和部分填料（沉淀硫酸鋇，輻射粉等），直至體系分散均勻，為濃稠狀細(xì)膩白漿，無大顆粒；

（3）降低分散速率，并緩慢、分批次把上述制備的漿料加入乳液中，維持低速分散，直至體系均勻；

（4）進(jìn)一步降低分散速率，緩慢分批次加入玻璃微珠，直至體系分散均勻；

（5）用增稠劑和流平劑調(diào)節(jié)體系的流動(dòng)性和黏度，并加入剩余的消泡劑，低速分散，直至體系均勻。

1.2建筑反射隔熱涂料隔熱效果驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

建筑反射隔熱涂料的隔熱效果可以通過等效熱阻進(jìn)行量化［2］。所謂等效熱阻［3］，是建筑物的外墻和屋面使用建筑反射隔熱涂料時(shí)，與相同條件下采用普通涂料相比等效增加的熱阻。等效熱阻計(jì)算方案如下：

（1）實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：福州（夏季）。

（2）氣象參數(shù)：采用JGJ/T 346—2014《建筑節(jié)能氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的數(shù)據(jù)。

（3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)：輕質(zhì)和重質(zhì)屋頂構(gòu)造，其構(gòu)造圖分別見圖1、圖2，屋頂參數(shù)［4］分別見表2和表3。

圖1　輕質(zhì)屋頂構(gòu)造示意

圖2　重質(zhì)屋頂構(gòu)造示意

（4）計(jì)算方法：采用穩(wěn)態(tài)傳熱原理計(jì)算公式見式（1）和式（2）［5］，圍護(hù)結(jié)構(gòu)非穩(wěn)態(tài)傳熱原理計(jì)算采用Kvalue軟件計(jì)算。

表2　輕質(zhì)屋頂參數(shù)

表3　重質(zhì)屋頂參數(shù)

式中：Re——反射隔熱涂料的等效熱阻，（m2·K）/W；

R——涂料基層墻體的熱阻，（m2·K）/W；

ε——反射隔熱涂料的年傳熱修正值；t0——夏季室內(nèi)采暖溫度，℃；tei——夏季室外空氣溫度，℃；

Ii——夏季太陽輻射強(qiáng)度，W/m2；

α——外表面換熱系數(shù)，取19.0 W/（m2·K）；εs——夏季傳熱系數(shù)修正值；

ρr——反射隔熱涂料的太陽輻射吸收系數(shù)；

ρ——普通涂料表面太陽輻射吸收系數(shù)。

（5）隔熱涂料污染修正后的太陽輻射吸收系數(shù)［6］：ρr=0.3、0.4和0.5，普通涂料太陽輻射吸收系數(shù)取ρ=0.7。

1.3建筑反射隔熱涂料隔熱效果對比實(shí)驗(yàn)

1.3.1溫度測點(diǎn)布置圖建立

選用自主研發(fā)的外墻用白色建筑反射隔熱涂料和普通白色外墻涂料，將2種涂料送相關(guān)檢測單位進(jìn)行檢測，建筑反射隔熱涂料的各項(xiàng)性能檢測結(jié)果均符合JG/T 235—2014《建筑反射隔熱涂料》的要求，其中太陽光反射比為0.81，半球發(fā)射率為0.85；普通外墻涂料各項(xiàng)性能符合GB/T 9755—2001《合成樹脂乳液外墻涂料》的要求。

在一幢磚混結(jié)構(gòu)建筑物的西面選2間大小相似的房間（見圖3），且西面無建筑物等遮擋太陽光，在建筑北面房間的西墻面涂刷白色建筑反射隔熱涂料，南面房間西墻面涂刷普通白色外墻涂料，分別測試建筑墻體內(nèi)外表面及室內(nèi)溫度變化情況。

該建筑墻體采用240 mm厚磚墻，參照GB 50176—93《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算得出傳熱系數(shù)K＝1.97 W/（m2·K），熱惰性指標(biāo)D＝3.63。

圖3　溫度測點(diǎn)布置

1.3.2連續(xù)測溫

對墻體內(nèi)外表面溫度和室內(nèi)溫度連續(xù)測試，試驗(yàn)時(shí)間為2014年8月21日10：00開始，于2014年8月24日10：00結(jié)束，試驗(yàn)期間均為晴好天氣。

2　結(jié)果與討論

2.1建筑反射隔熱涂料等效熱阻的影響因素研究

采用以上2種方法計(jì)算，使用反射隔熱涂料的輕質(zhì)屋頂和重質(zhì)屋頂?shù)牡刃嶙栌?jì)算結(jié)果見表4。

表4　使用反射隔熱涂料輕質(zhì)屋頂和重質(zhì)屋頂?shù)牡刃嶙栌?jì)算結(jié)果（m2·K）/W

從表4可以得出：

（1）方法1（采用穩(wěn)態(tài)傳熱原理計(jì)算）與方法2（采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)非穩(wěn)態(tài)傳熱原理計(jì)算）計(jì)算等效熱阻結(jié)果差異不大，說明采用非穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算不影響等效熱阻的計(jì)算結(jié)果，只要圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能取值和室內(nèi)外氣候計(jì)算參數(shù)和計(jì)算時(shí)間取值基本相同，就會(huì)得出相近的計(jì)算結(jié)果。

（2）太陽輻射吸收系數(shù)相同的涂料，在輕質(zhì)屋頂?shù)牡刃嶙璐笥谥刭|(zhì)屋頂?shù)牡刃嶙瑁f明圍護(hù)結(jié)構(gòu)基體的熱阻（或傳熱系數(shù)）對等效熱阻有顯著的影響，這一點(diǎn)GB/T 25261—2010《建筑用反射隔熱涂料》的計(jì)算方法最能直接反映這一特征。

（3）隨著涂料太陽輻射吸收系數(shù)的減小，涂層的等效熱阻增大，隔熱效果越好。

（4）氣象參數(shù)對等效熱阻影響非常顯著，這一點(diǎn)在式（1）中可以很直觀地體現(xiàn)，即當(dāng)溫差（室外綜合溫度與室內(nèi)溫度差值）越小，ε越接近0，從而使得式（1）中的（越大，等效熱阻就越大；此外，在太陽輻射強(qiáng)的地區(qū)，同等溫差條件下，式（1）中的ε計(jì)算值較小，所得出的等效熱阻較大。

2.2涂刷建筑反射隔熱涂料的墻體內(nèi)外表面及室內(nèi)溫度變化規(guī)律的研究

試驗(yàn)期間墻體外表面、內(nèi)表面和室內(nèi)溫度對比曲線分別見圖4～圖6。

圖4　墻體外表面溫度對比曲線

從圖4可以看出，在白天（尤其是下午）涂刷建筑反射隔熱涂料的墻體能顯著降低墻體外表面溫度，但是在夜晚，涂刷建筑反射隔熱涂料的墻體外表面溫度略高，散熱效果略遜于普通白色外墻涂料。

圖5　墻體內(nèi)表面溫度對比曲線

從圖5可以看出，涂刷建筑反射隔熱涂料的墻體內(nèi)表面溫度低于普通白色外墻涂料墻體，在下午時(shí)段較為明顯，因下午時(shí)段太陽光太陽輻射強(qiáng)度強(qiáng)，隔熱涂料的隔熱效果更加顯著。

圖6　室內(nèi)溫度對比曲線

從圖6可以看出，涂刷建筑反射隔熱涂料的房間室內(nèi)溫度較低，有利于隔熱。

3　結(jié)語

建筑反射隔熱涂料屬于功能性隔熱涂料，依靠其涂膜較高的太陽反射率，降低了外墻表面的溫度和室內(nèi)溫度，具有顯著節(jié)約空調(diào)耗電功效。本文通過對建筑隔熱涂料應(yīng)用中涉及的關(guān)鍵技術(shù)的研究，為正確認(rèn)識建筑反射隔熱涂料和指導(dǎo)建筑反射隔熱涂料發(fā)展起了推動(dòng)的作用。

（1）使用建筑反射隔熱涂料等效熱阻與涂料太陽輻射吸收系數(shù)、涂料使用地區(qū)的氣候參數(shù)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)基體的熱阻有關(guān)。

（2）建筑反射隔熱涂料一般為薄質(zhì)涂料，要達(dá)到反射隔熱的目的就必須將太陽光在可見光和紅外光區(qū)的熱進(jìn)行反射，涂料太陽光反射比越大，反射太陽光能力越強(qiáng)，隔熱效果越好。

（3）建筑反射隔熱涂料的隔熱效果優(yōu)于普通白色外墻涂料，對降低空調(diào)制冷能耗有顯著意義，同時(shí)涂刷建筑反射隔熱涂料房間的熱穩(wěn)定性好，各項(xiàng)溫度指標(biāo)波動(dòng)較小，舒適度高。

［1］陸洪彬，陳建華.隔熱涂料的隔熱機(jī)理及其研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2005，19（4）：71-73.

［2］曾國勛、張海燕、陳易明，等.核殼型ATO/空心玻璃微珠復(fù)合材料的制備及其熱反射性能［J］.功能材料，2013（10）：20-23.

［3］邱童.建筑用隔熱涂料熱工性能評價(jià)方法分析［J］.建筑節(jié)能，2012，40（10）：42-45.

［4］邱童，徐強(qiáng)，李德榮，等.建筑外墻隔熱涂料節(jié)能效果實(shí)測研究［J］.新型建筑材料，2010（9）：80-82.

［5］GB 50176—1993，民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］GB/T 25261—2010，建筑用反射隔熱涂料［S］.■

Study on preparation and thermal insulation properties of solar reflectance coating

LIN Mei1.2，ZHENG Yuying1
（1．College of Materials Science and Engineering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350025，F(xiàn)ujian，China；2．Fujian Academy of Building Research，F(xiàn)ujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology，F(xiàn)uzhou 350028，F(xiàn)ujian，China）

This paper studied the equivalent thermal resistance of self-developed architectural reflective thermal insulating coatings applied on light roof and heavy roof，obtained its main affecting factors，which are equivalent thermal resistance matrix of support structure，the solar radiation absorption coefficient of the coating and climate parameters.Meanwhile，through the study on variation regularity of internal and external wall surface and the indoor temperature of solar reflectance coating，this paper verifies the effect of solar reflectance coating is better than that of the non solar reflectance coating，At the same time，the paper points out that applying solar reflectance coating in external envelope structure can improve the indoor thermal environment and reduce air conditioning energy consumption in region of hot summer.

solar reflectance coating，equivalent thermal resistance，heat insulation performance

TU56+1.69

A

1001-702X（2015）12-0066-04

福建省高校產(chǎn)學(xué)合作科技重大項(xiàng)目（2012H6008）；福州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013-G-92）

2015-06-10；

2015-07-14

林美，女，1977年生，福建福州人，高級工程師，從事高分子材料研究。