薄型絕熱涂料系統(tǒng)保溫隔熱效果研究

李珊珊，鐘 巍，樂少軍，徐金枝，高 鵬

（中國建筑標準設計研究院有限公司，北京 100048）

0 引言［1-2］

目前，外墻外保溫系統(tǒng)是我國建筑外墻常用的一種保溫節(jié)能技術。在十多年外墻外保溫系統(tǒng)的推廣和應用過程中，傳統(tǒng)的保溫材料逐漸顯現(xiàn)出一些弊端，問題主要集中在安全性和防火性兩大方面。基于此，在夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)，具有保溫、隔熱功能的熱反射隔熱涂料得到了迅猛發(fā)展。熱反射隔熱涂料作為一種常用的隔熱產(chǎn)品，其反射隔熱效果與顏色、明度、基材、漆膜厚度及表面沾污直接相關，還與季節(jié)、光照強度相關，夏季中午陽光照射最強烈時反射效果顯著，在春秋兩季、陰雨氣候或黑夜里，其實際反射隔熱效應與普通同色涂層差異不明顯，冬季由于反射太陽光熱導致建筑物失熱，加大了熱損失。因此，在具體應用中受到很多限制。

薄型絕熱涂料系統(tǒng)是在總結現(xiàn)有外墻外保溫系統(tǒng)的應用基礎上應運而生的一種新型建筑墻體節(jié)能系統(tǒng)，它由底漆、SiO2氣凝膠絕熱厚質中涂漆、SiO2氣凝膠絕熱面漆組成，施涂后形成總干膜厚度＞ 2 mm，具有裝飾、絕熱功能的材料。薄型絕熱涂料系統(tǒng)的絕熱作用機理主要體現(xiàn)在阻隔熱傳導、反射隔熱和輻射隔熱保溫3個方面，主要通過摻加在系統(tǒng)中的SiO2氣凝膠粉體獲得絕熱效果。該產(chǎn)品不僅具有與普通涂料相同的裝飾效果，其顏色、明度、質感等均不影響其絕熱性能，且冬、夏季以及晝夜均能發(fā)揮有效的絕熱效果。

本研究對薄型絕熱涂料系統(tǒng)在試驗房的保溫隔熱效果進行了驗證研究。

1 薄型絕熱涂料系統(tǒng)保溫隔熱效果試驗房驗證研究

1.1 試驗房概述

本課題研究組于2020年5月在上海奉賢區(qū)化學工業(yè)區(qū)普工路10號的上海中南建筑材料有限公司廠房建造試驗房，研究在房間構造、尺寸完全相同的情況下，涂刷薄型絕熱涂料體系的試驗房與涂刷普通涂料的試驗房的能耗區(qū)別，主要通過溫差和熱流情況進行表征。圖1為試驗房全貌。

1.2 墻體構造

（1） 普通試驗房（自內向外）：5 mm厚水泥砂漿抹灰+150 mm厚燒結實心磚砌體+5 mm厚水泥砂漿抹灰+外墻膩子+底漆+普通涂料2道。

（2） 保溫試驗房（自內向外）：5 mm厚水泥砂漿抹灰+150 mm厚燒結實心磚砌體+5 mm厚水泥砂漿抹灰+外墻膩子+底漆+2 mm厚SiO2氣凝膠絕熱厚質中涂漆+SiO2氣凝膠絕熱面漆2道。

1.3 測試儀器

采集器（1臺），日置LR8410；氣象箱（1臺），遼寧錦州陽光科技；熱電偶（32個）、熱流貼片（32個）、太陽能輻射儀（2臺），北京建研天潤科技有限公司。

1.4 測試布點

在墻體、屋頂內外表面均布置了熱電偶測試溫度，在墻體、屋頂內表面布置熱流貼片和熱電偶測試熱流和溫度，在室內和室外設置了熱電偶測試溫度；熱電偶和熱流貼片均連接有自動記錄儀連續(xù)記錄溫度和熱流數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集頻率為5 min/次。

（1） 熱流貼片直接安裝在被測圍護結構的內表面上，且保證表面完全接觸。

（2） 熱電偶安裝在被測墻體結構兩側表面，內表面熱電偶靠近熱流貼片安裝，外表面熱電偶安裝在與內表面熱流貼片相對應的位置。熱電偶連同100 mm長引線與被測表面緊密接觸，熱電偶表面涂覆與墻體相同的涂料以確保其表面的輻射系數(shù)與墻面相同。

（3） 檢測點應避開砌體砌筑磚縫。

（4） 普通試驗房、保溫試驗房墻體、屋頂內外表面熱電偶和熱流貼片都設置2個檢測點，取平均值；室內溫度均只有1個檢測點；室外溫度也只有1個檢測點，通過離地1.5 m的氣象箱內布置的熱電偶進行溫度測試；普通試驗房、保溫試驗房的屋頂均設置了太陽能輻射計用以測量太陽總輻射和分光輻射能量。

1.5 檢測結果

1.5.1 太陽光反射比和近紅外發(fā)射比測試數(shù)據(jù)

普通試驗房、保溫試驗房墻體的太陽光反射比和近紅外發(fā)射比測試結果見表1和圖2。根據(jù)測試結果顯示：SiO2氣凝膠絕熱面漆的太陽光反射比和近紅外發(fā)射比遠遠高于普通涂料。

表1 普通試驗房、保溫試驗房墻體和屋頂?shù)奶柟夥瓷浔群徒t外發(fā)射比測試結果Table 1 Test results of solar reflectance ratio and near-infrared emission ratio of the walls and roofs of common test room and insulation test room

圖2 普通試驗房、保溫試驗房墻體和屋頂?shù)奶柟夥瓷浔群徒t外發(fā)射比測試結果Figure 2 Test results of solar reflectance ratio and near-infrared emission ratio of the walls and roofs of common test room and insulation test room

1.5.2 夏季墻體測試數(shù)據(jù)

時間：2020年8月12~17日，未配置空調。本研究僅選取普通試驗房、保溫試驗房南面墻體外表面溫度與輻照度測試數(shù)據(jù)、內表面溫度與熱流量及方向變化測試數(shù)據(jù)和室內空氣溫度測試數(shù)據(jù)，結果分別見圖3~5。

圖3 普通試驗房、保溫試驗房南外墻溫度與輻照度測試數(shù)據(jù)Figure 3 Test data of temperature and irradiance of the south outer walls of common test room and insulation test room

圖4 普通試驗房、保溫試驗房南內墻溫度與熱流量及方向變化測試數(shù)據(jù)Figure 4 Test data of temperature，heat flow and direction change of the south inner walls of common test room and insulation test room

圖5 普通試驗房、保溫試驗房室內空氣溫度測試數(shù)據(jù)Figure 5 Indoor air temperature test data of common test room and insulation test room

從圖3中的數(shù)據(jù)可以看出：在夏季典型氣候條件下，在構造和尺寸完全相同的普通試驗房和保溫試驗房均無空調的情況下，保溫試驗房南面墻體在10:00~22:00時段的外表面溫度均低于普通試驗房，中午時段的溫度差值更為明顯；在該時間段，兩種試驗房的墻體外表面溫度均高于室外溫度；在其他時間，兩種試驗房的墻體外表面溫度基本相同，與室外溫度也基本持平。這表明，絕熱涂料體系具有優(yōu)異的輻射換熱和反射隔熱性能。

從圖4的測試數(shù)據(jù)可以看出：在夏季典型氣候條件下，在構造和尺寸完全相同的普通試驗房和保溫試驗房均無空調的情況下：

（1） 在9:00~19:00時段，保溫試驗房南面墻體的內表面溫度均低于普通試驗房，中午時段的溫度差值更為顯著，同時在這個時間段，兩種試驗房墻體內表面溫度均高于室外溫度；而在其他時間段，保溫試驗房南面墻體內表面溫度則明顯高于普通試驗房，清晨時段（約5:00~7:00）的溫度差值更為顯著。

（2） 保溫試驗房南面墻體內表面的熱流量曲線圖較普通試驗房內表面的熱流量曲線圖更為平滑。在中午時段，普通試驗房熱量自室外向室內傳遞出現(xiàn)峰值時，保溫試驗房的峰值顯著降低，墻體內表面溫度也更低；而在晚上，普通試驗房熱流量從室內向室外傳遞出現(xiàn)峰值時，保溫試驗房的熱流量峰值顯著比普通試驗房要低，溫度高于普通試驗房。

這表明無論熱量從室內向室外傳遞，還是從室外向室內傳遞，保溫試驗房都比普通試驗房有著更好的保溫隔熱性能。

1.5.3 冬季墻體測試數(shù)據(jù)

時 間：2020年12月30日~2021年1月4日，室內空調設置在24 ℃。本研究僅選取普通試驗房、保溫試驗房南面墻體外表面溫度與輻照度的測試數(shù)據(jù)、內表面溫度與熱流量及方向變化測試數(shù)據(jù)和內墻各面、室內空氣平均溫度數(shù)據(jù)，分別見圖6~8。

圖6 普通試驗房、保溫試驗房南外墻溫度與輻照度的測試數(shù)據(jù)Figure 6 Test data of temperature and irradiance of south outer walls of common test room and insulation test room

圖7 普通試驗房、保溫試驗房南內墻溫度與熱流量及方向變化測試數(shù)據(jù)Figure 7 Test data of temperature，heat flow and direction change of the south inner walls of common test room and insulation test room

圖8 普通試驗房、保溫試驗房內墻平均溫度與室內空氣平均溫度Figure 8 Average temperatures of the inner walls and average temperatures of indoor air in common test room and insulation test room

從圖6可以看出，在冬季最冷、且構造和尺寸完全相同的普通試驗房和保溫試驗房均設置空調24 ℃的條件下，保溫試驗房南面墻體的外表面溫度基本上均低于普通試驗房，中午、下午和晚上時段的溫度差值更為明顯。這表明，絕熱涂料體系具有優(yōu)異的保溫功能，與室外溫差更小，散熱更少。

從圖7的測試數(shù)據(jù)可以看出，保溫試驗房南面墻體的內表面溫度除在下午14:00左右與普通試驗房一致或略低，其他時段均明顯高于普通試驗房。

從圖8中可以看出，保溫試驗房各個內墻面的平均溫度均明顯高于普通試驗房，室內平均溫度亦明顯高于普通試驗房。

以上結果表明，保溫試驗房即使在冬季也比普通試驗房有著更好的保溫性能。

2 結語

（1） 由普通試驗房、保溫試驗房墻體的太陽光反射比和近紅外發(fā)射比測試結果顯示：SiO2氣凝膠絕熱面漆的太陽光反射比和近紅外發(fā)射比遠遠高于普通涂料。

（2） 通過對普通試驗房和保溫試驗房的溫差和熱流量情況分析表明：無論在夏季還是冬季，薄型絕熱涂料系統(tǒng)均具有明顯提升被涂墻體保溫性能的作用。這與熱反射隔熱涂料在冬季起副作用是完全不同的。