舊房改造中反射隔熱涂料的應(yīng)用及效果分析

■ 茅文英 MAO Wenying

0 引言

近年來，上海市不斷加大老舊房屋修繕改造的力度，除了一系列配套政策上的支持，也對各類材料和施工工藝進行了持續(xù)改進，這意味著，各類技術(shù)要求也在不斷提高[1-2]。這其中，建筑物外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能保溫依然是大眾所關(guān)注的焦點。然而，伴隨著外墻外保溫技術(shù)的不斷更新迭代，傳統(tǒng)保溫材料的弊端卻日益凸顯，屢屢發(fā)生質(zhì)量問題。為此，上海市建委于2020—2021 年接連發(fā)布了幾次禁限目錄，基本限制了大多數(shù)外墻外保溫產(chǎn)品在建筑上的使用。在此背景下，建筑外墻反射隔熱涂料在近年得到了快速發(fā)展[3]。為了城市的可持續(xù)發(fā)展，也為了建筑節(jié)能朝著安全、持久的方向發(fā)展，應(yīng)進一步促進反射隔熱涂料的應(yīng)用及推廣，因此，需要對該類產(chǎn)品從材料類別、材質(zhì)特性、技術(shù)應(yīng)用及其實際節(jié)能效果等方面進行分析評價。

1 反射隔熱涂料的類別與特性

1.1 反射隔熱涂料的原理

反射隔熱涂料是在生產(chǎn)過程中，選用基料、熱反射顏料、填料和助劑等原材料混合配置加工而成的一種新型功能性涂料。其使用原理是：通過涂刷于墻體上形成的涂膜層來高效反射太陽光以達到隔絕熱量的目的，從而起到隔熱效果[4]（圖1）。它具有較好的降溫效果，在太陽光350～2 600 nm 波長的范圍內(nèi)，對紅外線和紫外線都具有很高的反射性，可避免建筑物受到熱量的影響，從而提高居住的舒適性。正是由于它的發(fā)散降溫性質(zhì)，即使是在高溫的氣候環(huán)境下，依然可以有效地組織外界的熱量，使室內(nèi)保持著恒溫狀態(tài)。

圖1 反射隔熱涂料原理圖

1.2 反射隔熱涂料的類別區(qū)分

外墻類涂料是用于涂刷于建筑外立面的裝飾材料，可以令外墻裝修體現(xiàn)出不同的建筑風格，涂料的顏色與質(zhì)感也可使建筑物層次分明、獨具特色。反射隔熱涂料涂刷成膜后，除了具備墻體乳膠漆的性能外，還具有良好的彈性，可以賦予涂層特有的裝飾性能和防水功能。多年發(fā)展過程中不斷產(chǎn)生出的新技術(shù)，使涂層具有卓越的附著力、耐沾污性和耐洗刷性。由于外墻的裝飾層在日常使用過程中是直接接觸室外環(huán)境的，受到環(huán)境影響較大，因而對涂料的要求比較高。除了常規(guī)的物理性能外，還需要滿足國家標準《建筑用墻面涂料中有害物質(zhì)限量》（GB 18582—2020）中的有毒有害指標要求。

反射隔熱涂料在產(chǎn)品類別中，并不是獨立產(chǎn)生的新型建筑涂料，只是在相應(yīng)類別的產(chǎn)品中附加了反射隔熱配方而產(chǎn)生出具有反射隔熱功能的產(chǎn)品。那些被附加了反射隔熱功能的涂料，分別被命名為：反射隔熱合成樹脂乳液外墻涂料、反射隔熱彈性建筑涂料，反射隔熱建筑外墻用水性多彩涂料、反射隔熱合成樹脂乳液砂壁狀建筑涂料，等等。功能性的附加，意味著不僅要符合原涂料本身的產(chǎn)品標準，還必須符合反射隔熱功能涂料的標準，主要有：《建筑反射隔熱涂料》（JG/T 235-2014）、《建筑用反射隔熱涂料》（GB/T 25261—2010）、《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》（JC/T 1040—2007）、《建筑反射隔熱涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 359—2015）和《建筑反射隔熱涂料節(jié)能檢測標準》（JGJ/T 287—2014）等。

2 反射隔熱涂料在標準中的性能指標

在上海市地方標準《建筑反射隔熱涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 359—2015）和《居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》（DGJ 08-205—2015）中，主要考慮冬夏兩季的應(yīng)用貢獻與節(jié)能效率。鑒于反射隔熱涂料在外墻的使用中長期受到環(huán)境的影響，故在上述兩本標準中，均采用污染后的太陽光反射比或太陽輻射吸收系數(shù)進行計算。

在行業(yè)標準《建筑反射隔熱涂料》（JG/T 235—2014）中，將反射隔熱涂料按照明暗度進行劃分,使得有色涂料的不同顏色及其上墻后的實際顏色，對太陽光的反射作用起到了明顯區(qū)分?？紤]到涂料受污染后對熱反射的影響，在標準中使用了人工氣候老化后太陽光反射比變化率指標及近紅外反射比指標（表1）。一方面，使標準指向性更加明顯；另一方面，使得標準在實際使用過程中的考量也更加全面，從而在實驗室檢測及現(xiàn)場檢測時，更能反映出建筑物應(yīng)用時的實際情況。

表1 行業(yè)標準中的隔熱性能指標要求

在國家標準《建筑用反射隔熱涂料》（GB/T 25261—2010）中，除了熱反射常規(guī)指標，還針對性地提出等效熱阻的測試計算方法，并對該指標限值做出了規(guī)定。把反射隔熱涂料中反射功能所帶來的隔熱性能，折算為等效熱阻這種熱工性能后，可為整個建筑外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果計算提供依據(jù)。但光學(xué)指標在標準中所規(guī)定的檢測項目，只有太陽反射比與半球發(fā)射率兩項。雖然這兩項指標確可作為檢測的取值依據(jù)，但無法進行有效評價。因為在不同的太陽光照射波段內(nèi)，太陽光反射比和半球發(fā)射率指標對其節(jié)能效果存在較大的不確定因素,如果單純依據(jù)這兩項指標進行檢測和判定產(chǎn)品的質(zhì)量，是不精確和不具有完整說明性的，因而也無法評價出節(jié)能效果。

3 反射隔熱涂料的節(jié)能效果與能耗模擬

3.1 對反射隔熱效果進行數(shù)據(jù)對比

上海屬于冬冷夏熱地區(qū)，本文選擇夏季來研究反射隔熱涂料在建筑物上的應(yīng)用效果。在樣板房建筑外墻上，對反射隔熱涂料涂刷前和涂刷后分別進行對比。為了保證測試數(shù)據(jù)的平均有效性，分別測試A 點與B 點溫度值（圖2）。

由圖2 的溫度波動曲線可知，由于建筑物墻體為混凝土材質(zhì)，在夏季比較容易吸收熱量，在施工反射隔熱涂料前，墻面溫度最高可超過44℃，最低也達到了34℃；而在反射隔熱涂料施工完成后，建筑物墻體溫度最低降到了29℃，最高也未超過36℃。雖然空氣溫度波動使建筑物墻體發(fā)生了一些溫度波動，但對于未進行涂料施工的墻體，由于吸收了更多的溫度，使得墻體溫度在某些時段甚至超過了室外的空氣溫度。特別是在13:00—17:00 這一時段，溫度波動尤為陡峭，而此時間段也是人們?nèi)粘＞蛹疑罨顒虞^為頻繁的時段，對居住舒適性影響較大。涂刷過涂料的外墻面，以紅外輻射的方式將熱量向空氣中進行傳播，從而降低了建筑物的外表面溫度。通過對涂料產(chǎn)品的檢測，以及對施工現(xiàn)場樣板房的比對,可以評價出：在夏季高溫及較強的太陽輻射下，對于表面涂刷過反射隔熱涂料的建筑物外圍護結(jié)構(gòu)，其溫度明顯降低，并能夠有效降低建筑物的整體能耗。

圖2 反射隔熱涂料在墻面施工前后的溫度值對比圖

3.2 節(jié)能效果與能耗模擬分析

在舊房改造中，往往會遇到不同建筑結(jié)構(gòu)的老舊建筑，以下選取3 種具有代表性的常見結(jié)構(gòu)類型建筑物（建筑物A、B、C）進行分類比較（表2）。不同建筑類型會有不同的設(shè)計，它們之間的窗墻比、體型系數(shù)、外墻體結(jié)構(gòu)自身的保溫性能等也都會有所差異。在這種情況下，通過能耗模擬得出的夏季空調(diào)用電量和全年耗電量也是不一樣的。因此，計算出3 類不同建筑物使用反射隔熱涂料后的能耗差異，用以分析該種材料在上墻應(yīng)用后的真實應(yīng)用場景與節(jié)能效果，可對反射隔熱涂料的節(jié)能效果有直觀體現(xiàn)。

表2 3 種不同類型的老舊建筑物基本情況信息

使用反射隔熱涂料重新涂刷外墻后，研究外墻的節(jié)能效果。這3種建筑物結(jié)構(gòu)類型不同、建筑高度不同，但外圍護結(jié)構(gòu)都沒有使用其他保溫系統(tǒng)材料；至于外窗方面，也僅僅只是使用了普通的單層塑鋼窗。通過能耗模擬軟件進行能耗分析后發(fā)現(xiàn)，這3 種建筑物對于全年能耗降低的幅度并不相同（表3）。相比之下，建筑物B 由于是體型系數(shù)較小的剪力墻結(jié)構(gòu)，其全年在耗電量上的降幅是最大的；而建筑物C 由于是體型系數(shù)相比最大的磚混結(jié)構(gòu)，得出的全年在耗電量降幅是最小的；另外，外墻傳熱系數(shù)相對更大的，全年耗電量相對降低的比例也更多。但不可否認的是，對外圍護結(jié)構(gòu)的表面涂刷反射隔熱涂料之后，可以有效降低整個建筑物的耗電量，使老舊建筑變得節(jié)能環(huán)保。這里需了解一個概念——明度值，表示反射隔熱涂料的反射效率，簡單來說，高明度＞中明度＞低明度。白色的反射隔熱涂料對熱反射效率更好，淺色系大多為中明度，而深色系涂料大多為高明度。如果建筑物整體外立面都僅使用高明度涂料，那么建筑物整體的美感受到制約；而如果只使用中明度或者高明度的反射隔熱涂料，則熱反射效率達不到節(jié)能要求。

表3 舊房外墻涂刷反射隔熱涂料后的能耗模擬信息匯總

4 總結(jié)與建議

通過節(jié)能效果對比與能效模擬計算可以看出，反射隔熱涂料對建筑物的節(jié)能性能明顯優(yōu)于同類型普通涂料。在舊房改造中，有些舊建筑物是本身沒有保溫系統(tǒng)的，而有些建筑物是保溫系統(tǒng)出現(xiàn)問題的。對于保溫系統(tǒng)材料出現(xiàn)安全質(zhì)量隱患的，現(xiàn)階段可使用的修繕材料并不多。既有建筑改造中，大多會使用反射隔熱涂料進行修繕改造。由于可選擇的涂料種類較多，不僅滿足了裝飾性需求，相對于傳統(tǒng)附著于墻體上的保溫系統(tǒng)材料也更加具有安全性；再加上其優(yōu)異的隔熱效果，有效地降低了建筑物的室內(nèi)溫度。

反射隔熱涂料雖然有著獨特的功能性，也保持著傳統(tǒng)涂料的裝飾性美感，但也存在一些缺陷。由于涂料中加入了反射隔熱成分，其耐沾污性比較弱。涂刷完成后，日常使用中會受到大氣中的粉塵顆粒及懸浮物污染，又受到雨水沖刷、空調(diào)管掛墻排水等影響，涂層的表面會變臟。一旦涂層的顏色變得比較暗淡，其熱反射性能也會隨之衰減。因為涂層明度值的降低，會使其反射隔熱性能降低，主要體現(xiàn)在太陽光反射比和近紅外反射比這兩項性能指標上。雖然在相關(guān)標準中有污染后太陽光反射比的性能參數(shù)指標，且在實際使用情況下，也可以較好反應(yīng)使用效果，但距離實際應(yīng)用場景還是會有一定的差距。

另外，建筑物墻面色彩的處理并非千篇一律，設(shè)計單位有時會使用多種顏色的涂料搭配使用。此時，需要在建筑的東山墻或西山墻盡量采用白色或淺色的反射隔熱涂料，因為白色或淺色涂料明度值較深色涂料較高，而高明度值可以提高反射率，從而進一步達到節(jié)能效率；同時，由于建筑物的檐口和勒腳部位易臟，可采用深色涂料進行色彩搭配。在保證了大面積反射效率后，為增加建筑物色彩的靈動性，有時候可以增加一些水平線條，使整個建筑物外立面的色彩顯得更具有層次感。

優(yōu)質(zhì)的材料更需要精益求精。在日后的修繕工作中，不僅要對材料的質(zhì)量進一步精進和提高，也要對施工工藝提出更高的要求，嚴把質(zhì)量關(guān)，為上海市住宅修繕工程持續(xù)推進工作。