反射隔熱涂料發(fā)展現(xiàn)狀分析

 

       關鍵詞：建筑節(jié)能涂料，反射隔熱涂料，現(xiàn)狀分析，健康發(fā)展

 

       應用建筑節(jié)能涂料解決建筑外圍護結構的節(jié)能問題是節(jié)約能源、提高建筑物居住和使用功能的一種重要手段。建筑能耗在人類整個能源消耗中所占比例一般在30%～40%,且其中絕大多數(shù)是采暖和空調的能耗,故建筑節(jié)能意義重大。  夏日，避免室內過熱的主要途徑是使室外熱量盡量少傳入室內并使室內熱量能很快散發(fā)出去，以改善熱環(huán)境。冬日則是避免室內的熱量通過墻體向室外擴散。建筑隔熱保溫的主要措施有屋面、墻體的隔熱，窗口的防輻射，房間內的保溫等。其中外圍護結構的表面采用反射隔熱涂料，以減少對太陽輻射熱的吸收，降低建筑物外表面溫度，從而達到降低圍護結構的內表面溫度，是建筑節(jié)能的重要措施之一。當前，外墻反輻射隔熱涂料已得到廣泛應用，但卻存在嚴重的混亂問題，一些假冒偽劣產(chǎn)品充斥市場，妨礙了整個行業(yè)的健康發(fā)展，此刻我們更要強調全面健康地發(fā)展各種建筑節(jié)能涂料。

       目前解決建筑節(jié)能問題的建筑節(jié)能涂料有: 外墻反輻射隔熱涂料，冷屋面涂料，和建筑門窗用透明隔熱玻璃涂料。

圖1.  反射隔熱涂料涂層結構與隔熱原理

       可采用鈦白粉等反射型顏料，能將太陽光中的熱量（主要是紅外線部分產(chǎn)生）由涂料表面反射回去，從而具有隔熱作用�？刹捎弥锌阵w的陶瓷微珠以降低涂層的導熱系數(shù). 陶瓷微珠的主要作用是，當涂層表面吸熱后，由于涂層的中空結構導熱系數(shù)低從而少傳熱，以保持室內溫度低。還可同時采用遠紅外陶瓷粉等原料，該原料的作用是通過將吸收到的中遠紅外輻射熱以紅外發(fā)射的方式在8~13. 5μm波段穿過大氣紅外窗口,高效地發(fā)射到大氣外層,從而達到快速降低涂層表面溫度。好的外墻反輻射隔熱涂料應是三種隔熱原理的恰當配合，充分發(fā)揮其綜合效應。

 

圖2.  屋面的陽光發(fā)射和熱傳導

        將反射隔熱涂料涂覆于屋頂形成一層高紅外反射涂層，俗稱“冷屋面”。白色的丙烯酸系列高級外墻涂料可以認為就是一種“冷屋面”涂料。但若冷屋面涂料要求是彩色的，則需要用各種反射顏料（具有近紅外反射功能的顏料）調色，配制成彩色反射隔熱涂料使用于屋面，使屋面少吸收熱而達到隔熱節(jié)能效果。這種冷屋面涂料有特別的技術指標要求（如冷屋面涂料標準規(guī)定的各種明度條件下近紅外反射率的指標值）。在美國，能源部和環(huán)保部正大力推廣屋面防水隔熱系統(tǒng)，因為這種涂層防水系統(tǒng)較使用屋面防水卷材更節(jié)能和環(huán)保。在美國，日本等發(fā)達國家這種節(jié)能環(huán)保隔熱防水涂料可以占到屋面防水材料市場的30-40%份額，尤其在屋面維修和翻修市場，這應因起我們的高度關注。

 

       圖3透明隔熱玻璃涂料的技術指標：紅外光屏蔽率65％，可見光透過率70％ 

       建筑用透明隔熱玻璃涂料主要是基于一些半導體材料（如ATO、ITO），由其制成的透明涂料有很高的紅外屏蔽效果和良好的可見光區(qū)透過率，利用材料的這種特性，通過在玻璃表面涂覆成膜，可阻隔太陽光譜中的紅外線進入室內，以降低夏季建筑物室內的空調能耗。該項技術的產(chǎn)品可以顯著降低建筑玻璃幕墻的遮蔽系數(shù)，通過模擬計算，使用前后玻璃的遮蔽系數(shù)可以降低50%甚至更低，同時該技術的實施不影響建筑玻璃的室內采光，從而提高建筑室內環(huán)境的舒適性。適用于夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)等有夏季遮陽、隔熱要求的地區(qū)。適用工程類型既有建筑門窗節(jié)能改造、新建建筑節(jié)能門窗及其它需透明隔熱領域。適用工程部位：建筑外門窗、透明玻璃幕墻，汽車玻璃等。

 

1.4 三種建筑節(jié)能涂料特點和作用

表1.  三種建筑節(jié)能涂料的原理及其熱效應

 

       反輻射隔熱涂料在我國經(jīng)歷了15年的發(fā)展【1-2】，取得長足的進步，成績是主要的【3-4】，我們可從15年來國家發(fā)明專利申請情況看：1999-2015年的15年間反射隔熱涂料領域所申請的發(fā)明專利已公開229件（其中57項已授權）。2006年之前較為稀少，每年均不多于5件。而2006年后呈逐年上升趨勢，尤其是2011年后的申請量急速攀升，這種申請量的變化，既體現(xiàn)出這一行業(yè)內知識產(chǎn)權意識的提高，也體現(xiàn)出客觀環(huán)境對專利申請的正面引導，更反映了我國對于建筑節(jié)能事業(yè)的重視和建筑節(jié)能涂料技術在我國的快速發(fā)展。十五年來，我國建筑節(jié)能涂料產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，成績是主流。

已授權的專利絕大多數(shù)集中在涂料配方及其制備方法領域，工藝設備、質量標準控制及測試方法、施工方法等方面專利很少，體現(xiàn)出專利的同質化趨勢。這些都是這一領域現(xiàn)存的問題。

表2.十五年來“反射隔熱涂料”國家發(fā)明專利情況分析（最早的6項專利）

       目前國內生產(chǎn)反射隔熱涂料從隔熱原料劃分可歸結為四種技術路線，如表3。

        

       受價格成本因素的影響，國內很少有單一采用微珠（具雙反射型）路線的。應采用四種技術路線（珠，粉，漿，顏）的合理組合，才能生產(chǎn)出高質量的性價比高的彩色反射隔熱涂料。

（1） JC/T 1040-2007 “建筑外表面用反射隔熱涂料” 

（2） JG/T235-2008 “建筑反射隔熱涂料” 

（3） GB/T 2561-2010 “建筑用反射隔熱涂料” 

（4） HG/T4341-2012“金屬表面用熱反射隔熱涂料”

（5） JG/T375-2012 “金屬屋面丙烯酸高彈防水涂料”

（6）.JG/T402-2013   “熱反射金屬屋面板” 

（7） JG/T235-2014“建筑反射隔熱涂料”

（8） JGJ/T287-2014“建筑熱反射涂料節(jié)能檢測標準”

（9） GB/T31389-2015《建筑外墻及屋面用熱反射材料技術條件及評價方法》 

 （10）JGJ/T287-2015 《建筑反射隔熱涂料節(jié)能檢測標準》 

各標準隔熱性能指標及特點和我們的評價如表4.

表4. 對“反射隔熱涂料”相關標準的評價

       作者認為，目前序號6,7,9這三個標準對引領反射隔熱涂料的健康發(fā)展有重要作用。

       GB/T 25261-2010《建筑用反射隔熱涂料》國家標準首次對反射隔熱涂料引入熱工性能的指標“等效涂料熱阻”的概念，引入熱工性能計算方法，為產(chǎn)品在建筑節(jié)能中的實際節(jié)能計算提供了切實可行的方法和數(shù)據(jù)。反射隔熱涂料增加了墻體的隔熱性,增加的隔熱性能依據(jù)其節(jié)能效果折算為反射隔熱涂料的等效熱阻，這是該標準對推動反射隔熱涂料在我國的應用作出的一大貢獻。

“國標”存在的缺陷：

       國標的重要缺陷在于：標準規(guī)定的二項光學指標（太陽光反射比(白色）≥ 0.80半球發(fā)射率≥ 0.80）不是反射隔熱涂料的特征性指標（未直接反應隔熱性），門坎太低，太容易達到。作者曾對反射隔熱涂料的性能和測試標準及方法做過深入的研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)測試幾乎所有的普通白色涂料都可以達到國標的這二項光學指標，這也導致業(yè)界一個心照不宣的共識，所有的普通白色外墻涂料送去檢測，按反射隔熱涂料的國家標準都能合格，拿到符合“建筑用反射隔熱涂料”國家標準的“榮譽證書”，于是業(yè)界無需花大力氣制造高成本的真正有節(jié)能作用的“反射隔熱涂料”，于是市場充斥著大量普通的白色外墻涂料冒充“反射隔熱涂料“。針對這種市場亂象，作者在住建部發(fā)展中心召開的全國首次“建筑用反射隔熱涂料應用交流研討會”上作主題演講“正確評價和發(fā)展建筑外墻節(jié)能涂料”【10】。主張要對彩色反射隔熱涂料有檢測標準，要用反射顏料制備彩色反射隔熱涂料；要盡快研制出能真正判定反射隔熱涂料質量高低的“隔熱溫差測試儀”來解決市場亂象問題【11-13】。2014年更有業(yè)界專家按“國標”檢測了各種普通的白色涂料包括石灰水，發(fā)現(xiàn)它們的二項光學指標都符合國家標準，甚至更高，而有些真正有節(jié)能效果的淺色反射隔熱涂料反而不合格【14】。這種因“國標”無法判定什么是真正的“建筑用反射隔熱涂料”的混亂現(xiàn)象再也不能繼續(xù)下去了，國標必須及時修改！

（1）太陽光反射比；

（2）近紅外反射比，

（3）半球發(fā)射率（4-25微米，80℃），

（4）特征波段（8-14微米，80℃）半球發(fā)射率，

（5）涂層導熱系數(shù)

（6）隔熱溫差

       這里要特別要說明的有二點，一是這些指標不能是單針對白色反射隔熱涂料，必須是針對所有色彩，因此有必要對于1-4項技術指標的數(shù)值按涂料的明度值設置不同的指標值（此四項技術指標數(shù)值的確定可參照新的行業(yè)標準JG/T235-2014來制定）

二是“隔熱溫差”是檢測反射隔熱涂料質量好壞的最直接指標，可以用來評定產(chǎn)品的級別（1級品，2級品和合格品）。早在30年前美國軍事標準就是使用測量隔熱溫差的辦法來檢測節(jié)能涂料的質量，國內絕大多數(shù)研發(fā)節(jié)能涂料產(chǎn)品的機構，在研發(fā)過程中控制質量指標的辦法也是使用測量或比對涂料降溫效果的辦法，并且已積累了豐富的經(jīng)驗，雖然這種方法仍有許多影響結果準確度和重復性的因素，如①模擬太陽光光源的選擇，哪種光源更接近真實。②如何考慮測量環(huán)境溫度的影響？③如何考慮涂層表面氣流（風速）的影響？④涂層附著材料的差異與選擇。⑤溫度傳感器的靈敏度。⑥外墻涂層表面溫度和內墻溫度，哪個更能說明涂料的功能。⑦對比涂料和對比色系色階涂料的統(tǒng)一規(guī)定。因此，目前不同文獻所介紹的資料，由于實驗條件各不相同，降溫效果的數(shù)據(jù)出入很大，從5℃以下到25℃以上都有，不好作相互的比對，但是只要借助標準的規(guī)定確定一個合理的比較完善的共同認可的實驗條件，是可以找到一個相對合理的節(jié)能涂料降溫效果是否合格的指標的。再不會出現(xiàn)目前這種產(chǎn)品標準規(guī)定的指標實際上不能控制產(chǎn)品的質量這樣的問題。

        為了能正確評價彩色反射隔熱涂料的隔熱能力和質量水平，在新的反射涂料標準中(JG/T 235-2014) 對反射率作了細分并規(guī)定了不同明度的反射涂料的反射率值，該標準的重點是對不同明度的彩色隔熱涂料提出了要達到的近紅外反射比值的要求，而此指標與涂料的實際隔熱效果有直接和重要的關聯(lián)。該標準的缺點是：仍無“隔熱溫差”指標和相應的測試方法和測試儀器。

       JG/T235-2014 235-2014“建筑反射隔熱涂料”標準使我們對市場上流行的主要產(chǎn)品-彩色反射隔熱涂料的質量有了評價標準，這比“國標”是一個大進步。因此，在國標未修改前，可用此標準來評定反射隔熱涂料的質量水平，以保證彩色反射隔熱涂料的質量評價有標準可依，但這也是暫時的，大家不應以達此標準為滿足，應對自己的產(chǎn)品有高標準要求。 

       該標準提出“涂層熱工性能要求”如表5

 

 

該表中的隔熱溫差可用如下的儀器進行測試

 

圖4. 一種熱反射屋面熱性能測試設備

       該標準可認為是國內第一個解決了將“隔熱溫差”列為涂層熱工性能要求的重要指標，同時又解決了測試方法和測試儀器問題。這一點，很值得我們在修訂反射隔熱涂料的國家標準時借鑒。

        將反射隔熱涂料涂覆于屋頂形成一層高紅外反射涂層，俗稱“冷屋面”【15】。冷屋面涂料多數(shù)是彩色的，而制作彩色冷屋面涂料的關鍵是使用冷顏料。目前國內采用的冷顏料有三種，其化學結構和應用特點如表6和表7。

表6. 三種冷顏料的結構 

 

表7. 三種“冷顏料”比較

       由于目前反射隔熱涂料生產(chǎn)廠家選用的反射顏料都是進口產(chǎn)品，因此研制和生產(chǎn)性價比高的國產(chǎn)反射顏料是發(fā)展好反射隔熱涂料產(chǎn)業(yè)一個緊迫的問題。

 

       建筑用透明反射隔熱涂料有二種類型：一種為反射型，其特點是透明且對中遠紅外有高的反射率；另一種為吸收型，其特點是透明且對近紅外有很高的吸收性。反射型透明涂料涂覆于玻璃表面制成保溫玻璃，適于北方地區(qū)應用。吸收型透明涂料可制成隔熱玻璃，適于我國廣大南方地區(qū)應用。建筑玻璃隔熱涂料的應用已得到國家政策的支持，預計今后幾年，這種透明隔熱涂料將在現(xiàn)有建筑玻璃門窗的節(jié)能改造工程中得到廣泛的應用；也可以用這種涂料制成新型的“隔熱涂膜玻璃”產(chǎn)品。

  

       反射隔熱涂料的發(fā)展近年來受到國家政策的支持：2012年8月6日國務院關于印發(fā)節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃的通知中要求：建材行業(yè)要求加快開發(fā)推廣高效阻燃保溫材料、低輻射節(jié)能玻璃等新型節(jié)能產(chǎn)品。另外建筑節(jié)能方面開展綠色建筑行動，從規(guī)劃、法規(guī)、技術、標準、設計等方面全面推進建筑節(jié)能，提高建筑能效水平。2014年4月財政部，住房和城鄉(xiāng)建設部“關于加快推動我國綠色建筑發(fā)展的實施意見”明確提出“到2020年，綠色建筑占新增建筑的比重應達30%以上。2014年6月建設部下發(fā)了實施綠色建筑及既有建筑節(jié)能改造工作定期報表的通知；既有建筑于2020年全部實施節(jié)能改造的目標。2015年3月李克強總理在兩會的報告中提出要把節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)打造成新興的支柱產(chǎn)業(yè)。2015年3月27日《江蘇綠色建筑發(fā)展條例》通過人大 審議，江蘇成為第一個為“綠色建筑”立法的省份 。

       至2015年10月，國家及江蘇，湖南，重慶，廣東，廣西及安徽等省市“建筑反射隔熱涂料應用技術規(guī)程”陸續(xù)出臺。外墻改造方法中明確：“涂刷反射隔熱涂料或反射保溫隔熱涂料” 

從國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)：自1981年至2013年的33年，我國共建房屋601億平方米，其中住宅房屋405億平方米，占2/3。據(jù)此估計，既有建筑至少有400億平方米以上。以其中1.5%需重涂翻新計，就有6億平方米/年，約占新建房屋的 17%。舊房翻新市場潛力巨大，值得建筑涂料企業(yè)關注。外墻面積若3億平米作節(jié)能改造，需反射隔熱涂料10萬噸。目前全國反射隔熱涂料生產(chǎn)廠家有200家以上，江蘇某涂料公司2014年 約有4000噸反射隔熱涂料銷量。估計目前全國反射隔熱涂料的銷售量約在5萬噸/年左右。 

 

       1.建筑節(jié)能涂料存在四個品種：外墻反輻射隔熱涂料，冷屋面涂料，內墻保溫涂料及建筑門窗用透明隔熱玻璃涂料。外墻反輻射隔熱涂料根據(jù)隔熱原理可分為三個類型：反射型，輻射型和阻隔型。好的外墻用反射隔熱涂料應盡可能發(fā)揮三種機理的綜合作用。全面發(fā)展和應用這四種涂料才能解決建筑外圍護結構的節(jié)能問題。

       2.目前解決“建筑用反射隔熱涂料”市場亂象問題的關鍵是立即修訂該涂料的“國家標準”《建筑用反射隔熱涂料》 GB/T 25261-2010。修改該標準可參照：“熱反射金屬屋面板” JG/T402-2013和建筑反射隔熱涂料JG/T235-2014。修訂好國家標準才能進一步保證反射隔熱涂料的健康發(fā)展。

       3.采用“冷顏料”可制備“冷屋面”節(jié)能涂料，即國內的“彩色反射隔熱涂料”。國外主要用這種隔熱涂料（兼具防水性）作屋面涂料。預計未來冷屋面涂料在中國有很大的應用前景，要重視冷屋面涂料的發(fā)展。

       4.要積極研發(fā)和生產(chǎn)幾種關鍵的反射隔熱涂料的原材料（陶瓷微珠，遠紅外粉，氣凝膠，冷顏料），盡快向行業(yè)提供性價比高的國產(chǎn)原材料，以促進廠商生產(chǎn)高質量的反射隔熱涂料

       5.要發(fā)揮好“反射隔熱涂料技術協(xié)作網(wǎng)”對整個行業(yè)的引領作用，如:組織對標準和技術規(guī)程的制訂和修改工作；組織對原材料和測試儀器的研發(fā)，制造和鑒定工作；組織對全行業(yè)反射隔熱涂料產(chǎn)品的抽檢和評定工作，定期組織全行業(yè)的技術交流活動和專家組對會員單位的技術服務，以此引領和推動反射隔熱涂料的全面健康發(fā)展。

 

參考文獻

 

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19.趙石林，“納米光功能復合涂料及其應用”， 第4屆特種涂料技術及應用研討會論文集， 第1頁，《涂料工業(yè)》雜志社，2015年8月，西安 

20. 趙石林，“全面高質量地發(fā)展反射隔熱涂料產(chǎn)業(yè)”冷屋面材料應用技術研討會資料集， 第184頁，中國建材檢驗認證集團，2015年10月，上海 

 

作者簡介：趙石林，南京工業(yè)大學教授,中國建筑涂料協(xié)會專家組副組長，住建部發(fā)展中心“反射隔熱涂料技術協(xié)作網(wǎng)”副組長。1988年畢業(yè)于南京大學化學系獲博士學位，從事涂料研究開發(fā)30年，是中國建筑涂料領域三項重要發(fā)明（“多彩涂料”，“反輻射隔熱涂料”和“納米透明隔熱涂料”）的第一發(fā)明人。趙教授在涂料領域共獲得15項國家發(fā)明專利，研制成功的建筑節(jié)能涂料達到國際先進水平并在我國得到廣泛的推廣應用。因在這一領域的突出成果曾獲得省部級科技一等獎和三等獎。著有"新型涂料手冊"，“納米復合涂料”等專著,主編“建筑涂裝工技師”國家鑒定培訓教材；發(fā)表論文60余篇。