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建筑外墙节能隔热涂料的制备和应用,介绍了建筑外墙节能用的阻隔型、反射型、辐射型和彩色型四类隔热涂料,中国建材网,cnprofit.com
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建筑外墙节能隔热涂料的制备和应用,介绍了建筑外墙节能用的阻隔型、反射型、辐射型和彩色型四类隔热涂料
2020年02月24日    阅读量:21548    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

随着科学技术与社会生产的快速发展,能源和环境成为全社会关注的两大问题,从而对节能和环保提出了更高要求。建筑物能耗在整个能源消耗中所占比例一般为30%~40%,且其中绝大多数是采暖和空调的能耗,故建筑物节能意义重大。


避免室内过热的主要途径是使室外热量尽量少传入室内,并使室内热量很快散发出去,以改善热环境中国建材网cnprofit.com。建筑物隔热的主要措施包括:屋面、西墙的隔热;窗口的防辐射;


房间的自然通风等,其中在建筑物围护结构的表面采用高反射的隔热涂料,以减少对太阳辐射的吸收,降低建筑物外表面温度,从而达到降低围护结构内表面温度的目的,是建筑物节能的重要措施之一。当前,外墙隔热涂料已得到广泛应用,此时更应正确生产和应用反射型隔热涂料。

 

1 隔热涂料的分类

一般将隔热涂料分为阻隔型、反射型和辐射型三类,近年来还增加了一种彩色型隔热涂料。

1.1 阻隔型隔热涂料

阻隔型隔热涂料采用中空体的陶瓷串珠作填料,以降低涂层的导热系数。当涂层表面吸热后,由于涂层的中空结构使其导热系数低从而传热少,以保持室内温度低。

1.2 反射型隔热涂料

反射型隔热涂料是一种将太阳光中的热量(主要由红外线产生)由涂料表面反射出去,从而起到隔热作用的涂料。笔者于1999 年研制成该涂料产品,同时向国家专利局申请了名称为“水性反辐射隔热涂料”的发明专利。其后,经过多年应用改进和发展,又于2006 年再次申请国家发明专利并于2010 年获得授权,同时,还就该种涂料的组成、性能及作用原理进行了较为深入的研究。

1.3 辐射型隔热涂料

辐射型隔热涂料通过将吸收到的太阳能中的紫外光、可见光及近红外光能转化为热能,以红外辐射的方式在8~13.5 μm 波段内穿过大气“红外窗口”,高效地发射到大气外层,从而达到降低涂层温度的目的。它区别于其他两类隔热涂料的一个显著特点是:其余两类隔热涂料只能减缓热量传递,但不能阻挡热量的传递,而辐射型隔热涂料能够以热发射的形式将吸收的热量辐射掉,从而促使涂层内外以同样的速率快速降温。

1.4 彩色型隔热涂料

彩色型隔热涂料主要靠具有反射太阳热功能的颜料使外墙表面降温而达到隔热节能效果。

 

2 隔热涂料的制备

2.1 隔热粉体的选择

反射型隔热粉体可选择氧化钇、氧化铟锡、远红外陶瓷粉、空心玻璃微珠、金红石型二氧化钛等。辐射型隔热粉体可选择过渡金属氧化物系列,如Fe2O3、MnO2、NiO、Co2O3、CuO 及堇青石等。理想的辐射型隔热粉体在2~8 μm 及14~20 μm波段反射红外光,而在8~13.5 μm 波段则具有高的半球发射率。

2.2 制备隔热涂料的典型工艺

将配方量的水、润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、丙二醇、邻苯二甲酸二丁酯等在容器中搅拌混合均匀;在慢速搅拌下,加入金红石型二氧化钛、隔热粉体等,30 min 后,测定细度,细度<40 μm 后,在慢速搅拌下将配方量的纯丙乳液、消泡剂等加到已分散好的颜料分散液中;搅拌均匀后,在低速下,缓慢添加空心玻璃微珠,直至分散均匀。若需配制彩色隔热涂料,则向成品涂料中添加一定比例某种颜色的反射性颜料。

 

3 辐射型隔热涂料的特点

3.1 辐射型隔热涂料的散热降温机理

图1 为辐射体的辐射热损曲线图。

辐射体的辐射热损曲线图

由图1 可知:当辐射体的温度为T1 时,它的辐射热损由曲线1 和曲线3 之间的阴影面积表示。由于T1 时辐射体只散热而没有收益,故它的温度将因辐射而下降。如果辐射体的温度为T2(T2<T1),则曲线2 与曲线3 在8~13.5 μm 波段内的阴影区表示辐射的散热在8~13.5 μm之外。曲线2 与曲线3 之间的面积表示辐射体获得的辐射收益,辐射体的净辐射热损将由表示散热和收益的两部分面积之差决定。显然,当辐射体的散热和收益相等时,它就达到最低的冷却温度。

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对辐射体为黑体的情况,如果其温度较高,则它在远红外波段内的散热不止在“红外窗口”内发生,在其它波段内同样有散热效果,但一旦辐射体的温度降到一定值时,则它只能在8~13.5 μm 波段内才散热。在此窗口波段外,它将吸收大气层发射的红外辐射能。


3.2 反射和辐射双功能涂层的吸收- 辐射平衡

可以这样理解辐射型涂层与红外源的吸收- 辐射平衡问题:若涂层温度低于或等于环境温度,平衡过程的涂层温度逐步升高;若涂层温度高于环境温度,平衡过程的涂层温度逐步降低。其理论根据是:具有红外辐射能力的材料,其红外辐射强度是温度的函数,材料本身温度越高,其辐射强度越大。对于具有反射和辐射双功能的隔热涂料,无论在白天和夜间都存在3 种热平衡:白天:涂层表面在0.2~2 μm波段(可见、近红外段)吸收大于辐射,这引起涂层温度升高为主;在2~20 μm 的中远红外波段是吸收-辐射热平衡,对涂层温度升高贡献小;


而当涂层温度高于环境温度时,由于存在传导对流平衡,平衡中的吸热远大于平衡中的散热效应,涂层温度会不断升高。夜晚:无可见光,近红外也弱,涂层温度不再升高,此时涂层温度高于环境温度,涂层对于2~20 μm中远红外的吸收- 辐射热平衡中其辐射散热降温效应远大于其吸收升温效应。


因此,涂层在夜晚是个降温过程,且这种辐射效应加速其降温。概括地说,这种双功能隔热涂层的特点是:白天涂层多反射,少吸收太阳光(0.2~2 μm)而少升温;夜晚多辐射中远红外热(2~20 μm)而散热快。

 

4 彩色反射隔热涂料的特点

4.1 彩色反射隔热涂料的评价

为了能正确评价彩色反射隔热涂料的隔热能力和质量水平,在新的反射涂料标准(JG/T 235—2014)中对反射率作了细分,并规定了不同明度的反射涂料的反射率值,见表1。该标准的重点是对不同明度的彩色隔热涂料提出了要达到近红外反射率的要求,而此指标与此类涂料的实际隔热效果有直接和重要的关联。

JG/T 235—2014 对不同明度(颜色)反射涂料的 反射率要求

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4.2 热反射颜料的应用效果

在制备彩色隔热涂料时发现,加入普通彩色颜料将严重降低涂料的太阳光反射率,浅色(中明度)系彩色隔热涂料的太阳光反射率见表2。深色系彩色隔热涂料的太阳光反射率见表3。

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浅色系彩色隔热涂料的太阳光反射率,深色系彩色隔热涂料的太阳光反射率

从表2、表3 中可见:对于彩色隔热涂料,若按原行业标准(太阳光反射率≥ 80%),一般彩色隔热涂料均不符合行业标准的要求。

采用一种反射性颜料,如ALTIRIS® 550 及ALTIRIS® 800 配制彩色隔热涂料,各种颜色涂料的总反射率和近红外反射率值都能达到JG/T 235—2014标准的要求。同理,对于制备低明度L* ≤ 40 的彩色隔热涂料,可向涂料内添加2%PVC(颜料体积浓度)的ALTIRIS® 800 反射性颜料,配制的彩色隔热涂料的总反射率和近红外反射率值也都达到JG/T 235—2014行业标准的要求。


4.3 热反射颜料的选择

涂装彩色隔热涂料的主要目的是为了降低物体的表面温度和内部温度,因此所选用的颜料应有尽可能大的散射性,对可见光和近红外光的反射率越大越好;为了将涂层吸收的太阳能通过“大气窗口”(8~13.5 μm)发射出去,还要配用有较高发射率的颜料。金红石型钛白粉是目前已知的白色颜料中折射率最高(>80%)、折光指数最高(2.8),且粒径及其分布最理想的白色颜料。在涂料中,其PVC 为24.5%时,反射率为82.6% ;


当PVC 为22.0% 时,反射率达到84.0%。因此金红石型钛白粉本身就是一种好的热反射颜料,但在配方中金红石型二氧化钛用量也不能太多,否则涂料颜色太浅,达不到色卡目标颜色。一般而言,金红石型钛白粉用量为15% 左右时,适合配制浅色调涂料;用量为10% 左右时,适合配制中色调涂料;用量在5% 左右时,适合配制重色调涂料。在配制彩色隔热涂料时,需选择太阳光反射率高的颜料。


4.4 提高彩色隔热涂料隔热性的新途径

研制了一种透明纳米隔热涂料,是一种热反射型隔热涂料,用其作罩面漆可提高彩色隔热涂料的隔热性。这种涂料采用纳米氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌等掺杂半导体粉体,对可见光良好的透过率,以及对红外光极高的反射性从而达到透明隔热的目的。

 

5 结语

(1) 四种类型隔热涂料特点:反射型,多反射,少吸热;辐射型,吸热后,多散热;阻隔型,吸热后,少传热;彩色型,采用反射颜料,多反射,少吸热,好的隔热涂料应尽可能发挥这四种机理的综合作用。

(2) 采用金红石型二氧化钛、空心玻璃微珠、隔热颜填料(反射型与辐射型拼用)和纯丙乳液共混,制备了建筑用隔热涂料。该涂料为水性环保涂料,具有反射降温、辐射散热降温和中空阻隔热传导三种作用机理,应注意三者的合理配比和用量才能有效地发挥隔热作用。

(3) JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》标准的公布与实施,使彩色反射隔热涂料的生产和应用有了评价标准和质量保障,也有利于外墙隔热涂料的推广应用。采用热反射颜料是提高彩色隔热涂料,特别是深色隔热涂料隔热性的主要手段。另外,加速研制低成本热反射型纳米透明隔热涂料作罩面漆,也是提高彩色隔热涂料隔热性的好方法。


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