建筑反射隔热涂料的制备及隔热性能的研究

林　美，郑玉婴

建筑反射隔热涂料的制备及隔热性能的研究

林美1.2，郑玉婴1

（1．福州大学材料科学与工程学院，福建福州350025；2．福建省建筑科学研究院福建省绿色建筑技术重点实验室，福建福州350028）

研究了自主研发的建筑反射隔热涂料使用在轻质屋顶和重质屋顶的等效热阻，得出影响等效热阻的主要因素是围护结构的等效热阻、涂料的太阳辐射吸收系数和气候参数，同时通过试验总结涂刷建筑反射隔热涂料墙体内外表面及室内温度的变化规律，验证了建筑反射隔热涂料的隔热效果优于非隔热涂料，同时指出夏季炎热的地区外围护结构中涂刷建筑反射隔热涂料对改善室内热环境、降低空调制冷能耗有显著意义。

建筑反射隔热涂料；等效热阻；隔热性能

0　引言

太阳热辐射会引起建筑物温度升高，从而降低夏季空调的降温效率，空调能耗极其严重。《建设部建筑节能“九五”计划和2010年规划》表明：我国当前建筑能耗以采暖和空调能耗为主，确定建筑节能的重点放在采暖和降温能耗上。建筑反射隔热涂料具有反射太阳辐射热，使室外热作用尽可能地在围护结构外表面与建筑外部环境之间转化，解决或减轻涂膜加速老化，使主体结构受温差作用大幅度下降，温度变形减小，对结构墙体起到保护作用，同时也改善室内热环境，降低空调制冷能耗［1］。因此，加强建筑反射隔热涂料生产技术的推广、配套产品的研发及隔热性能的研究，受到了各科研单位、院校及生产企业的广泛关注。

1　实验

1.1建筑反射隔热涂料的制备

1.1.1原材料

羟乙基纤维素，相对分子质量30 000，250HBR Ashland；矿物油类消泡剂F111，台湾中亚；聚丙烯酸钠盐P30，Arkema；玻璃微珠，T46，中钢马鞍山矿研院；金红石型钛白R219，中核华源；纯丙乳液LWJ8208，江苏李文甲化工；成膜助剂（2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇单异丁酸酯）TEXANOL，EASTMAN CHEMICAL COMPANY；碱溶胀增稠剂TT935、中和剂AMP95，陶氏化学；缔合型增稠剂RHEOLATE R-278，海明斯；流平剂2025 Coatex；防腐剂LXE、防冻剂乙二醇，北京燕化。

1.1.2建筑反射隔热涂料的基础配方（见表1）

表1　建筑反射隔热涂料的基础配方

1.1.3建筑反射隔热涂料的制备工艺

（1）将去离子水置于分散罐中，并加入消泡剂、分散剂、成膜助剂、中和剂、防腐剂、抗冻剂，均匀分散后，加入羟乙基纤维素，高速分散使其完全溶解；

（2）保持高分散速率，向体系中缓慢加入颜料（钛白和其它无机颜料）和部分填料（沉淀硫酸钡，辐射粉等），直至体系分散均匀，为浓稠状细腻白浆，无大颗粒；

（3）降低分散速率，并缓慢、分批次把上述制备的浆料加入乳液中，维持低速分散，直至体系均匀；

（4）进一步降低分散速率，缓慢分批次加入玻璃微珠，直至体系分散均匀；

（5）用增稠剂和流平剂调节体系的流动性和黏度，并加入剩余的消泡剂，低速分散，直至体系均匀。

1.2建筑反射隔热涂料隔热效果验证实验

建筑反射隔热涂料的隔热效果可以通过等效热阻进行量化［2］。所谓等效热阻［3］，是建筑物的外墙和屋面使用建筑反射隔热涂料时，与相同条件下采用普通涂料相比等效增加的热阻。等效热阻计算方案如下：

（1）实验地点：福州（夏季）。

（2）气象参数：采用JGJ/T 346—2014《建筑节能气象参数标准》中的数据。

（3）围护结构：轻质和重质屋顶构造，其构造图分别见图1、图2，屋顶参数［4］分别见表2和表3。

图1　轻质屋顶构造示意

图2　重质屋顶构造示意

（4）计算方法：采用稳态传热原理计算公式见式（1）和式（2）［5］，围护结构非稳态传热原理计算采用Kvalue软件计算。

表2　轻质屋顶参数

表3　重质屋顶参数

式中：Re——反射隔热涂料的等效热阻，（m2·K）/W；

R——涂料基层墙体的热阻，（m2·K）/W；

ε——反射隔热涂料的年传热修正值；t0——夏季室内采暖温度，℃；tei——夏季室外空气温度，℃；

Ii——夏季太阳辐射强度，W/m2；

α——外表面换热系数，取19.0 W/（m2·K）；εs——夏季传热系数修正值；

ρr——反射隔热涂料的太阳辐射吸收系数；

ρ——普通涂料表面太阳辐射吸收系数。

（5）隔热涂料污染修正后的太阳辐射吸收系数［6］：ρr=0.3、0.4和0.5，普通涂料太阳辐射吸收系数取ρ=0.7。

1.3建筑反射隔热涂料隔热效果对比实验

1.3.1温度测点布置图建立

选用自主研发的外墙用白色建筑反射隔热涂料和普通白色外墙涂料，将2种涂料送相关检测单位进行检测，建筑反射隔热涂料的各项性能检测结果均符合JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》的要求，其中太阳光反射比为0.81，半球发射率为0.85；普通外墙涂料各项性能符合GB/T 9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》的要求。

在一幢砖混结构建筑物的西面选2间大小相似的房间（见图3），且西面无建筑物等遮挡太阳光，在建筑北面房间的西墙面涂刷白色建筑反射隔热涂料，南面房间西墙面涂刷普通白色外墙涂料，分别测试建筑墙体内外表面及室内温度变化情况。

该建筑墙体采用240 mm厚砖墙，参照GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》，计算得出传热系数K＝1.97 W/（m2·K），热惰性指标D＝3.63。

图3　温度测点布置

1.3.2连续测温

对墙体内外表面温度和室内温度连续测试，试验时间为2014年8月21日10：00开始，于2014年8月24日10：00结束，试验期间均为晴好天气。

2　结果与讨论

2.1建筑反射隔热涂料等效热阻的影响因素研究

采用以上2种方法计算，使用反射隔热涂料的轻质屋顶和重质屋顶的等效热阻计算结果见表4。

表4　使用反射隔热涂料轻质屋顶和重质屋顶的等效热阻计算结果（m2·K）/W

从表4可以得出：

（1）方法1（采用稳态传热原理计算）与方法2（采用围护结构非稳态传热原理计算）计算等效热阻结果差异不大，说明采用非稳态和稳态传热计算不影响等效热阻的计算结果，只要围护结构的热工性能取值和室内外气候计算参数和计算时间取值基本相同，就会得出相近的计算结果。

（2）太阳辐射吸收系数相同的涂料，在轻质屋顶的等效热阻大于重质屋顶的等效热阻，说明围护结构基体的热阻（或传热系数）对等效热阻有显著的影响，这一点GB/T 25261—2010《建筑用反射隔热涂料》的计算方法最能直接反映这一特征。

（3）随着涂料太阳辐射吸收系数的减小，涂层的等效热阻增大，隔热效果越好。

（4）气象参数对等效热阻影响非常显著，这一点在式（1）中可以很直观地体现，即当温差（室外综合温度与室内温度差值）越小，ε越接近0，从而使得式（1）中的（越大，等效热阻就越大；此外，在太阳辐射强的地区，同等温差条件下，式（1）中的ε计算值较小，所得出的等效热阻较大。

2.2涂刷建筑反射隔热涂料的墙体内外表面及室内温度变化规律的研究

试验期间墙体外表面、内表面和室内温度对比曲线分别见图4～图6。

图4　墙体外表面温度对比曲线

从图4可以看出，在白天（尤其是下午）涂刷建筑反射隔热涂料的墙体能显著降低墙体外表面温度，但是在夜晚，涂刷建筑反射隔热涂料的墙体外表面温度略高，散热效果略逊于普通白色外墙涂料。

图5　墙体内表面温度对比曲线

从图5可以看出，涂刷建筑反射隔热涂料的墙体内表面温度低于普通白色外墙涂料墙体，在下午时段较为明显，因下午时段太阳光太阳辐射强度强，隔热涂料的隔热效果更加显著。

图6　室内温度对比曲线

从图6可以看出，涂刷建筑反射隔热涂料的房间室内温度较低，有利于隔热。

3　结语

建筑反射隔热涂料属于功能性隔热涂料，依靠其涂膜较高的太阳反射率，降低了外墙表面的温度和室内温度，具有显著节约空调耗电功效。本文通过对建筑隔热涂料应用中涉及的关键技术的研究，为正确认识建筑反射隔热涂料和指导建筑反射隔热涂料发展起了推动的作用。

（1）使用建筑反射隔热涂料等效热阻与涂料太阳辐射吸收系数、涂料使用地区的气候参数及围护结构基体的热阻有关。

（2）建筑反射隔热涂料一般为薄质涂料，要达到反射隔热的目的就必须将太阳光在可见光和红外光区的热进行反射，涂料太阳光反射比越大，反射太阳光能力越强，隔热效果越好。

（3）建筑反射隔热涂料的隔热效果优于普通白色外墙涂料，对降低空调制冷能耗有显著意义，同时涂刷建筑反射隔热涂料房间的热稳定性好，各项温度指标波动较小，舒适度高。

［1］陆洪彬，陈建华.隔热涂料的隔热机理及其研究进展［J］.材料导报，2005，19（4）：71-73.

［2］曾国勋、张海燕、陈易明，等.核壳型ATO/空心玻璃微珠复合材料的制备及其热反射性能［J］.功能材料，2013（10）：20-23.

［3］邱童.建筑用隔热涂料热工性能评价方法分析［J］.建筑节能，2012，40（10）：42-45.

［4］邱童，徐强，李德荣，等.建筑外墙隔热涂料节能效果实测研究［J］.新型建筑材料，2010（9）：80-82.

［5］GB 50176—1993，民用建筑热工设计规范［S］.

［6］GB/T 25261—2010，建筑用反射隔热涂料［S］.■

Study on preparation and thermal insulation properties of solar reflectance coating

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

福建省高校产学合作科技重大项目（2012H6008）；福州市科技计划项目（2013-G-92）

2015-06-10；

2015-07-14

林美，女，1977年生，福建福州人，高级工程师，从事高分子材料研究。