建筑反射隔热涂料的关键技术及其应用

张雪芹，徐超

（中国新型建材设计研究院，浙江 杭州　310003）

建筑反射隔热涂料的关键技术及其应用

张雪芹，徐超

（中国新型建材设计研究院，浙江 杭州310003）

建筑反射隔热涂料由于具有较高的太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率，建筑物外墙和屋面涂装建筑反射隔热涂料后可以有效反射、阻隔夏季的太阳热辐射，减少建筑物表面对太阳幅射能量的吸收，降低围护结构表面的温度，实现围护结构的节能，因而近年来建筑反射隔热涂料在夏热冬冷和夏热冬暖地区得到了较快的发展。介绍了建筑反射隔热涂料的特点、隔热机理和研制的关键技术，并介绍了将于2016年2月1日起实施的JGJ/T 359—2015《建筑反射隔热涂料应用技术规程》规定的建筑反射隔热涂料应用技术要点。

建筑反射隔热涂料；特点；隔热机理；关键技术；应用

0　前言

近年来，随着我国建筑节能工作的不断推进，以及国家和行业一系列相关标准、规范的出台，建筑反射隔热涂料也在夏热冬冷和夏热冬暖地区得到了较快的发展。建筑反射隔热涂料通过有效反射、阻隔夏季的太阳热辐射，减少建筑物表面对太阳幅射能量的吸收，从而降低围护结构表面的温度，减少建筑物的空调能耗，实现围护结构的节能［1］。

在此前先后发布实施、修订3个建筑反射隔热涂料产品标准JG/T 235—2014《建筑反射隔热涂料》、GB/T 25261—2010《建筑用反射隔热涂料》和JC/T 1040—2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》的基础上，为推广建筑反射隔热涂料技术，规范建筑反射隔热涂料的工程应用，保证工程质量，住房城乡建设部于2015年6月30日发布公告，行业标准JGJ/T 359—2015《建筑反射隔热涂料应用技术规程》将于2016年2月1日起实施，该标准适用于建筑物外墙和屋面使用建筑反射隔热涂料的节能工程设计、施工及工程质量验收。这一系列标准的颁布实施将进一步有力促进建筑反射隔热涂料在建筑工程中的推广应用。

1　建筑反射隔热涂料的特点及隔热机理

隔热涂料一般可分为阻隔型、反射型和辐射型。阻隔型隔热涂料是通过热传递的阻抗作用实现隔热的被动式降温涂料，导热系数是影响涂料隔热性能的主要指标，导热系数越小，保温隔热性能越好。一般采用中空玻璃（或陶瓷）微珠等作填料，以降低涂层的导热系数。反射型隔热涂料能将太阳光中的热量从涂层表面反射出去，从而发挥隔热降温作用。通过采用对可见光、红外光有高反射性的颜填料，尽可能地减少涂层表面对入射太阳光能量的吸收，从而起到降低涂层表面温度的作用。辐射型隔热涂料通过将吸收的热量，以红外辐射的方式在波长8～13.5 μm内通过大气的“红外窗口”，高效地发射到外层空间，从而起到使涂层温度降低的作用。

因此，理想的反射隔热涂层应具有高反射率、低吸收率和高发射率，其应具有以下特点：（1）不透明；（2）对太阳光全波段，至少是可见光和红外光波段具有高反射率；（3）能将所吸收的辐射能转化为8～13.5 μm波长的红外光，高效辐射到大气层外；（4）成膜物的传热系数低；（5）耐候且综合性能良好［2］。建筑反射隔热涂料的隔热机理见图1。

图1　建筑反射隔热涂料的隔热机理示意

2　建筑反射隔热涂料的关键技术

制备建筑反射隔热涂料一般应采用具有良好耐老化性、涂膜透明度高、对辐射能吸收率低的乳液。因涂层对太阳光的反射、散射能力主要取决于颜填料与树脂折光指数的差值，必须选用折光指数高的颜填料，折光指数分别为2.8、2.3～2.8 和2.2的金红石型TiO2、Fe2O3和ZnO等都是常用的普通颜填料。由于建筑反射隔热涂料主要是通过功能性颜填料所具有的特殊材质与功能，将太阳辐射能阻隔或通过反射、辐射发射到外部空间，使涂层表面温度降低，从而减少通过围护结构向建筑物内的传热。因此，功能性颜填料的选择和应用是建筑反射隔热涂料研制的关键技术。

根据光学原理，当太阳光照射到物体上时，将发生选择性反射、散射、吸收。物体吸收的光能，可以自身特有的波长再发射出去。禁带宽度Eg为0.5～1.8 eV的材料吸收近红外辐射，Eg为1.8～3.1 eV的材料吸收可见光。因此，为避免吸收可见光和近红外光，填料的Eg应大于3.1 eV或小于0.5 eV，可作为辐射型功能填料［3］。

阻隔型隔热粉体必须选用隔热性能好的填料，如空心玻璃（或陶瓷）微珠等；反射型隔热粉体一般可选择氧化钇、氧化铟锡（ITO）、远红外陶瓷粉、空心玻璃微珠、金红石型TiO2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、堇青石或石墨烯等［4］。

（1）空心微珠

空心微珠，如空心玻璃（或陶瓷）微珠等，含有封闭的小孔或“微泡”，折光指数高、吸油量低，具有质量轻、导热系数小等特点，形成一种“海岛”结构，起到良好的隔热作用。被广泛应用于制备建筑反射隔热涂料。

由于中空微珠的薄壁中空结构，使用时应注意避免高速剪切作用破坏其中空结构而丧失隔热功能。在建筑反射隔热涂料的制备过程中，空心微珠等功能填料需最后在低速状态下加入到分散液中［5］，以尽量避免其空心结构的破损，发挥良好的反射、隔热功能。

（2）纳米SiO2气凝胶

纳米SiO2气凝胶是一种保温隔热性能非常优异的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80%～99%，平均孔径为20 nm，孔径分布为2～50 nm，比表面积为600～1000 m2/g，表观密度为0.003～0.35 g/cm3，室温导热系数可低至0.013 W/（m·K），是目前导热系数最低、隔热性能最佳的材料之一。其缺点是强度低、脆性大，单独使用困难。将纳米SiO2气凝胶与硅酸铝纤维和空心玻璃微珠复配使用，在弹性成膜物的交联作用下，可大大改善涂膜的物理性能［6］。

（3）纳米功能材料

近年来，纳米材料被大量应用于反射隔热保温建筑涂料的开发，涂料中加入纳米材料除可对涂膜进行改性外，还能赋予涂层特殊的功能。如金属氧化物是纳米氧化铟锡（ITO）和氧化锡锑（ATO）被应用于反射隔热涂料中。ITO与ATO薄膜的可见光透光率可达80%～90%，红外反射率为75%～80%［7-8］。

由于纳米粉体的比表面积大，表面能高，粒子间容易相互团聚，纳米粒子的分散难问题一直阻碍其在建筑涂料中的广泛应用。有研究者采用有机和无机改性的方法改进纳米材料的分散性。其中有机改性是将纳米粒子与有机树脂进行原位聚合、共混，通过化学键连接实现2种材料的纳米级改性；无机改性主要以无机填料为载体复合纳米粒子等，可较好地解决纳米材料在树脂中的分散问题。

（4）红外辐射粉体

不同于阻隔型和反射型隔热涂料只能减缓，但不能阻挡热量的传递，辐射型隔热涂料通过在涂料中添加适量的红外辐射粉体，能够以热发射的形式将吸收的热量辐射到外层空间去，从而使涂层内外以同样的速度快速降温。发射率是表征物质基本性质的物理量，对于一种材料，在相同温度、几何条件和光谱条件下，具有唯一值，而同一种材料的发射比，可因所测试样品的不同，而有不同的测试结果［9］。理想的红外辐射粉体应能反射2～8 μm和14～20 μm波长的红外光，而将吸收的辐射能转化为波长8～13.5 μm的红外光以高发射率辐射出去，从而具有辐射致冷功能。图2为几种不同颜填料的半球发射率［10］。

图2　几种不同颜填料的半球发射率

从图2可见，上述几种颜填料中，铁氧体的半球发射率最低为0.67，石墨烯的半球发射率最高为0.96，纳米碳化硅、亚微米碳化硅、碳纤维管和红外粉体的半球发射率差异不大。这说明石墨烯的微观片层结构有助于降低涂料的吸收指数及折射系数，提高涂层的半球发射率。

（5）红外反射颜料

制备彩色建筑反射隔热涂料时需要通过选用具有高太阳光反射率的红外反射颜料来进行调色。红外反射颜料（冷颜料）是一类具有高太阳光反射率和耐温、耐候，且具有优异化学稳定性的环保型复合无机颜料。它们能在可见光区域选择性地反射本色波长的热量，而吸收其余波长的热量；在红外区域并不吸收能量，而是进行反射或透射。复合无机颜料通常经高温（800℃以上）煅烧而成，因而具有优异的耐候性、耐高温性和环保特性。目前国内红外反射颜料市场除进口的美国薛特颜料公司（Shepherd）、福禄颜料公司（Ferro）和德国巴斯夫公司产品外，也有一些国产红外反射颜料供应，如湖南科勒颜料、湖南巨发颜料、广东华山、南京培蒙特等公司的产品。表1为国内外几种不同色系热反射颜料的光学性能［11］。

表1　国内外几种不同色系热反射颜料的光学性能

通常要求红外反射颜料能在700～1100 nm的近红外波段最大限度地反射太阳光，颜料粒径应为0.35～0.55 μm。因此在使用过程中应避免颜料的过分研磨，以免影响颜料的颜色及其红外反射率。

彩色建筑反射隔热涂料调色时往往需要2种以上的颜料色浆进行复配，调色时应注意由于不同的冷颜料会在不同的波段吸收太阳光，当2种反射波段不同的颜料混合时可能会造成反射区域互相加和，起到了反作用，导致反射比降低。此外，为了配制不同色彩的反射隔热涂料，调色时应根据颜色的深浅调整涂料中TiO2的用量。一般，在配制浅色涂料时，TiO的用量为15%左右；配制中等颜色涂料时，TiO2的用量为10%左右；配制深色涂料时，TiO2的用量为5%左右。

3　建筑反射隔热涂料的应用

建筑反射隔热涂料作为一种新型的功能涂料，近年来在夏热冬冷和夏热冬暖地区应用得到了较快的发展，但在应用过程中也存在一些问题，其中建筑反射隔热涂料的节能效果评价一直是其推广应用的一个瓶颈。随着JGJ/T 359—2015《建筑反射隔热涂料应用技术规程》的即将实施，将有助于规范建筑热反射隔热涂料的工程技术要求，指导建筑热反射隔热涂料应用于建筑外墙和屋面外饰面时的隔热设计和节能设计、工程施工质量控制及工程质量验收，能使建筑工程的利益相关者直观地了解其在建筑维护结构中对隔热和节能的贡献，还将有助于设计院及建筑节能相关部门等对建筑反射隔热涂料的了解和选用，进一步促进建筑反射隔热涂料的推广应用，保证建筑反射隔热涂料行业的健康发展。

3.1饰面基本构造

JGJ/T 359—2015（报批稿）对非金属材料和金属材料基层采用建筑反射隔热涂料饰面的基本构造作出了规定，见图3～图5。

图3　非金属材料基层采用建筑反射隔热涂料饰面的基本构造

图4　非金属材料基层的外墙外保温系统采用建筑反射隔热涂料饰面的基本构造

图5　金属材料基层采用建筑反射隔热涂料饰面的基本构造

3.2饰面工程热工设计

JGJ/T 359—2015（报批稿）对建筑饰面工程热工设计作出了规定：建筑外墙和屋面外饰面采用建筑反射隔热涂料进行隔热设计和节能设计时，应采用修正后的太阳辐射系数进行计算；建筑反射隔热涂料宜选用浅色产品；隔热设计过程中，在不考虑涂料反射隔热效果的情况下，墙面和屋面的热阻应符合现行国家标准GB 50176《民用建筑热工设计规范》中冬季保温的有关规定；夏热冬暖地区使用建筑反射隔热涂料时，节能设计应重点考虑夏季的空调节能，可不考虑冬季的采暖能耗，外墙和屋面的污染修正后的太阳辐射系数分别不宜高于0.5和0.4；夏热冬冷地区使用建筑反射隔热涂料时，节能设计应重点考虑夏季的空调节能，同时兼顾冬季的采暖能耗，外墙和屋面的污染修正后的太阳辐射系数分别不宜高于0.5和0.4；其它气候地区使用建筑反射隔热涂料时，在不考虑建筑反射隔热涂料节能效果的情况下，围护结构的热工性能应符合节能设计要求。

3.3建筑反射隔热涂料的等效热阻

建筑反射隔热涂料主要应用于夏热冬冷和夏热冬暖地区的外墙和屋面，考虑到现行建筑节能设计标准对外墙和屋面的传热系数和热阻指标的要求，为便于节能计算，JGJ/T 359—2015（报批稿）规定：建筑热反射隔热涂料的节能效率采用等效热阻（由传热系数折减系数推算）来表征；由于建筑热反射隔热涂料在夏季有显著的节能贡献，而冬季有一定的负作用，因此建筑热反射隔热涂料等效热阻的取值应综合考虑冬夏的贡献，使之体现实际节能效益。JGJ/T 359—2015（报批稿）中附录C对夏热冬冷和夏热冬暖地区的外墙和屋面使用建筑反射隔热涂料的等效热阻取值分别见表2和表3。

表2　夏热冬冷和夏热冬暖地区外墙使用建筑反射隔热涂料的等效热阻值Req　　（m2·K）/W

表3　夏热冬冷和夏热冬暖地区屋面使用建筑反射隔热涂料的等效热阻值Req　　（m2·K）/W

4　结语

（1）经过近10年的发展，建筑反射隔热涂料已在建筑工程中得到较广泛的应用。通过在涂料中添加功能性颜填料，可使建筑反射隔热涂料具有较高的太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率，应用于建筑外墙或屋面作为饰面材料，可以有效减少通过围护结构向建筑物内的传热，节约建筑能耗。

（2）随着JGJ/T 359—2015的即将实施，将进一步规范建筑反射隔热涂料的工程应用，促进建筑热反射隔热涂料行业的健康发展。

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Key technology of building reflective insulation coatings and its application

ZHANG Xueqin，XU Chao
（China New Building Materials Design&Research Institute，Hangzhou 310003，Zhejiang，China）

Buildingreflectiveinsulationcoatingshashighsolarreflectance，near-infraredreflectanceandhemispherical emissivity，building facades and roof with reflective insulation coatings can effectively reflect and block solar heat radiation in summer and reduce the absorption of solar radiation by the building surface，lower the temperature of the building envelope surface，so as to achieve the energy-saving of building envelope.So the building reflective insulation coatings has been developed relatively rapidly in recent years in hot summer and cold winter area and hot summer and warm winter area.This paper describes the characteristics and insulation mechanism of the building reflective insulation coatings and the key technologies developed，and introduces its key application points specified in JGJ/T 359—2015"Building reflective insulation coating application technical regulations"to be implemented from February 1，2016.

building reflective insulation coatings，characteristics，insulation mechanism，key technology，application

TU56+1.69

A

1001-702X（2015）10-0001-04

2015-07-06

张雪芹，女，1963年生，浙江温岭人，教授级高级工程师。