1 建筑反射隔热涂料的种类与特性
建筑反射隔热涂料是一类节能效果显著的功能型建筑涂料,根据目前的应用情况,可分为透明型和不透明型两类。
1.1 透明型建筑反射隔热涂料
顾名思义,透明型建筑反射隔热涂料的涂膜是透明的,绝大多数入射的可见光波能够透过涂膜,这类涂膜反射的只是能够转换成热能的红外光波。这类涂料的应用原理是,由于太阳光的主要热量来自红外区,而纳米级的半导体材料[如氧化铟锡(ITO)、氧化锡锑(ATO)和氧化铝锌(AZO)等]对红外光的反射性很强,但能够允许紫外光波和可见光波透射。因而,利用纳米ATO 和AZO 等作为功能型填料,以聚丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂或者硅丙树脂等对紫外线透明的树脂为基料,制备得到的涂料具有反射红外光波而阻隔热量传递,而不会妨碍紫外线透过涂膜,因而具有透明和阻隔太阳辐射热的双重功能。透明型建筑反射隔热涂料有溶剂型和水性2 种,但由于该涂料的涂覆基层是玻璃和一些表面黏结性能较差的有机材料(如涤纶薄膜、聚酯薄膜或者其他类似透明塑料薄膜),以及对于涂膜的物理力学性能(如附着力、耐擦拭性和耐水性等)的苛刻要求,因而其主要应用还是以溶剂型涂料为主。
1.2 不透明型建筑反射隔热涂料
不透明型建筑反射隔热涂料的基本原理是通过涂膜的反射作用将日光中的红外辐射反射到外部空间,从而避免物体因吸收太阳辐射能导致的温度升高。这类涂料是通过选择透明性好的树脂(目前常用的是聚丙烯酸酯树脂) 和反射率高的空心玻璃微珠为功能型填料,制得高反射率的涂膜,以达到反射光和热的目的。它利用涂膜对光和热的高反射作用使太阳照射到涂膜上的大部分能量得到反射,而不是被涂膜吸收;同时,由于空心玻璃微珠的体积比例大,这类涂膜本身的导热系数很小,绝热性能很好,这就阻止了热量通过涂膜的传导,使得涂膜自身的温度不会象使用传统铝粉那样升得很高。此外,由于不透明型建筑反射隔热涂料的高反射性和涂膜的低导热系数,使得涂膜在超过一定厚度时,其反射性能只与涂膜表面的反射率有关,而与涂膜厚度无关。不透明型建筑反射隔热涂料主要应用于外墙面和屋面,以降低墙面和屋顶在夏季的温度。这类涂料也有溶剂型和水性2 种,但由于应用于外墙面和屋顶,因而绝大多数是以聚丙烯酸酯乳液(包括弹性乳液和普通建筑乳液)为成膜物质的水性产品。
从上述可见,透明型和不透明型建筑反射隔热涂料除了选用的功能型填料不同而得到不同反射原理的涂料外,其应用场合也全然不同,透明型产品应用于透明基层,否则就失去了透明的意义;不透明型产品应用于不透明基层。此外,透明型涂料的功能是阻止红外光波通过涂膜传播;而不透明型涂料则是减少涂膜对照射到其上的能量的吸收。
2 建筑反射隔热涂料的应用
2.1 基本应用特征
随着对节能意义的认识和重视以及强制推行,这两类建筑反射隔热涂料都得到一定程度的应用,而以不透明型建筑反射隔热涂料得到的应用更多。这两类涂料在建筑领域应用方面有共同特征,即具有极强的地域性,也就是只有在夏热冬冷和夏热冬暖地区才有实际应用价值。因为在这类地区,在夏季具有巨大的太阳能辐射。虽然在冬季在需要太阳辐射能量时涂膜的反射起到的是不利作用,但冬季光照时间短,太阳的辐射能量低,反射的能量也相对少得多。而在寒冷和严寒等气候区的情况则相反,因而不适合使用反射隔热涂料。
2.2 透明型建筑反射隔热涂料的应用情况
对于透明型建筑反射隔热涂料,众所熟知的应用可能是汽车玻璃贴膜,因其能够有效地反射红外光波而产生显著的隔热作用,防止车内的温度升高。透明型反射隔热涂料在建筑领域的应用目前尚不多,并且用量不大,应用也不广泛,但具有更好的应用前景。目前,这类涂料的一个隔热效果显著的应用是涂覆在中空玻璃外窗中。利用透明反射隔热涂料对红外光波的阻隔性和对紫外线、可见光的透过性,将涂料先涂覆于玻璃上,再将涂覆该涂料的玻璃制成中空玻璃。由于涂膜位于中空玻璃的空腔中,克服了涂膜耐擦拭性不良和受到水、腐蚀性气体、固体和液体材料腐蚀而性能下降影响玻璃使用效果的弊端,同时利用了涂料透明和隔热的功能。可见,这种应用方法虽然简单,却甚为巧妙。据笔者了解,以这种技术应用透明型建筑反射隔热涂料,在安徽已经建成中空玻璃生产线,所生产的产品经工程实用证明透明性良好,隔热效果明显。所生产的透明隔热中空玻璃经检测,其在可见光区平均透过率可达87.6% ,隔热性以温度降低来衡量时可达3.7~6.7 ℃,可见透明和隔热效果均非常明显。
2.3 不透明型建筑反射隔热涂料的应用情况
与透明型建筑反射隔热涂料的应用相比,不透明型涂料的应用更为广泛,应用的时间长,应用量也大得多。特别是近年来建筑节能的强制实施,使其有了更好的应用环境;新的节能系统的研发使其具有更好的技术可靠性;一些地方规程的明确规定,使其具有得以应用的入门证;而生产供应商的销售推动则使之在应用量上显著提高。例如,在等效热阻、涂膜的适宜涂装厚度和应用系统等方面都有可靠的依据。
⑴涂膜的适宜涂装厚度
反射隔热涂料必须具有一定的涂装厚度才能产生应有的反射隔热功能。具体地说,就是干涂膜的厚度不应低于60 μm,好在80 μm 以上。当然,涂装过厚就失去了经济性,一般是不会出现涂装过厚的情况的。
⑵等效热阻问题
这个问题不解决,对其应用的影响是很大的,因为解决了等效热阻问题,就能够相应降低对系统中其他节能措施的要求进而平衡系统的成本。从原理上来说,反射隔热涂料通过2 种因素减少热量通过墙体的传递,一是使墙体表面温度显著降低,二是涂膜本身导热系数很小,具有一定热阻。因而,在建筑节能设计中,外墙采用反射隔热涂料时,可以考虑一定的等效热阻,或对其传热系数进行适当修正。例如,上海市《居住建筑节能设计标准》规定,当外墙采用建筑反射隔热涂料时,其传热系数值可以按照表1 取值。
表1 外墙采用建筑反射隔热涂料时传热系数的修正系数
此外,江苏省《建筑反射隔热涂料应用技术规程》(苏JG/T 026—2009)中规定,在进行建筑节能设计时,对不同方向的墙面使用反射隔热涂料可选取不同的等效热阻:东、西方向墙体的等效热阻为0.20 m2·K·W-1;朝南方向墙体的等效热阻为0.19 m2·K·W-1;朝北方向墙体的等效热阻为0.18 m2·K·W-1。该规程所考虑的反射隔热涂料的等效热阻比上海市《居住建筑节能设计标准》中的大。对于热工设计中的另一个重要参数,即热惰性指标,一般认为使用反射隔热涂料不增加墙体的热惰性指标。
⑶应用系统问题