反射隔热涂料自国外20 世纪40 年代研制成功并投产,70~80 年代其理论表述已经形成。建筑反射隔热涂料通过反射可见光及红外光的形式将太阳能量隔绝, 从而达到隔热目的。如今随着技术的发展,高性能树脂的合成、高反射率颜填料的出现,以及更精确、更快捷检测仪器的研制成功,使反射隔热涂料技术日趋完善。
近年来,国家和上海市的建筑节能标准逐步提高,围护结构保温隔热性能指标不断提升, 促进许多新型节能建材得到推广应用。涂料中最能体现建筑节能的品种之一是建筑反射隔热涂料。建筑反射隔热涂料作为一种新型节能材料,对墙体的保温隔热性能带来哪些变化,其经济性如何体现,这些问题得到了广泛的关注和研究。
1 反射隔热涂料的隔热效果
1.1 反射隔热涂料概述
反射隔热涂料是指以合成树脂为基料, 与功能性颜填料(如红外反射颜料、空心微珠、空心玻璃粉、金属微粒等)及助剂等配制而成,施涂于建筑物表面,具有较高太阳光反射比和较高半球发射率,起到隔热作用的特殊涂料。在以隔热为主的夏热冬冷地区, 反射隔热涂料可提升建筑物外立面的隔热性能,是夏季空调节能的有效措施之一,节能效果较为明显,且施工方便。
1.2 反射隔热涂料热传导性能分析
反射隔热涂料在墙体上的厚度一般仅为0.2~0.3mm,且自身热阻很小,因此,相对于外墙整体的热阻可以忽略不计。研究人员对三种不同处理方式砌体的传热系数进行了测试。第一种砌体: 砌体砌筑一周后两面分别抹涂20mm 常用内墙抹灰砂浆和外墙抹灰砂浆, 养护28d 后测得砌体传热系数为1.247[W/(m2·K)]。第二种砌体:在第一种砌体涂有外墙抹灰砂浆的一面抹涂35mm 厚保温砂浆, 养护28d 后测得砌体传热系数为1.043[W/(m2·K)]。第三种砌体:在第二种砌体的保温砂浆面刮涂2 道柔性耐水腻子并喷涂3 道反射隔热涂料,养护14d 后测得砌体传热系数为1.037[W/(m2·K)]。测试结果显示, 反射隔热涂料对以传导传热为主要热传递方式的传热系数影响很小。
1.3 反射隔热涂料阻隔热机理分析
建筑物周围或室内有阳光照射, 就会受到太阳辐射热能的作用,尤其是波长在0.77~4.0μm 左右的红外线含有大量辐射热能。反射隔热涂料就是通过适当选择透明性好的树脂和反射率高的颜填料, 制得高反射率的涂膜来达到反射光和热的目的。入射到涂膜上的太阳辐射被吸收、透射或反射,其吸收率、透射率和反射率的和为1。由于涂膜是不透明的,其透射率近似为0,因此为了降低涂膜表面温度,就需要提高涂层反射率, 才能使照射到建筑物外表面的大部分太阳光能得到反射而仅有少量能量被吸收,从而起到隔热、降温的作用。根据实验测试,当室外最大太阳辐射强度为300W/m2 时,隔热涂料外表面比普通涂料低5~8℃,内表面降低1~2℃。.
2 在外墙外保温系统的应用优势
2.1 反射隔热涂料的标准体系日益完善
反射隔热涂料的广泛应用离不开标准体系的引导和推动。近年来,我国反射隔热涂料的标准体系逐渐建立完善。目前已发布的涉及反射隔热涂料的标准主要有《建筑外表面用热反射隔热涂料》(JC/T 1040-2007)、《建筑用反射隔热涂料》(GB/T 25261-2010)、《建筑反射隔热涂料》(JG/T 235-2014)、《建筑反射隔热涂料应用技术规程》(JGJ/T 359-2015)、上海市地标《建筑反射隔热涂料应用技术规程》(DG/TJ 08-2200-2016)、修订后的《居住建筑节能设计标准》(DGJ 08-205-2015)和《公共建筑节能设计标准》(DGJ 08-107-2015)。
2.2 反射隔热涂料的节能效果形成量化指标
当墙体使用建筑反射隔热涂料时, 如何定义其在墙体构造热工计算中的贡献,一直是研究的重点。反射隔热涂料节能效果的量化指标首先在《居住建筑节能设计标准》(DGJ 08-205-2011)和《公共建筑节能设计标准》(DGJ 08-107-2012)有了突破。两本标准都规定:当采用太阳光热反射系数大于0.80 的涂料时,围护结构传热系数可进行修正,不同传热系数情况下的修正系数在0.85~0.92 之间。考虑到现行建筑节能设计标准对外墙的传热系数和热阻指标的要求,为便于节能计算,修订后的《居住建筑节能设计标准》(DGJ 08-205-2015)和《公共建筑节能设计标准》(DGJ08-107-2015)对反射隔热涂料的节能贡献率以等效热阻的形式进行了肯定。标准中根据反射隔热涂料的太阳反射率和半球发射率给出等效热阻值, 使反射隔热涂料可直接参与热工计算, 为反射隔热涂料在建筑节能领域的广泛应用提供了标准依据。
2.3 反射隔热涂料的应用安全性
近年来, 由于外墙外保温系统的空鼓等问题造成的脱落时有发生, 在外墙外保温系统带来的节能效果还未被完全接受的情况下, 外墙外保温系统的安全性反而逐渐步入人们的视线。外墙外保温系统的安全性问题,涉及多方面因素,包括节能构造设计、保温材料性能、施工条件和施工工艺等。在达到相同节能要求的前提下, 使用反射隔热涂料可以减少保温层的厚度,从保温材料性能来说可以降低保温层脱落的几率。
2.4 反射隔热涂料装饰效果多样化
随着市场的发展, 单纯白色的反射隔热涂料很难满足大多数客户对装饰多样化的要求。目前新型反射隔热涂料相继出现,如真石漆、多彩涂料等,不仅有良好的隔热性能,还可满足建筑外饰面在建筑风格、色彩环境等方面的个性化需求。
3 经济性比较
外墙外保温系统由基层、粘结层、保温层、抹面层、饰面层组成。当采用反射隔热涂料时,其隔热效果以等效热阻形式计入外墙平均传热系数的计算,可减少保温层厚度,会对保温层和饰面层的成本产生影响。因此,下面将对比分析在涂料饰面相同节能性能的情况下, 外墙采用普通涂料饰面和反射隔热涂料饰面两种方案的成本比较。通过对建设单位和保温材料生产单位的调研, 收集单位建筑面积情况下普通涂料、反射隔热涂料及常用保温材料的价格。经调研,普通涂料涂刷成本约3.0 元,反射隔热涂料涂刷成本约4.5 元, 即单位建筑面积反射隔热涂料增量成本为1.5 元。常用保温材料铺装成本如表1 所示。
现行标准中, 外墙反射隔热涂料等效热阻值的范围在(0.09~0.28)m2·k/W 之间, 分别计算等效热阻为0.09m2·k/W和0.28m2·k/W 时,反射隔热涂料可减少的保温材料厚度,并综合考虑各种保温材料铺装成本进行经济性比较,结果见表2~3。
从表2~3 中可以看出,在墙体热工性能相同的情况下:①采用反射隔热涂料后,常用保温材料中的泡沫玻璃板、发泡水泥板、无机保温砂浆的厚度降低明显;②相对于普通涂料外墙外保温系统, 反射隔热涂料外墙外保温系统单位建筑面积保温成本降低值均大于反射隔热涂料成本增加值; ③反射隔热涂料等效热阻值越大,反射隔热涂料实施方案的经济性越好。
4 结论
随着研究的深入,反射隔热涂料的技术不断完善。目前,反射隔热涂料的节能效果已在相关标准中得到进一步肯定,反射隔热涂料可直接参与热工计算。此外,反射隔热涂料施工简便、装饰功能多样化、与外墙外保温系统配套使用更具安全性和经济性,使反射隔热涂料在墙体中的应用前景广阔。但反射隔热涂料在实际应用中也存在一些瓶颈, 涂层受沾污后会导致热反射性能降低,还需要进一步加强产品研发,完善产品体系和相关标准。