建筑用复层反射隔热涂层的设计与应用研究

建筑用复层反射隔热涂层的设计与应用研究 邱童1,2,王国建1,倪钢2 [1.同济大学,上海200092;2.上海市建筑科学研究院(集团)有限公司,上海200032] 0 概述 建筑…

建筑用复层反射隔热涂层的设计与应用研究
邱童1,2,王国建1,倪钢2
[1.同济大学,上海200092;2.上海市建筑科学研究院(集团)有限公司,上海200032]

0 概述
建筑反射隔热涂料是近年来在建筑节能领域受到重视的新型功能性建筑涂料。在我国夏季气温过高的夏热冬暖、夏热冬冷气候区,隔热涂料具有普通外墙涂料装饰效果的同时还能够反射太阳辐射热,从而降低涂膜表面温度,实现节能减排,并减轻因夏季涂膜表面温度过高而带来的一系列问题。目前,国内外研究开发的反射隔热涂料主要通过添加空心玻璃微珠、陶瓷微珠及红外反射颜料等技术提高太阳光反射比(尤其是近红外反射比),以白色和浅色系为主,研究的重点主要在功能性原材料的选择和配方设计。随着夏热冬冷和夏热冬暖地区建筑节能的推进,浅彩色反射隔热涂料技术已经逐渐得到广泛应用。然而建筑外表面需要有更加丰富的装饰效果,多彩、仿石、质感类反射隔热涂料的开发是下一步研究的重点。
本文通过对多彩及质感复合涂层太阳光反射比及近红外反射比的系统测试分析,提出了提高反射比的复合涂层设计方法。

1 涂层反射比测试
本文分别对影响反射隔热涂料太阳光反射性能的主要因素(颜填料、涂层厚度、涂层基材、涂层表面耐沾污等)进行了实验分析,以期获得科学合理的涂层设计方法。
实验检测设备为紫外可见红外分光光度计,UV3600,日本岛津公司。
1.1 颜料对涂层太阳光反射比的影响
在常规外墙涂料基本配方的基础上,分别对采用红色、黄色、蓝色和灰色4 种基色高红外反射冷颜料(] 氧化铁红、钛铬黄、钴铬蓝、铜铬灰)和普通颜料调色后的涂层进行太阳光反射比测试。测试结果如图1~图4 所示。
红色隔热涂料和普通涂料太阳光反射比曲线,黄色隔热涂料和普通涂料太阳光反射比曲线
蓝色隔热涂料和普通涂料太阳光反射比曲线,灰色隔热涂料和普通涂料太阳光反射比曲线
由图1~图4 可见,在达到同样外观效果(可见光波段反射曲线基本一致)的基础上,由红外反射颜料调色的涂层在近红外波段较普通颜料调色的涂层有显著的提升。不同颜色的反射隔热涂料由于所采用的红外反射颜料材质和结构的不同,其近红外反射比也有较大差异(见图3)。蓝色颜料在1200~1600 nm 的近红外有强吸收。通过对红、黄、蓝、灰色反射隔热颜料的添加量控制和复配可控制涂层的明度和色相。本文在原色的基础上进行了大量不同明度不同色彩涂料的制备,并对其太阳光反射比进行测试,结果如图5 所示,不同色彩隔热涂料的太阳光反射比与明度值呈线性关系。
涂层太阳光反射比与明度值的关系
1.2 涂层厚度及基材对太阳光反射比的影响
在实验研究中发现,涂层的太阳光反射比随基材不同而有所变化。分别对弹性、弹性拉毛、非弹平涂、真石漆、质感等隔热涂料在灰底水泥板、白底水泥板和铝板3 种不同基材上的太阳光反射比和近红外反射比进行测试(见表1)。
不同基材涂层太阳光反射比及近红外反射比
表1 结果显示,基材反射比的高低对各类型涂层反射比均有一定程度的影响,其中对真石漆影响最大。
反射隔热涂料涂层厚度通常在50~300 μm,涂层其实是无机颗粒均匀分散在粘结材料中的复合材料,不是完全致密的结构,涂层的太阳光反射比及近红外反射比会随着涂层厚度及基材的不同而有所变化。弹性平涂(水泥基材)在不同涂层厚度下太阳光反射比和近红外反射比的变化如图6 所示。
涂层太阳光和近红外反射比与涂层厚度的关系
由图6 可以看出,涂层厚度在20~100 μm 之间太阳光反射比随涂层厚度变化显著,在涂层厚度大于120 μm 后,太阳光反射比和近红外反射比随涂层厚度变化不大,近红外反射比的变化幅度大于太阳光反射比。
1.3 耐沾污性对涂层太阳光反射比的影响
涂层的耐沾污性是影响涂层隔热效果持久性的重要指标,尤其对于浅色高明度涂层虽然初始状态具有高反射比,长期使用污染后反射比下降,节能效果的降低。图7 显示了不同明度值的质感和真石漆隔热涂层在按照GB/T 9780—2013《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》中A 法的规定进行5 次污染处理前后的太阳光反射比变化。
无罩面涂层及有罩面涂层污染前后太阳光反射比对比
由图7 可以看出,高明度隔热涂层污染后太阳光反射比下降最高超过20%。图7 同时显示了采用了耐沾污(或自清洁)技术的涂层污染后太阳光反射比下降幅度有显著改善。

2 反射隔热涂料复层设计
由上述实验分析可以看出,要实现装饰性好的反射隔热涂层,不是一个简单的配方设计就能解决的,还要进行系统的复层设计才能达到最佳的隔热效果。
2.1 色彩隔热设计
根据装饰效果的要求进行调色,对主要基本色隔热颜料复配调制相应的色彩,并通过添加量控制涂层的明度值。关键技术在于基本色隔热颜料的选择与复配。
2.2 构造隔热设计
首先确定涂料的基层处理,若基层反射比较低且隔热涂层厚度低于60 μm,应采用高反射比的底涂层,真石漆均应采用增厚的高反射底涂层。设计明度值大于60 时,应采用耐沾污(自清洁)技术确保涂层的耐沾污性。

3 结论
随着夏热冬冷和夏热冬暖地区建筑节能的推进,浅彩色反射隔热涂料技术已经逐渐得到广泛应用,然而建筑外表面需要有更加丰富的装饰效果。通过对多彩及质感复合涂层太阳光反射比及近红外反射比影响因素的系统测试分析,提出了色彩隔热设计和构造隔热设计相结合的复层设计方法实现高反射比隔热涂料的设计开发。

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