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0 前言
随着我国建筑节能的不断推进，对建筑节能工作提出了更高的要求。国家财政部、住房城乡建设部于2011 年5 月4日下发了《关于进一步推进公共建筑节能工作的通知》（财建[2011]207 号），要求争取在“十二五”期间，实现公共建筑单位面积能耗降低10％，其中大型公共建筑能耗降低15%。目前，外墙保温技术向高效、薄层、隔热、防水、外护一体化方向发展，关于反射隔热涂料的研究也在不断深入。在夏热冬冷和夏热冬暖地区，夏季外墙面的温度可高达80 ℃，这对涂料的耐老化、耐沾污和抗裂防水等性能都产生非常不利的影响。而且如此高的墙面温度，增大了热量通过墙体保温隔热层向室内的传导，使外墙外保温系统的节能效果降低。建筑反射隔热涂料能反射夏季的太阳热辐射，而涂膜本身又具有很低的导热性能[其涂膜的导热系数约0.06W/（m·K）]。因此，外墙表面涂装这类涂料后，涂膜表面温度不会大幅度升高，从而减少通过墙体向建筑物内的传热。在夏热冬暖和夏热冬冷地区，建筑外墙涂饰建筑反射隔热涂料后，夏季涂膜表面温度比未涂装该类涂料或涂装普通涂料时最大可降低近20℃。因此，建筑反射隔热涂料对于夏热冬冷和夏热冬暖地区的建筑节能及建筑保护具有重要意义。
1 建筑反射隔热涂料的隔热原理
在能接受到的太阳辐射中，红外热辐射和可见光约各占45%，而红外热辐射主要集中在0.78～2.5 μm 波段，大于2.5 μm波长的辐射能所占比例小于5％。入射在涂层上的太阳辐射被吸收、透射或反射，其吸收率σ、透射率ρ 和反射率τ 之间的关系见式（1）：
σ＋ρ＋τ=1 （1）
由于涂膜是不透明的，其透射率ρ 近似为0。因此，只有提高涂层的反射率τ，才可以使涂层表面吸收较少的能量，涂层温度上升的幅度降低[1]。反射型建筑绝热涂料就是通过适当选择透明性好的树脂和反射率高的填料，制得高反射率的涂膜，以达到反射光和热的目的。反射型建筑隔热涂料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，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。由于反射型建筑保温隔热涂料具有高反射性和低导热系数，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[2]。
大气对红外辐射在215～5 μm 和8～1315 μm 有2 个窗口，即大气对这2 个区域的红外辐射吸收能力较弱，透过率一般在80%以上。因此，要实现物体的持续降温，就要把吸收的热量尽可能通过这2 个窗口辐射到外层空间去。传热方式有辐射、对流和传导3 种。太阳辐射热在涂层中的传递主要通过传导进行，基本上没有辐射和对流，这是因为：（1）干燥后的涂层是不透明的，避免了热量通过辐射方式向内部传递；（2）对流传热需要有液体或气体介质，干燥后的涂层内部可以认为不存在液体介质，气体介质主要是残存于涂层气泡内的空气，通过合理的配方和正确的施工工艺，可以使气泡完全消除或基本消除，不会形成对流通路。因此，气体对流传热也可以认为不会发生。
根据上述分析，理想的太阳热反射隔热涂料形成的涂层应具有以下特点：（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）能够将所吸收的辐射能全部转化为215～5 μm 和8～1315 μm 波长范围内的红外光辐射到外层空间去；（4）成膜物质具有尽可能低的传热系数；（5）具有较好的耐候性及其它综合性能。
2 反射型建筑保温隔热涂料的组成及制备技术
2.1 树脂
建筑反射保温隔热涂料的基料应根据反射率、吸收率和对涂膜耐候性的要求选用。太阳热反射隔热涂料处于强太阳光的直接照射下，采用的树脂必须具有良好的耐紫外线老化性能。大部分树脂，如丙烯酸树脂、有机硅改性聚酯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅树脂、含氟树脂、聚酯树脂、有机硅改性醇酸树脂、氨基树脂等都可以用作太阳热反射隔热涂料的基料树脂。用于反射型建筑隔热涂料的树脂对可见光和近红外光的吸收越小越好，通常要求树脂的透明度高（透光率应在80%以上），对辐射能吸收率低（树脂分子结构中尽量少含C—O—C、C＝O、—OH 等吸能基团）[3] 。王晓莉等[4]采用透明性好、折射系数较低的纯丙乳液和硅丙乳液混拼，使涂膜具有均衡的拉伸强度和断裂延伸率，改善了涂膜的耐沾污性并降低成本，且隔热性能符合JG/T 235—2008《建筑反射隔热涂料》标准要求。
2.2 颜填料
涂层热辐射率取决于颜填料折光指数（np）与树脂折光指数（nr ）的比值（np/nr ） 、涂层厚度、颜填料粒径、颜填料纯度和颜料体积浓度（PVC）等。当颜填料和基料的折光指数相等时，涂料是透明的；当颜填料的折光指数大于基料的折光指数时，涂料就有遮盖力，涂料遮盖力大小取决于颜填料和基料折光指数之差。物体对光的反射包括全反射和散射，涂层中颜填料对光的反射主要以散射为主。颜填料折光指数与树脂折光指数相差越大，散射能力越强。颜填料遮盖力越强，散射能力越强。通常树脂的折光指数为1.45～1.50。
颜填料粒径对反射太阳热辐射有影响。当颜填料粒径与入射光波长比（d/λ）为0.1～10 时，表现为菲涅耳型反射，对温控有利；当d/λ 小于0.1 时，表现为瑞利散射，对温控无效[5]。因此，颜填料粒径大对反射太阳热辐射有利，应不小于0.02μm，否则对温控没有贡献。但是颜填料粒径大，涂膜表面粗糙、孔隙多，易沾污，导致表面反射能力下降，因此，应选择一个合适的粒径搭配，使涂膜既具有良好的反射能力，又具有较好的耐沾污性能。
反射隔热涂料常用的普通颜填料有：钛白粉、滑石粉、云母粉等；功能性填料有：空心玻璃微珠、漂珠、红外陶瓷粉、珠光云母粉、SiO2、Al2O3 等。按照光学原理，当光照射到材料上时，将发生选择性反射、吸收、散射等物理过程。物体吸收光能后，可以自身特有的波长再发射出去。禁带宽度Eg 为0.5～1.8eV 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，要避免可见光及近红外光的吸收，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。几种常用颜填料的折光指数及禁带宽度Eg 值见表1[6]。
2.3 建筑反射保温隔热涂料的制备
通过选择合适的树脂、颜填料及设计合理的配方，可以将大部分（85%以上）太阳辐射能反射出去，但仍有一部分太阳辐射能会被涂层吸收，被吸收的这部分热量可以通过传导向内传递。这部分热量不断积累，若不通过其它方式排掉，也会引起涂层及涂层下物体温度不断上升。可以通过复合添加辐射型功能填料来克服，如功能填料红外陶瓷粉具有很高的辐射率，可以将吸收的热能转化为光能辐射掉。在建筑反射保温隔热涂料的制备过程中，应注意避免空心玻璃微珠等功能填料空心结构的破坏，以免使其失去隔热反射能力，一般可按以下工艺制备反射保温隔热涂料：按配方称取原材料，在低速搅拌下依次加入水、润湿分散剂、适量消泡剂和成膜助剂等充分混合均匀，然后添加普通颜填料，高速搅拌约30 min，使粉体粒子在高剪切速率作用下分散成原级粒子，并达到分散稳定状态。接着将调制好的颜填料色浆缓慢加入到乳液中，再低速搅拌30～40 min。为了避免过高的转速破坏微珠的空心结构，空心玻璃微珠等功能填料应最后在低速状态下加入到分散液中，搅拌过程中滴加剩余消泡剂，并调至合适的黏度，经过滤后出料。
3 产品标准及性能测试方法
2007 年5 月29 日发布、2007 年11 月1 日起实施的JC/T1040—2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》，除规定了与普通外墙建筑涂料有关的综合性能指标外，主要规定了太阳反射比（白色）和半球发射率这2 个代表热反射隔热涂料特性的指标和测试方法。这2 项指标均引用GJB 2502《卫星热控涂层试验方法》。
2008 年9 月22 日发布、2009 年2 月1 日起实施的JG/T235—2008《建筑反射隔热涂料》，主要规定了太阳光反射比（白色）、半球发射率、隔热温差和隔热温差衰减（白色）等4 项特性指标.并规定：有防水要求时，屋面反射隔热涂料还应符合GB 50345《屋面工程技术规范》规定的技术要求，且人工老化性应符合GB/T 9755《合成树脂乳液外墙涂料》规定的优等品要求。比JC/T 1040—2007 增加了2 项与反射隔热性能有关的指标，但太阳反射比和半球发射率2 项指标均低于JC/T1040—2007 的要求。
2010 年9 月26 日发布、2011 年8 月1 日起实施的GB/T25261—2010《建筑用反射隔热涂料》，主要规定了太阳光反射比（白色）和半球发射率2 项特性指标。并规定：产品的性能除应满足太阳光反射比和半球发射率2 项性能指标外，产品的耐老化性和耐沾污性应满足国家或行业标准的最高等级要求，其它性能还应满足相应国家或行业标准的要求。
GB/T 25261—2010 规定的太阳光反射比（白色）和半球发射率2 项指标与JG/T 235—2008 相同， 但低于JC/T1040—2007 规定的要求。GB/T 25261—2010 和JC/T 1040—2007 均在附录中规定了反射隔热涂料的等效热阻计算方法。
随着这些标准的颁布实施，进一步促进了建筑反射隔热涂料在夏热冬冷和夏热冬暖地区的推广应用。
4 建筑反射隔热涂料的研究应用现状及发展
4.1 高性能树脂
太阳热反射涂层处于太阳辐射直接作用下，太阳照射到地面的光能中约有5%的紫外线，近年来，由于臭氧层破坏的加剧，太阳辐射到地面的光能中紫外线含量有上升的趋势。紫外线波长为290～400 nm，能量为314～419 kJ/mol，大部分聚合物自动氧化反应的活化能为42～167 kJ/mol，离解能为167～418 kJ/mol，除F—C 键具有485 kJ/mol 的高键能，能抵御紫外线破坏外，大部分聚合物的化学键都会被紫外线破坏。因此，高性能树脂一般为含氟聚合物。
4.2 新型颜填料
颜填料是太阳热反射涂料中的光学活性物质，对涂层隔热性能起决定性作用。通过对不同元素的各种化合物光学性能研究、微观结构（晶体结构、聚集状态）对光学性能的影响以及通过特殊工艺（沉积、包覆等）制备复合颜填料，可不断开发出性能、用途各异的新型颜填料。
4.3 彩色和深色涂料
目前，国内对太阳热反射隔热涂料的研究仍主要集中在以金红石型钛白粉为主要原料的白色隔热涂料领域。目前已发布的JC/T 1040—2007、JG/T 235—2008 和GB/T 25261—2010 中规定的太阳能总反射比测试方法及指标中，都只规定了对白色涂料或浅色涂料的测试方法及指标。但实际工程应用中，大量使用白色涂料将带来光污染问题，因此，建筑设计师大多采用各种彩色涂料，甚至是深色涂料。同济大学和上海市建筑科学研究院的时志洋等进行了色浆对热反射隔热涂料热反射性能影响的研究，添加不同浓度的铁红、铁黄、酞青蓝和酞青绿，分别配制成深浅2 种色调的彩色涂料，包括浅红、浅黄、浅蓝、浅绿、深红、深黄、深蓝、深绿共8种。结果表明，随着添加色浆浓度的加深，对反射型建筑保温隔热涂料280～780 nm 可见光范围的反射率影响最大，在780～900 nm 近红外范围内，色浆浓度对反射率影响也很大，在900～1200 nm 近红外范围内，色浆浓度对反射率影响开始减小，而1200～2500 nm 范围内，色浆浓度对反射率影响较小。在试验的4 种色浆中，铁黄添加到隔热涂料中对反射比的影响最小[7]。他们通过向白色涂料中添加不同黑色颜料的色浆配制灰色系列涂料，然后测试250～2500 nm 范围内光谱反射性能。比较研究了添加不同浓度的炭黑、铜铬黑、氧化铁黑、铬铁黑色浆后，各黑色颜料对380～780 nm 可见光反射比及太阳能总反射比的影响规律。结果表明，铬铁黑在与金红石钛白粉的综合作用下，其近红外反射能力较强，比较适用于配制高太阳能反射比的深色涂料[8]。
4.4 建筑反射隔热涂料的应用
热反射隔热涂料对于降低夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的建筑能耗具有重要意义，同时，应用热反射隔热涂料还可以显著降低建筑装饰层表面的升温速度，对外墙外保温系统具有重要的保护作用，可大幅度减小外墙外保温系统开裂的可能性。可以针对不同地区的气候特点及建筑节能要求将建筑反射隔热涂料与其它保温隔热材料进行复合应用，制成既保温又隔热的外墙外保温系统，或制成以隔热为主的外墙外保温系统，以满足夏热冬冷和夏热冬暖地区的建筑节能保温要求。尤其是部分城市和地区率先提高了建筑节能标准要求，这也给建筑外墙保温隔热涂料的复合应用提供了良好的发展空间[9]。
（1）作为阻隔型外墙保温隔热涂料的饰面层
胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统适合于根据建筑节能要求计算的胶粉EPS 颗粒保温浆料厚度不超过100 mm 的情形下使用，单独采用该系统难以达到建筑节能65%的要求。若在其表面与反射型外墙保温隔热涂料复合应用，则可提高墙体的节能保温性能，获得既保温又隔热的效果。
（2）作为膨胀聚苯乙烯板薄抹灰外墙外保温系统的饰面层将弹性反射型外墙保温隔热涂料与膨胀聚苯乙烯板薄抹灰外墙外保温复合应用，一方面可形成既保温又隔热的外墙外保温系统，同时，还可克服聚苯板体系易开裂、耐老化性欠佳等缺点，并可延长外墙外保温系统的使用寿命。
（3）用于自保温墙体的饰面层
采用单一自保温墙体时，不易达到较高标准的建筑节能要求，若采用反射型外墙保温隔热涂料作为饰面层，则可进一步提高墙体的节能保温隔热效果和居室的热舒适性。
目前，热反射隔热涂料的这种热反射功能已经被部分地区列入地方外墙外保温系统技术规程和标准中。例如，广东省住房和城乡建设厅发布了广东省地方标准DBJ 15-75—2010《广东省建筑反射隔热涂料应用技术规程》，该标准自2011 年2 月1 日起实施。上海市在2008 年12 月通过审查的《居住建筑节能设计标准》中规定，当外墙面使用了反射隔热涂料时，视涂料的太阳反射比α 的不同（0.80≤α＜0.90），墙体传热系数K 的修正系数可以取0.91～0.95。重庆市建委制定了工程建设标准DBJ/T 50-076—2008《建筑反射隔热涂料外墙保温系统技术规程》规定，当外墙外保温系统使用建筑反射隔热涂装体系时，外墙的平均传热系数可按式（2）进行修正：
K'=β·K （2）
式中：K、K'———修正前、后外墙的平均传热系数，W（/ m2·K）；β———修正系数，根据设计计算的传热系数K' 按表2 取值。
郭卫琳等[10]通过监测位于杭州的2 栋测试房（有、无隔热涂料外墙）夏季的墙体温度变化，针对东、南、西三面墙体的温度数据进行了对比分析，研究探讨了热反射隔热涂料应用在建筑墙体的实际节能效果。结果表明，有隔热涂料的外墙面与无隔热涂料的外墙面相比最大降温幅度可达9～10 ℃，能有效减少东、南、西三面墙体导热量，降温效果极为显著。尤其是东面墙体，无隔热涂料的累积导热量是有隔热涂料的3.63倍。经简单推算，有隔热涂料的墙体在测试期间内所产生的空调节电量为12.67 kW·h/（m2·月）。从而证明了隔热涂料对建筑墙体的节能效果十分明显。
5 结语
目前，外墙外保温技术向高效、薄层、隔热、防水、外护一体化方向发展。随着我国对建筑节能要求的不断提高，对建筑反射隔热涂料研究的不断深入，产品国家、行业标准的相继实施及部分省、市已将热反射隔热涂料列入地方外墙外保温系统技术规程和标准中，这些均给建筑反射隔热涂料在夏热冬冷和夏热冬暖地区应用提供了良好的发展空间。
