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统一认识,正确建筑反射隔热涂料的研发与

作者:星日金属包装机械 发布时间:2015-10-20
内容摘要: 建筑涂料 反射隔热涂料 新型涂料

    前言:有关“建筑热反射隔热涂料”的三个   产品标准于2007~2010年分别出台后,我国南方不少省、区都相继制定了适用于本地区的《建筑反射隔热涂料应用技术规程》(有用其他名称的),住建部也制定了行业标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》,积极助推“建筑反射隔热涂料”在节能建筑外围护结构(主要是外墙)中的应用。

       至今,仅管有产品标准、技术规程及多次   性的技术交流会竭力助推,其应用效果并不尽人意。原因主要是在研发和应用建筑反射隔热涂料的过程中,思路不清晰、不统一,研究重点不突出,不仅是名目多及热反射作用概念、使用范围与利弊关系不明确,而且是很不重视对应用中需要解决的问题及可适用、可操作性强的检测方法进行试验研究。
       为此,有必要拟清思路,统一认识,加强必要的试验研究工作,正确地促进建筑反射隔热涂料的研发与应用。
1  根据用途及热反射隔热特点,统一名称
       目前,有关“建筑反射隔热涂料”的名称可罗列为:
1)在产品标准中的名称有:
(1)建筑外表面用热反射隔热涂料(JC/T1040-2007);
(2)建筑反射隔热涂料(JG/T235-2008);
(3)建筑用反射隔热涂料(GB/T2561-2010)。
2)在技术规程中的名称有:
(1)  建筑反射隔热涂料(住建部行业标准,江苏、重庆、广东、广西、安徽、江西、四川等地方技术规程);     
(2)  建筑反射/保温隔热涂料(湖南省地方应用技术规程)。
3)学术论文中的名称有:
(1)热反射涂料或反射隔热涂料;
(2)节能涂料或建筑节能涂料。
以上名称基本上表明了三个特点,即:
1)是一种热反射涂料,不是一般的涂料;
2)是用在建筑外围护结构(或其他构筑物)的外面作涂饰面层,而不是用在航空、国防或其他特殊工程的结构外面作涂饰面层;
3)其作用是反日辐射热,提高外围护结构抵御室外热作用的隔热性能,达到一定程度改善室内热环境和建筑节能的目的。
       基于以上三个特点,名称统一用“建筑反射隔热涂料”为贴切。
建筑涂料产业在发展,一定会有适应不同用途的高性能建筑涂料研发出台,为有利于推广应用,应该根据涂料的使用及性能特点,提出贴切的涂料名称。
2  反射隔热作用及在外围护结构中使用的利弊
2.1 反射隔热作用
        建筑外围护结构(或构筑物)外表面在日照下的热反应,如图1所示。

图1表面日照下的热平衡
在不考虑外表面与周围环境之间的辐射热交换及质交换条件下,外表上的热平衡关系可用(1)或表示:
                
                                    (1)
式中
qes —进入外表面的热流,W/㎡;
Is —投射到外表面上的日辐射照度,W/㎡;
ρs —外表面的日辐射吸收系数;
     τe—日照下的外表面温度,℃(或k);
     t  —室外空气温度,℃(或k);
     αe —外表面上的热交换系数数,W/(㎡.k)。在不考虑质交换条件下,αe 由对流热交换系数αc和辐射热交换系数αr两部分组成。
由于日辐射与气温是周期性变化的,在周期性热作用下,(1)式应书为(2)式,即
                                                           ( 2 )

式中的Is.m、τe.m和te.m分别为日辐射照度、外表面温度和室外空气温度的日平均值,AIs、Aτe 和Ate分别为日辐射照度、外表面温度和空气温度的日振幅值。 
(1)、(2)式表明:
1)当Is和te按照一定 的规律变化,且外围护构的构造层次及组成材料不变时,外表面温度τe 是随ρS值的增大而升高,或随ρS值的减少而降低,且τe 的升高及降低幅度都较大。这就是建筑反射隔热涂料用在建筑外围护结构外饰面上,由于其太阳光反射比及热辐射率高而具有有效热反射隔热作用的机理。
2)当ρS不变和Is及te 按照一定规律变化时,外表面温度τe 就会随外围护结构的构造层次及组成材料构成的热工性能快速或緩慢地升高。对于轻质材料构成的外围护结构,由于其热阻抗性能优,外表面在日照下的温度升得快、且高,此时的热阻抗隔热性能就好。因为外表面升温快、且高,由外表面向空中散发的热量就多,进 入外围护结构并通过其内表面向室内散发的热量就少,这属“热阻抗隔热”(亦称“阻热升温隔热”);对于重质材料构成的外围护结构,由于材料的蓄热系数及导温系数大,热稳定性及热扩散性能优,外表面在日辐射作用下的升温就很慢,也不会升得太高。因为作用在外表面上的热量会很快被重质结构扩散和积蓄,只有当其内、外表面温度高于室内、外气温时,积蓄的热量才会散发到室内、外空气中去。这属“热稳定性隔热”(亦称“蓄热降温隔热”)。
3)对于施涂了建筑反射隔热涂料外饰面层的外围护结构,当外围护结构的构造层次及组成材料不变时,外表面在日照下的温度不仅要受建筑反射隔热涂料面层的太阳辐射吸收系数的影响,而且也会受到涂层中的底涂及腻子找平层热物性的影响。由于底涂及腻子层材料的厚度很薄,热物性不确定,一般在《建筑反射隔热涂料应用技术规程》中,都将其作为有列因素考虑,而不会在外围护结构的隔热设计算和建筑节能设计计算中,将其作为一个构造层列入计算。
1.2建筑反射隔热涂料在建筑外围护结构中应用的利弊
       建筑反射隔热涂料应用在建筑外围护结构的外饰面层中,因其具有较高的太阳光反射比(有称太阳热反射比)和半球发射率,可以达到明显的隔热效果而有下列有利作用:
1)降低外表面温度,减少通过外围护结构进入室内的热量,可在一定程度上达到改善夏季室内热环境和降低空调制冷能耗的目的 。
2)作为外墙外保温工程的外饰面涂料,由于明显降低了日辐射照射下的饰面层表面温度,可克服外保温系统中的保护层因温度应力引起的开裂和损坏,提高外保温工程的耐候及耐久性能。
3)作为外遮阳构件的外饰面涂料,可有效的降低遮阳构件的遮阳系数,提高遮阳效果。
4)将隔热效果折算成的等效热阻代入建筑节能保温设计计算中,可减少一定厚度的保温层材料,节省成本。特别是用于浆料保温系统的外饰面层时,不仅节省成本,还可以节省一道抹浆工序。
但应用中也有如下不利之处:
1)不利于   大力提倡的可再生能源—太阳能资源的有效应用。
2)不利于冬季采暖期间提高外围护结构传热阻的要求,即反射日辐射会使外围护结构的传热系数修正系数ε>1,而不是ε<1。
3)反射隔热会对环境因反射光而造成光污染;反射回空气中的热量也会提高建筑物周围的环境空气温度,对夏天的建筑小区微气候产生不利影响,成为热岛强度温度不能降低的一个因素。所以,在现行的民用建筑绿色设计规范和绿色建筑评价标准中,都竭力推行在屋面和外墙中采用绿化遮阳、蒸发隔热技术。
       我们一直认为。要客观的、全面的认识和评价热反射隔热涂料在日照下的反射隔热作用,即要充分的很定其有利的作,也要事实求的认知其局限性和不利的作用,尽力研究存在的问题,杨长避短。
3  不宜将反射隔热与反射保温混列并提
        在《实事求实地推进建筑反射隔热涂料的研发和应用》一文中,对用在建筑外围护结构中的“保温”与“隔热”概念作了解释,即将冬季减少室内热量通过外围护结构向室外传递冠之为“保温”,将夏季减少室外热量通过外围护结构向室内传递冠之为“隔热”,这是我国建筑热工学界的共识。
        目前,在推广应用建筑反射隔热涂料中,仍存在将“反射隔热”与“反射保温”混列并提的。
3.1在应用技术规程中的混列并提实例
       个别省的地方标准将建筑反射隔热涂料饰面构造层中的底涂和腻子层能起到一定的保温作用而与建筑反射隔热涂料面层一起冠之为“建筑反射保温隔热涂料”(reflective thermal insulation coating on building),并在术语中将其定义为:以合成树脂不基料,与具有反射、保温隔热作用的功能性颜填料及助剂等配制而成。施涂于建筑外表面,既具有较高太阳光反射比和半球发射率、达到明显的反射隔热效果,又具有一定的热阻、起到保温隔热作用,同时对建筑特起到装饰和保护作用层的复层建筑涂料。这个称谓是不对的,一是反射热的作用不是保温隔热并提;二是不能将面层涂料+中层涂料+底层涂料(腻子)组成的涂装构造层称之为“涂料”。从英文名称看,不仅反应不出与建筑反射隔热涂料有何出别,而且用词不当。
       其次,在该规程的“表4.0.1建筑反射保温隔热涂料层的技术要求”与“表4.0.2建筑反射隔热涂料的技术要求”中,除了表4.0.1中有涂料层热阻(㎡.k / W)≥0.15(涂料层厚度≥1.0mm)外,其余21项技术指标完全相同,且构造层也基本相同。如果涂层厚度为1.0mm时的热阻R≥0.15㎡.k / W,涂层材料的导热系数λ应为≤0.007w/(m.k)。试问,这可能吗?
我们不反对将底涂及腻子层的热物性及其热作用效果反应在采用建筑反射隔热涂料作面层的外饰面构造层中,但要 实事求是。是材料表面的太阳光反射比及半球发射率均高形成的反射隔热,就明确是涂料的反射隔热作用;是材料的导热系数小或导温系数大,在足够厚度时形成的热阻抗或热扩散隔热,就明确是底涂及腻子的热阻抗或热扩散隔热作用,不宜将其混列并提为“反射保温隔热”。
如果按该规程表4.0.3的规定,使导热系数λ≤0.085w/(m.k)(乘上修正系数后应是0.10w/(m.k))的保温专用腻子层热阻R≥0.15m2.k/w,其厚度d≥0.015m,这实际上是把腻子作为保温浆料来使用,但其导热系数还不如一般无机保温浆料(λ≤0.07w/(m.k))。于此,还不如像重庆市地方标准那样,将规程定名为《建筑反射隔热涂料外墙保温系统技术规程》(DJB/T50-076-2008),明确保温浆料是保温系统中的一个构造层次。
3.2  在产品的推广应用“资质报告”中混列并提实例
       北京某公司生产的“新型水性纳米太阳热反射材料”、“新型水性纳米保温隔热涂料”和“新型水性纳米反射隔热保温材料”,由   建筑材料测试中心以GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》和JG/T235-2014《建筑反射隔热涂料》等标准为依据,检验了三种材料的全项性能指标及全项隔热性能指标和颜色。住房和城乡建设部科技发展中心以“新型水性纳米反射隔热涂料”对其进行科技成果评估,指出该产品由底涂、中涂、面涂三层不同功能的材料复合组成,比单一的太阳热反射隔热涂料具有   好的隔热效果;太阳光反射比、半球发射率   优于《建筑反射隔热涂料》JG/T235-2008标准要求,这说明该产品属“建筑反射隔热涂料”,无可非议。
       北京市建筑材料质量监督检验站及   建筑材料工业建筑围护材料及管道产品质量监督检验测试中心,分别以GB/T13475-2008《绝热 稳态传热性质的测定 标定和防护热箱法》对“新型水性纳米保温隔热材料”涂抹在300mm砌块墙体(涂抹厚度为2mm及3.5mm),和涂抹在240mm烧结普通砖墙(涂抹厚度为3mm)的传热系数进行了检测,传热系数分别为k=0.44w/(㎡.k)、k=0.46w/(㎡.k)及k=0.49w/(㎡ k)。西安近代化学分析测试中心采用KT-6俄罗斯西北利亚计量院导热系数测定仪测定“新型水性纳米保温隔热材料”的导热系数值为0.027~0.035w/(m.k)。
       根据以上测定结果,取240mm烧结普通砖墙体按其构造图进行计算得:无纳米涂料涂抹层的墙体热阻R1=0.32m2.k/w,传热阻R0.1=0.32+0.15=0.47m2.k/w;有3mm厚涂抹层的墙体热阻R2=0.32+0.10=0.42m2.k/,传热阻R0.2=0.42+0.15=0.57m2.k/w,墙体传热系数K=1/0.57=1.75w/(m2.k),而不是0.49w/(m2.k)。如果按K=0.49w/(m2.k)计算,该水性纳米涂料的导热系数λ应为0.0019w/(m.k)或0.002w/(m.k)。
      该公司在成都的交流会上介绍说,北京一个中央政府的屋顶节能改造,只是涂抹上了几毫米厚的“新型水性纳米保温隔热材料”就能满足北京地区公共建筑的节能改造要求。我们对此质疑,并表明,如果真有此特异功能,一定尽力助推。之后,该公司将材料拿到四川省建科院涂抹在原来作传热系数检验的200mm厚蒸压加气混凝土砌块墙体的一侧,涂抹厚度大于4mm。原检测的传热系数K=0.81w/(m2.k),涂抹7天后检测的传热系数K仍在0.81W/(m2. K)左右,小者为0.80w/(m2.k),无明显的降低。涂抹在EPS和XPS板上用导热系数测定仪检测热阻附加值,也反应不出有所增加。厂家认为是涂料涂抹在墙上后没有进行烤干开成的这样检测结果。北京和成都的环境相对湿度相差较大,采用同样的检测标准规定的检测方法检测结果,不可能会因环境相对湿度相差较大而有这样明显的差异。
        总之,建筑反射隔热涂料用作外围护结构的外饰面涂料,不论是否包含了底涂和中涂,是反射隔热作用就明确表明是反射隔热作用;不是保温作用或不能起保温作用,就不要将保温作用夸大并与其隔热作用混谈并提。
        我们一直支持研发生产和应用保温涂料,比如可用于墙体和屋顶内表面的低辐射(Low-E)涂料或其他高性能绝热涂料,但必须从机 理和热作用效果上把它表述清楚,不能误导。而且,还应有在建筑工程中应用后的绝热节能效果检测数据予以证实。
4应有适用、可操作性墙的检测方法助推建筑反射辐隔热涂料的应用
       于2015年6月1日起实施的《建筑反射辐隔热涂料节能检测标准》JGJ/T287-2014,规定了建筑反射隔热涂料的太阳反射比及半球发的实验室检测方法及现场检测方法。关于采用该标准测定“太阳热反射比”和“半球登射率”,是否考虑到涂层吸收的能量并不一定会成为热能、吸收的热能又是否会以辐射的形式返回建筑物外部空间、涂料层的导热系数小是否原会引起涂料热阻效应及大气空间的热量是否对涂料表面有辐射作用等问题,三亚建筑工程质量检测中心的王秀云二人的文间“从检测角度看反射隔热涂料标准存在的问题” 表述得很清楚,也提出了对检测方法的建议。
        应当指出,《民用建筑热工设计规范》GB50176-93中,没有将材料表面的太阳辐射吸收系数ρs=1-太阳光反射比的规定和论述,该规范的“附表2.6太阳辐射吸收系数ρs值 ”,基本上是采用上世纪60年代出版的《炎热地区建筑隆温》一书中提出的用天空辐射表实测的结果和参照当时收集到的国外资料中的有关数据列出的。至今,有的高院校及科研单位在研究绿色植被屋盖及外护结构在日辐射作用下的隔热性能时,仍是以该方法测定绿色植被的表面及外围护结构外表面材料的太阳辐射吸收系数ρs值。
       目前,不论是在国外还是在国内,日辐射作用下材料表面的热反射性能,都是以材料表面的太阳光(或热)反射比及半球发射率(或热辐射率)的综合作用来表征,仅管材料有一定的热阻抗和热扩散能力,其作用也会反映在受日辐射照射后的表面温度及向外发射的热通量上。
       材料表面的太阳辐射吸收系数是外围护结构隔热设计计算中的必要参数,也是建筑节能设计能耗计算中的重要参数。《建筑反射隔热涂料节能检测标准》JGJ/T287-2014并没有将其检测结果与ρs值进行联系和换算,只是表明了建筑热反射涂料的两个反射隔热性能指标,缺乏实用价值。而且检测设备都是由易损坏的组件构成,不仅价贵,且耐久性差;还有就是检测方法的可操作性不强,受被测表面状况及环境因素的影响很大,难以真实地反应被测表面材料在日照下的太阳辐射反射(或吸收)性能。
       所以,从有利于推广应用建筑反射隔热涂料出发,可以借鉴现行行业标准《透光围护结构的太阳得热量检测方法》和目前还在应用的天空辐射表检测ρs值的方法,并在其基础上通过试验研究提出适用和可操作性强的建筑反射隔热涂料太阳辐射吸收系数的实验室和现场检测方法。
5推进建筑反射隔热涂料研发应用的建议
      我曾建议由建住部科技发展促进中心牵头,组织有研发能力的建筑反射隔热涂料生产厂家和有关的科研院校组成课题组,列课题对“建筑反射隔热涂料的热性能及其应用技术”试验研究。
研究内容主要有三方面:
1、建筑反射隔热涂料的热性能综合研
(1)建筑反射隔热涂料与一般外墙涂料的热性能对比试验研究。
(2)不同色泽建筑反射隔热涂料的热性能及其耐久性试验研究。
(3)用作围护结构内装饰面层用的高性能建筑保温涂料的热性能试验研究。
(4)热射涂料饰面工程的节能效益实测研究。
2、应用技术综合研究
(1)热反射涂料外饰面工程的耐久性技术研究。
(2)表面太阳辐射吸收系数检测方法研究。
3、编制   (或行业)标准
标准名称:材料表面太阳辐射吸收系数检测方法
标准名称:(1)范围;(2)规范性引用文件;(3)术语和定义;(4)检测仪器;(5)检测环境;(6)检测方法;(7)检测报告。
(以上建议至今尚未启动)。
在此,敬请“中国建筑涂料协会”考虑为盼。
       结语
    1、非常感谢中国建筑涂料协会邀请我们参加第三层建筑涂料技术峰会,并给我们安排发言的机会。
    2、我们也知道,在我国航天、军工及其他特殊的行业领域内,已早有为热控技术研发应用成功的高性能绝热材料(或涂料)。建筑及建筑环境有其特点,用在其围护结构上的隔热材料或保温材料,都应适应推进“以人为本”的绿色建筑要求的建筑及建筑环境特点。
    3、我们认为,在推进建筑反射隔热涂料的研发与应用中,统一认识非常必要,必须目标明确,步调一致。我们相信,在中国建筑涂料协会诸位同志们的努力和协作下,建筑涂料的研发和应用一定会迈上   高、   新的台阶。

 

 

 

 

 

 


 

 
 
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