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        建築反射隔熱塗料隔熱保溫性能研究,通過試驗研究了建築反射隔熱塗料的反射隔熱和保溫功能
        2020年01月14日    閱讀量:1308    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

        0 引言

        建築反射隔熱塗料是近年來得到一定應用並受到重視的新型功能性建築塗料。在我國夏季氣溫過高的夏熱冬暖、夏熱冬冷氣候區,該塗料除了具有普通外牆塗料的裝飾效果外,還能夠反射太陽輻射熱而降低塗膜表面溫度,並減輕因夏季塗膜表面溫度過高而帶來的一系列問題。


        但是,在受到重視和得到應用的另一方面,該塗料在應用中也出現了一些問題,例如對塗料性能和應用條件了解較少而出現的應用誤區(例如有的供應商宣稱可用於內牆保溫)、過分誇大塗料功能而出現的應用偏差等中國建材網cnprofit.com


        建築反射隔熱塗料的基本功能是因反射照射到塗膜表面的光和熱、降低塗膜表面溫度而產生隔熱作用。雖然塗膜本身的導熱係數很低,但由於塗膜施塗較薄,所能夠起到的保溫作用有限,在建築節能計算中對塗膜本身的熱阻(或傳熱係數)一般忽略不計。


        但是,實際中有的塗料供應商或者因為技術素質問題,或者因為經濟利益問題,總是過分誇大建築反射隔熱塗料的保溫功能。為此,筆者進行了多次建築反射隔熱塗料的實際保溫性能和功能試驗,有的試驗是使用規範的試驗室設備和測試方法;有的則是自製的試驗裝置,採用簡單的試驗方法。試驗結果表明:該類塗料的主要功能仍然是反射和隔熱,保溫功能在試驗中體現不出來。現將有關試驗結果整理形成本文。


        1 關於建築反射隔熱塗料保溫隔熱性能的試驗

        1.1 建築反射隔熱塗料對牆體保溫系統熱工性能影響的試驗

        1.1.1 試驗用砌體與儀器

        試驗用砌體為具有一定保溫隔熱功能的混凝土空心砌塊砌體,尺寸為1.0 m×1.0 m×0.23 m。該砌體砌築於試驗室中測試傳熱係數儀配套的框架中。試驗用儀器為台湾奧達儀器設備有限公司生產的「JW- Ⅰ型牆體製品保溫檢測裝置」。


        1.1.2 傳熱係數測試

        (1) 試驗砌體砌築1 周后兩面分別抹塗20 mm常用內牆抹灰砂漿和外牆抹灰砂漿,養護28 d 后測試該砌體的傳熱係數。

        (2) 在砌體表面抹塗35 mm 厚保溫砂漿,養護28 d 后再測試該砌體施工建築保溫砂漿后的傳熱係數。

        (3) 最後,在該砌體的保溫砂漿面刮塗2 道柔性耐水膩子,並噴塗3 道反射隔熱塗料,養護14 d 后再次測試傳熱係數。這次測試傳熱係數分兩種情況進行,一次是塗料塗施面朝著熱源,另一次是塗料塗施面背著熱源。


        1.1.3 傳熱係數測試結果

        以上各種情況下測得的傳熱係數結果見表1。

        建築反射隔熱塗料隔熱保溫性能研究,通過試驗研究了建築反射隔熱塗料的反射隔熱和保溫功能 中國建材網,cnprofit.com


        1.1.4 結果分析

        從表1 中可見:建築保溫砂漿保溫層對降低傳熱係數的效果明顯,說明其具有一定的保溫隔熱性能。砂漿保溫層表面塗覆反射隔熱塗料,對以傳導傳熱為主要熱傳遞方式的傳熱係數的影響很小。該試驗結果和熱傳導的原理是一致的。由於所使用的測試儀器和方法是目前建築節能試驗室測試砌體傳熱係數所普遍使用的,因而該結果具有代表性和可信性。


        1.2 建築反射隔熱塗料的保溫性能和隔熱性能模擬試驗

        為了研究建築反射隔熱塗料的保溫性能和隔熱性能,自製了一個簡單的試驗裝置,通過碘弧燈發出的光和熱對塗膜和對比試驗樣板進行照射,來研究其保溫隔熱性能。


        1.2.1 試驗裝置

        試驗裝置為自製,概述如下:採用3 cm 厚的模塑聚苯乙烯泡沫板,製成外形尺寸(長× 寬× 高)為46.5 cm×46.5 cm×24.5 cm 的小型保溫箱體,箱體中間使用2.5 cm 厚模塑聚苯乙烯泡沫板隔成兩個空腔,在每個空腔的中間放置一個電子溫度計的探頭,用於測量試驗過程中箱體內的溫度。保溫箱上方25 cm 高度處,設置一個1 000 W 碘弧燈,作為照射源,照射放置在保溫箱上的試板。碘弧燈發出的光和熱照射到塗膜和對比試驗樣板表面,並向保溫箱內傳導熱量而使箱內的溫度發生變化,通過測量保溫箱內溫度的變化,研究建築反射隔熱塗料的隔熱保溫性能。試板和對比試板安裝在保溫箱上后,四周用密封膠帶密封嚴實。


        1.2.2 試板

        試板以5 mm 厚石棉水泥板為底板,尺寸同箱體橫斷面一樣大小,以正好蓋嚴保溫箱。在該石棉水泥板上,一分為二地成型出建築反射隔熱塗料試板和對比試驗試板。

        試板製作:批塗約5 mm 厚保溫膩子,膩子膜表面塗覆建築反射隔熱塗料,保溫膩子的導熱係數為0.102 W/(m·K)。膩子膜與反射隔熱塗膜總厚度約5.5mm。對比試板為3 cm 厚建築保溫砂漿保溫層,其導熱係數為0.116 W/(m·K)。


        1.2.3 塗膜受照射情況下保溫箱內的溫度變化

        在塗膜面和對比試驗的保溫砂漿保溫層均朝著碘弧燈受照射的情況下,保溫箱內的溫度變化如表2所示。


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        分析表2 中的結果,可以得出以下幾點與通常理論相一致的結論:

        第一,建築反射隔熱塗料的反射隔熱效果明顯。在表2 結果中的第一種情況下,剛開始照射時,兩個箱內的溫度基本相同。隨著照射時間的延長,以塗膜覆蓋的箱體內溫度上升速度明顯快於保溫砂漿覆蓋的箱體。這是因為試驗一開始時由於照射時間短,塗膜表面和保溫砂漿表面的溫度相差不大,而保溫砂漿保溫層的熱阻大於反射隔熱塗層體系的熱阻。


        但是,隨著試驗時間的延長,塗膜表面和保溫砂漿表面的溫度相差變大,因而熱量通過保溫砂漿向箱內傳導的速度加快。而反射隔熱塗層體系雖然熱阻小,但塗膜表面與箱內的溫差小,因而熱量傳導速度低於保溫砂漿層。從測試結果來說,就是保溫砂漿覆蓋的箱體內的溫度從低於塗膜覆蓋的箱體,到逐漸持平,最後高出2.6℃(38.8℃與36.2℃之差)。


        第二,建築反射隔熱塗料保溫性能不明顯。從關閉碘弧燈后保溫箱內溫度的自然下降測量結果可以看出,關閉照射源后,反射隔熱塗層體系的降溫速度明顯快於保溫砂漿層。經過1 h 的時間,兩個箱內的溫度相差2.9℃,說明反射隔熱塗料保溫性能有限。


        第三,塗膜表面升溫顯著降低,這一點是塗膜反射隔熱的基本體現。因為照射到塗膜表面的光和熱大部分被反射,塗膜吸收得很少,且塗膜本身的導熱係數很小[約0.6 W/(m·K)],因而塗膜的溫度升高與對比的砂漿保溫層相比很低,從而產生良好的反射隔熱功能。


        1.3 在保溫箱內模擬加溫情況下的溫度變化

        1.3.1 試驗裝置

        使用上述試驗裝置,在保溫箱的兩個空腔內各放一個40 W 白熾燈作為熱源,測量加熱過程中試驗箱內溫度上升和關燈后試驗箱內溫度下降的情況。白熾燈和電子溫度計的探頭中間用小隔板隔開。通過測量保溫箱內溫度的變化,比較建築反射隔熱塗料與建築保溫砂漿層的隔熱保溫性能。


        1.3.2 試板

        試板為兩塊,均以5 mm 厚石棉水泥板為底板,尺寸為箱體橫斷面的一半,即大小與泡沫板隔開的空腔一樣。這樣,兩塊板分別成型出建築反射隔熱塗膜和砂漿保溫層(對比試驗試板)后,正好蓋嚴並卡在分割的保溫箱空腔上。

        試板製作:批塗約5 mm 厚保溫膩子,膩子膜表面塗覆建築反射隔熱塗料,保溫膩子的導熱係數為0.102 W/(m·K)。膩子膜與反射隔熱塗膜總厚度約5.5mm。對比試板為3 cm 厚無機保溫砂漿層,其導熱係數為0.116 W/(m·K)。


        1.3.3 試驗結果及分析

        加熱階段及自然降溫過程中保溫箱兩個空腔內的溫度變化情況如表3 所示。

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        分析表3 中的試驗結果,雖然試驗中使用的保溫砂漿的保溫性能並不好[導熱係數0.116 W/(m·K)],但無論是在加熱階段,還是在自然降溫階段,其效果均優於建築反射隔熱塗層系統。


        在1 h 的加熱過程中,以建築保溫砂漿覆蓋的保溫箱空腔內的溫度從24.2℃上升到53.3℃ ;而以建築反射隔熱塗層系統覆蓋的空腔內的溫度僅上升到50.8℃,說明有更多的熱通過建築反射隔熱塗層傳導出去。


        在50 min 的降溫過程中,以保溫砂漿層試件覆蓋的保溫箱空腔內的溫度高於塗料系統的,說明保溫砂漿層有更好的保溫效果。

        綜合上面的試驗結果可以認為:建築反射隔熱塗料的反射隔熱性能是非常明顯的,但保溫性能有限,在實際應用中必須根據實際情況考慮牆體熱阻(或傳熱係數)問題。


        2 某些標準(規程)對建築反射隔熱塗料熱工性能的規定

        建築反射隔熱塗料使用已有多年,已經相繼頒布了有關的國家標準、行業標準和地方規程、設計標準等。產品標準中通常不涉及塗料實際應用中的等效塗料熱阻(或傳熱係數)。


        2.1 產品標準

        關於建築反射隔熱塗料的產品標準,我國目前有國家標準GB/T 25261—2010《建築用反射隔熱塗料》、建工行業標準JG/T 235—2008《建築反射隔熱塗料》和建材行業標準JC/T 1040—2007《建築外表面用熱反射隔熱塗料》等。


        產品標準一般只規定塗料的反射隔熱性能(如太陽光反射比、半球發射率、隔熱溫差和隔熱溫差衰減等),而沒有對等效熱阻的規定。但是,國家標準GB/T 25261—2010 在附錄A 中作為資料性附錄列出了等效塗料熱阻Re,Re=[(1/ε)-1]×(R+0.15)(ε 為反射隔熱塗料的年傳熱修正值;R 為塗料基層牆體熱阻),並分別以南京地區氣候為代表:當塗料的太陽光反射比和半球發射率為0.80 時,等效塗料熱阻為0.16~0.20 m2·K·W-1(根據朝向、基層牆體不同有區別);以台湾地區氣候為代表:當塗料的太陽光反射比和半球發射率為0.80時,等效塗料熱阻為0.15~0.28 m2·K·W-1(根據朝向、基層牆體不同有區別)。



        2.2 設計標準

        台湾市《居住建築節能設計標準》規定,當外牆採用反射隔熱塗料時,其傳熱係數值可以按照表4取值。

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        2.3 技術規程

        在相關的應用技術規程中,根據實際使用的需要,塗料的等效熱阻是必須確定的設計指標。例如,在台湾市工程建設標準DBJ/T 50-076—2008《建築反射隔熱塗料外牆外保溫系統技術規程》中規定,使用反射隔熱塗料的外牆,其傳熱係數應按下式進行計算:

        Km=β·KO

        式中,Km——修正後的平均外牆傳熱係數,W/(m2·K);KO——建築節能設計計算的平均外牆傳熱係數,W/(m2·K);β——修正係數,根據設計計算的平均外牆傳熱係數KO,按表5 取值。

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        台湾市工程建設規範DG/TJ 08-206-2009J10186—2009《居住建築圍護結構節能應用技術規程》(送審稿)中對使用建築外牆反射隔熱塗料的外牆傳熱係數的規定與《居住建築節能設計標準》的規定(表4)一致。


        3 建築反射隔熱塗料的節能效果及應用方式

        3.1 建築反射隔熱塗料的實際節能效果

        在夏熱冬暖和夏熱冬冷地區的外牆外保溫表面,保溫層表面配套塗裝建築反射隔熱塗料,能反射照到牆體表面的太陽光,減少建築物對太陽輻射熱的吸收,阻止建築物表面因吸收太陽輻射導致的溫度升高,減少熱量向室內的傳遞,改善塗膜本身的熱老化環境狀況,解決外保溫系統的裂、滲問題,提高節能效果。

        研究表明,建築外牆隔熱塗料的節能效果與氣候和牆面基層狀況、塗料的太陽光反射率有關。諸如台湾這類夏熱冬冷地區的居住建築,考慮到空調使用模式的不同,採用該塗料的建築全年可節能2%(全年空調)~5%(僅夏季空調)左右。


        3.2 建築反射隔熱塗料的應用方式

        在夏熱冬冷地區,建築反射隔熱塗料應配用適當的保溫措施用於牆體節能系統。在其用於外牆外保溫系統時,由於塗料的等效熱阻,可以適當減薄保溫層的厚度。但是,由於使用聚苯板類外保溫系統時,根據節能要求,聚苯板的厚度本身就不高,因而減薄聚苯板厚度的意義不大。


        從更好地應用建築反射隔熱塗料的角度來說,應當配套新的外牆外保溫系統更為合理。無抗裂防護層的保溫砂漿- 建築反射隔熱塗層系統就是一個非常合理的實用系統。該系統以建築保溫砂漿為保溫層,建築反射隔熱塗料為飾面層。


        該塗層系統通過提高保溫砂漿物理力學性能而取消了抗裂防護層;通過適當提高普通外牆外保溫系統中所用的柔性膩子的批塗厚度,能夠達到更好的抗裂效果,而且可消除因耐鹼網格布耐鹼性不良導致的一些弊端。這種做法具有一定優勢,如材料層之間界面減少,保溫砂漿性能得到提高,保溫層施工時表面更容易抹平,以及外保溫系統的材料費用基本上都花費在保溫材料上。


        同時,因取消了抗裂防護層,具有構造簡化,施工工期縮短,工程造價降低,耐久性延長等優點。保溫層表面配套塗裝建築反射隔熱塗料,能阻止建築物表面因吸收太陽輻射導致的溫度升高,減少熱量向室內的傳遞,改善塗膜本身的熱老化環境狀況,同時大大降低夏季牆體表面向室內傳導的熱量,提高節能效果。


        4 結語

        通過以上試驗研究可以得出如下結論:

        (1) 建築反射隔熱塗料對以傳導傳熱為主要熱傳遞方式的傳熱係數的影響很小;

        (2) 建築反射隔熱塗料反射隔熱效果明顯,受到光照時塗膜表面升溫顯著降低;

        (3) 建築外牆隔熱塗料的節能效果與氣候和牆面基層狀況等有關。夏熱冬冷地區的建築採用該塗料全年可節能2%~5%。因此,當在外牆面使用建築反射隔熱塗料時,應在熱工計算中對其等效塗料的熱阻予以考慮;

        (4) 無抗裂防護層的保溫砂漿- 建築反射隔熱塗層系統是合理的實用系統,具有構造簡化,施工工期縮短,工程造價降低,系統節能效果高,耐久性延長,能阻止建築物表面因吸收太陽輻射導致的溫度升高,減少熱量向室內的傳入,改善塗膜本身的熱老化環境狀況等特點。


        建築反射隔熱塗料隔熱保溫性能研究


        徐 峰 ( 台湾省建築科學研究設計院,合肥 230001)

        蔣字平 ( 台湾天錦雲漆業有限公司,台湾馬鞍山 243100)


        標籤:行業資訊原料動態建材百科產品資訊建材應用市場評論技術中心成品材料建築基材建築施工塗料油漆牆體幕牆建築材料
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