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外墻外保溫和隔熱保溫涂料技術(shù)發(fā)展趨勢

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]
摘要：按照隔熱保溫機理，可將隔熱保溫涂料分為阻隔性隔熱保溫涂料、反射隔熱涂料及輻射隔熱保溫涂料3類(lèi)。針對不同地區的氣候特點(diǎn)，提出結合外墻外保溫方案，合理選擇和使用各種隔熱保溫涂料，產(chǎn)生舒適的室內熱環(huán)境
    摘要：按照隔熱保溫機理，可將隔熱保溫涂料分為阻隔性隔熱保溫涂料、反射隔熱涂料及輻射隔熱保溫涂料3類(lèi)。針對不同地區的氣候特點(diǎn)，提出結合外墻外保溫方案，合理選擇和使用各種隔熱保溫涂料，產(chǎn)生舒適的室內熱環(huán)境，同時(shí)達到節能的目的。
    關(guān)鍵詞：隔熱保溫涂料；反射率；發(fā)射率
    0前言 建筑節能是我國節能工作的重點(diǎn)之一，而外墻外保溫已成為建筑節能的主產(chǎn)品。對于熱工設計時(shí)以保溫為主的地區，如嚴寒地區和寒冷地區，外墻外保溫不僅合理，而且適用，發(fā)展較快。而對于熱工設計時(shí)一般只考慮隔熱的夏熱冬暖地區，或熱工設計時(shí)以隔熱為主的夏熱冬冷地區，目前的一些外墻外保溫存在進(jìn)一步完善的空間。本文提出根據房屋圍護結構太陽(yáng)輻射熱平衡方程，針對不同地區的氣候特點(diǎn)，合理選擇和使用各種隔熱保溫涂料，組成復合體系，既保溫又隔熱，達到室內熱環(huán)境舒適和節能降耗的目的。
    1、 圍護結構太陽(yáng)輻射熱平衡方程
    太陽(yáng)輻射能對建筑物的熱環(huán)境和能耗有著(zhù)十分重要的作用。根據波長(cháng)的長(cháng)短，太陽(yáng)光可以分為紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)。紫外線(xiàn)的波長(cháng)小于400nm，約占太陽(yáng)總能量的5%?？梢?jiàn)光波長(cháng)在400~760nm，約占太陽(yáng)總能量的45%。而紅外線(xiàn)的波長(cháng)大于760nm，約占太陽(yáng)總能量的50%?？梢?jiàn)，太陽(yáng)能主要集中于可見(jiàn)光區和紅外區。
    太陽(yáng)輻射熱通過(guò)向陽(yáng)面，特別是東、西向窗戶(hù)和外墻以及屋面進(jìn)入室內，從而造成室內過(guò)熱。因此這些部位也是建筑物夏季隔熱的關(guān)鍵部位。房屋圍護結構太陽(yáng)輻射熱平衡方程可以簡(jiǎn)化如下：
    Q1=I0-Q2-Q3
    式中：
    Q1——外表面向室內傳導的熱量，W/m2；
    I0——太陽(yáng)輻照度，W/m2；
    Q2——外表面反射的太陽(yáng)輻射熱量，W/m2；
    Q3——外表面發(fā)射的熱量，W/m2。
    當然，嚴格地說(shuō)，還有外表面吸收的大氣輻射熱量，外表面吸收的地面及物體輻射熱量，以及室外空氣和外表面對流傳熱量。
    1.1外表面反射的太陽(yáng)輻射熱量 因為涂膜外表面是非透明的，所以太陽(yáng)輻射熱量一部分被外表面反射，一部分被吸收。其中外表面反射的太陽(yáng)輻射熱量可按下式計算：
    Q2=αI0=（1-ρ）I0
    式中：
    α——外表面反射率，%；
    ρ——外表面吸收率，%。
    就顏色來(lái)說(shuō)，紅色將紅光反射出去，藍色將藍光反射出去，白色反射熱量最多，黑色吸收熱量最多。這也就是為什么絕大多數熱反射涂料是白色和淺色的原因。此外，還有反射紅外線(xiàn)的材料，畢竟紅外部分占了太陽(yáng)50%的能量。這就是說(shuō)，也可以通過(guò)選擇吸收生產(chǎn)有色熱反射隔熱涂料。
    可以看出：外表面涂膜的全反射率越高，外表面反射的太陽(yáng)輻射熱量就越多，而吸收的太陽(yáng)輻射熱量就越少。也就是說(shuō)，向室內傳導的熱量就越少，夏天空調負荷就越低。
    1.2外表面輻射熱量 在外表面吸收的熱量中，一部分被外表面輻射出去，一部分傳至室內。外表面輻射熱量的計算如下：
    Q3=εwCb(T/100)4
    式中：
    εw——外表面發(fā)射率，%；
    Cb——黑體發(fā)射常數，5.67W/（m2•K4）；
    T——外表面絕對溫度，K。
    嚴格來(lái)說(shuō)，換熱要考慮角系數等因素。這里僅作定性分析。發(fā)射主要是長(cháng)波輻射，即以紅外的形式把熱量發(fā)射出去。

    對于某些光譜帶，如8~13.5μm，存在大氣窗，即大氣中二氧化碳和水蒸氣等對這些光譜帶的光是不吸收的，它們會(huì )無(wú)阻礙地通過(guò)大氣，而被發(fā)射至大氣外層。這不僅有利于隔熱，還對解決熱島效應有好處。
    比如說(shuō)，夏天涂膜外表面溫度為47℃，則對應最大光譜輻射力的波長(cháng)約為9.06μm，因此發(fā)射的紅外線(xiàn)基本在8~13.5μm光譜帶范圍內。關(guān)鍵是提高在該波段的發(fā)射率。
    外表面涂膜的發(fā)射率越高，向室內傳導的熱量也就越少，降溫能耗就越低，即越節能。
    2隔熱保溫涂料 具有隔熱保溫性能的涂料叫隔熱保溫涂料。隔熱是通過(guò)對溫度波動(dòng)的衰減和延遲而達到，保溫由熱阻來(lái)實(shí)現。按照隔熱保溫機理，可將隔熱保溫涂料分為阻隔性隔熱保溫涂料、反射隔熱涂料及輻射隔熱保溫涂料3類(lèi)。
    2.1反射隔熱涂料 反射隔熱涂料是在鋁基反射隔熱涂料的基礎上發(fā)展而來(lái)，通過(guò)選擇合適的原料和配方等，制得高反射率涂層，反射太陽(yáng)光來(lái)達到隔熱目的。薄層隔熱反射涂料是這類(lèi)涂料的代表。它由基料、熱反射顏填料和助劑等組成。
    這種薄層隔熱反射涂料的熱反射率高，一般在80%以上，隔熱作用明顯。但如上所述，顏色對熱反射率有很大影響。另外，盡管薄層隔熱反射涂料導熱系數不高，自身熱阻較大，但因涂膜厚度比較薄，總熱阻有限，保溫效果不大?？膳c其他保溫材料配合使用。
    通過(guò)下例傳熱系數K值的計算能清楚說(shuō)明這一點(diǎn)。已知：外墻為雙排孔混凝土小砌塊190mm×190mm，內側20mm石灰水泥砂漿找平層，如要求墻體K=1時(shí)，需要多厚的隔熱保溫涂料?

    式中：
    δ——每層材料的厚度，m；
    λ——每層材料的導熱系數，W/（m•K）；
    Ri、Re——分別為外墻內、外表面換熱傳熱阻，取0.11m2•K/W和0.04m2•K/W。代入，得δ3=0.0276m=27.6mm，也就是說(shuō)涂膜厚度要達27.6mm，這既不經(jīng)濟又不可能。 其實(shí)，要保溫，就要求有一定的熱阻。即要求材料不僅有低的導熱系數，而且還要有一定的厚度，二者缺一不可。
    薄層隔熱反射涂料的隔熱原理主要是因熱反射率高，有效地降低輻射傳熱和對流傳熱。要達到高的熱反射率，必須選用高折光系數的顏料，涂膜顏色選用白色或淺色比較容易達到，或采用光譜選擇性材料配成一定顏色。配制有色隔熱反射涂料的關(guān)鍵之一是選擇較低吸收率的黑色顏料。美國軍標規定深色漆反射率在50%以上。建設部《建筑反射隔熱涂料》（討論稿）對建筑反射隔熱涂料的隔熱性能要求見(jiàn)表1。



    這種產(chǎn)品現已用于海上鉆井平臺，油罐，石油管道，建筑業(yè)的鋼結構屋頂和玻璃幕墻等，降低暴露在太陽(yáng)熱輻射下裝備的表面溫度和內部溫度，改善工作環(huán)境，提高安全性等。
    反射隔熱涂料可單獨使用，也可與其他多孔保溫材料配合使用，如作為外墻外保溫的配套材料，尤其是用于夏熱冬冷和夏熱冬暖地區，構成高反射和低傳熱結構，達到既隔熱又保溫的效果。該涂料可刷涂和噴涂施工。
    2.2阻隔性隔熱保溫涂料
    阻隔性隔熱保溫涂料是通過(guò)低導熱系數和高熱阻來(lái)實(shí)現隔熱保溫的一種涂料。
    應用最廣泛的阻隔性隔熱保溫涂料是復合硅酸鹽隔熱保溫涂料。這類(lèi)涂料是20世紀80年代末發(fā)展起來(lái)的，有不同的產(chǎn)品名稱(chēng)，如復合硅酸鎂鋁隔熱涂料、稀土保溫涂料、涂覆型復合硅酸鹽隔熱涂料等。它是由無(wú)機和（或）有機粘結劑、隔熱骨料（如海泡石、蛭石、珍珠巖粉等）和引氣劑等制成的保溫涂料。
    該類(lèi)涂料的性能要求可參見(jiàn)GB/T17371—1998《硅酸鹽復合絕熱涂料》。復合硅酸鹽隔熱保溫涂料雖然導熱系數較低，成本也低，但干燥周期長(cháng)，抗沖擊能力弱，干燥收縮大，吸濕率大，粘結強度低、裝飾效果較差等。這類(lèi)涂料目前主要用于鑄造模具、油罐和管道等的隔熱。
    這種涂料目前還不能用于外墻外保溫。將來(lái)通過(guò)改性，預期可用于外墻外保溫系統。
    2.3輻射隔熱保溫涂料
    輻射隔熱涂料是通過(guò)輻射的形式把建筑物吸收的太陽(yáng)能以長(cháng)波形式發(fā)射到空氣中，從而達到隔熱降溫的效果。作為外墻涂料，需高發(fā)射率。有機涂料的發(fā)射率一般在0.80~0.90，外墻輻射隔熱涂料的關(guān)鍵是制備具有高熱發(fā)射率的涂料。美國ASTMC1483—04《建筑外用太陽(yáng)能輻射控制涂料標準規程》規定，太陽(yáng)能輻射控制涂料在環(huán)境溫度下的紅外發(fā)射率應至少為80%。
    輻射隔熱涂料能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射出去，從而使室內降溫，達到隔熱效果。用于夏熱冬暖地區和夏熱冬冷地區的隔熱，它是不錯的選擇。與外墻外保溫結合使用效果更佳。作為內墻涂料，常溫下低發(fā)射率有利于提高舒適度和節能。好多人知道lowE玻璃能提高舒適度和節能，但很少有人知道lowE內墻涂料能提高舒適度和節能。
    3隔熱保溫涂料和外墻外保溫的發(fā)展趨勢
    納米隔熱保溫涂料是以合成樹(shù)脂乳液為基料，引進(jìn)反射率高、熱阻大的納米級反射隔熱材料，如中空陶瓷粉末、氧化釔等而制成熱保溫涂料，具有較好的發(fā)展前景。納米隔熱保溫涂料是建立在低密度和超級細孔（小于50nm）結構基礎上，其導熱系數低而反射率高。
    真空狀態(tài)使分子傳導傳熱和對流傳熱完全消失。因此采用真空填料以制備性能優(yōu)良的保溫涂料成為當前研究的熱點(diǎn)之一。美國將采用太空科技的ASTEC陶瓷絕熱涂料用于建筑中，施以薄層即可達到隔熱保溫效果。
    研制生產(chǎn)復合型多功能隔熱保溫涂料。一種隔熱保溫效果良好的涂料往往是兩種或多種隔熱保溫機理協(xié)同作用的結果，各種隔熱保溫涂料各有其特點(diǎn)，可進(jìn)行復合，達到優(yōu)勢互補，研制出性能優(yōu)良的復合型隔熱保溫涂料。
    將不同的隔熱保溫涂料和保溫材料組合，制成既隔熱又保溫的外墻外保溫系統，或制成以隔熱為主的外墻外保溫系統，以滿(mǎn)足夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區等的建筑節能需要。這也是外墻外保溫的發(fā)展趨勢。
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