建筑反射隔熱涂料的應用現(xiàn)狀及存在問題分析

Application situation and problems analysis of architectural
reflective thermal insulation coating
                 Shi Yumei1,Yang Wenyi2, Qiao Yaling2
(1.China Academy of Building Research, 100013  2. China Building Material Test & Certifacation Group Co.,Ltd，100024)

Abstract: The application situation of the reflective coatings were introduced briefly. Combined with the relevant standards, the problems of the application were analysised deeply,and the development prospect were discussed preliminarily.
       Keywords: Architectural reflective thermal insulation coating

一、概述
       近年來，隨著國家提倡節(jié)能、環(huán)保產業(yè)政策的實施，人們的節(jié)能意識不斷提高，特別是建筑節(jié)能，涉及面廣，更是日益受到重視，國內不少省市相繼頒布實施工業(yè)與民用建筑節(jié)能法規(guī)。涂料行業(yè)中最能體現(xiàn)建筑節(jié)能的品種之一是建筑反射隔熱涂料。由此，建筑隔熱涂料的研發(fā)及應用提到了議事日程，目前在我國正在形成熱潮。出臺了JC/T 1040-2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》GB/T 25261-2010《建筑用反射隔熱涂料》、JG/T235-2014 《建筑反射隔熱涂料》等標準。
        建筑反射隔熱涂料是通過反射可見光及紅外光的形式將太陽能量隔絕，達到隔熱的目的。通過選擇合適的樹脂、空心陶瓷粉、玻璃微珠、金屬或金屬氧化物（納米材料）等功能填料，采用特定的生產工藝便可制得高反射率的涂層。這種涂料具有裝飾及隔熱的雙重作用，屬功能性涂料，除用于建筑工程的屋面及墻面的反射隔熱，還可運用于石油化工行業(yè)、糧食儲備行業(yè)諸多領域，需求量有迅速增大的趨勢，是一種很有發(fā)展前途的功能涂料新品種。
       建筑反射隔熱涂料產品還未能大范圍的應用，其中涂料在建筑工程中的隔熱實際效果及隔熱時效性還有待在實踐工程中進一步考察。

二、應用現(xiàn)狀及問題分析
       1. 建筑隔熱涂料相關標準中對隔熱性能的要求
       2013年前公布實施的行業(yè)及國家標準中，隔熱指標多為太陽反射比、半球發(fā)射率，其具體差異為：
       JC/T 1040-2007《建筑外表面用熱反射隔熱涂料》 在標準中提出了17項技術指標，隔熱性能為：太陽反射比≥0.83，半球發(fā)射率≥0.85，耐人工老化后上述指標分別為≥0.81及≥0.83；
       JG/T 235-2008《建 筑反射隔熱涂料》 在標準中提出屋面及外墻反射涂料除應滿足相應的標準外，隔熱性能為：太陽反射比（白色）≥0.80，半球發(fā)射率≥0.80，隔熱溫差≥10℃，隔熱溫差衰減（白色）外墻≤12℃；
       GB/T 25261-2010《建筑用反射隔熱涂料》在標準中提出：太陽反射比≥0.80，半球發(fā)射率≥0.80 其他產品性能滿足相關國家或行業(yè)標準的要求，其中耐人工老化及耐沾污性能應滿足國家或行業(yè)標準的最高等級要求。
       HG/T4341-2012 《金屬表面用太陽熱反射隔熱涂料》在標準太陽熱反射性能要求：太陽反射比≥0.80，其他色≥0.60，半球發(fā)射率≥0.85 ，近紅外光反射比要求合格品≥0.60，一等品≥0.70，優(yōu)等品≥0.80，該標準同時給出了隔熱溫差的試驗方法。
以上4個標準分別為建材行業(yè)標準、建工行業(yè)標準、國家標準及化工行業(yè)標準，均為推薦性標準。
       2. 實際應用中的誤區(qū)
       2.1將熱反射隔熱與保溫混為一談
       建筑保溫通常是指圍護結構在冬季阻止由室內向室外傳熱，夏季阻止由外至室內傳導熱量，從而使室內保持適當?shù)臏囟取Ｈ缭谏鲜兰o80年代末開始發(fā)展和應用的硅酸鹽復合保溫隔熱涂料具有密度低、熱導率小的特點，可達到隔熱保溫作用。保溫涂料大多用于室內。熱反射隔熱是指通過反射太陽熱輻射來減少建筑物和構筑物熱荷載的隔熱作用，熱反射層具有較高的太陽反射比和半球發(fā)射率，一般是不具備保溫性能的。如果半球發(fā)射率低，即向天空以輻射的形式散熱較慢，是否同時具有保溫作用還需另當別論。熱反射隔熱涂料如果與外墻外保溫體系配合使用，會具有保溫隔熱雙重作用。嚴格講熱反射隔熱與保溫是兩個概念，如果同時具有雙重作用，要有理論及相應技術指標支持。在實際應用中，許多企業(yè)在熱反射隔熱涂料的宣傳材料中都加有保溫二字，但在具體的實際應用中缺少相應的保溫性能。市場上開始出現(xiàn)跟風炒作的風氣 ，很多類似產品說明書上都將隔熱保溫混為一談。
       2.2將標準中的隔熱溫差誤認為實際的隔熱效果
       目前較為流行的是以現(xiàn)場的模擬實驗來驗證隔熱涂料的效果，大多是在某光源照射下，將涂有隔熱涂料及未涂有隔熱涂料的試板照射一定時間后，試板背面顯示的溫度差。在JG/T 235-2008《建筑反射隔熱涂料》標準中，設置隔熱溫差的本意也是可直觀的反映熱反射涂料的隔熱效果，從而為隔熱效果的演示、評價提供一種簡便易行的測試方法。但在實際的測試方法中，模擬光源與太陽光光譜差別較大，未結合實際工程的環(huán)境條件，只是以試驗的數(shù)據(jù)下結論，是沒有理論依據(jù)的。在許多報道中，也有這種誤導的宣傳，如有的涂料宣傳媒體報道稱“在相同的光照能量照射下，涂刷反射隔熱涂料和未涂刷反射隔熱涂料溫差是在15°左右，實現(xiàn)真正意義上的冬暖夏涼”。而在實際的工程中這是不可能達到的，如在北京某糧倉屋面涂刷熱反射涂料的工程中，據(jù)近一個月的跟蹤現(xiàn)場測試，倉內溫度平均下降近2度，已是很不錯的結果了。因此模擬試驗中的隔熱溫差與實際的隔熱效果完全不能等同，不能以此代表涂料的實際隔熱效果。
       2.3應用地區(qū)與范圍不清，籠統(tǒng)認為適用于全國各地
       根據(jù)GB 50176-93《民用建筑熱工設計規(guī)范》[1]，我國建筑熱工設計分區(qū)及設計要求如下：
嚴寒地區(qū)：必須充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季防熱；
寒冷地區(qū)：應滿足冬季保溫要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱；
夏熱冬冷地區(qū)：必須滿足夏季防熱要求，適當兼顧冬季保溫；
夏熱冬暖地區(qū)：必須充分滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季保溫；
溫和地區(qū)：部分地區(qū)應考慮冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱。 
       建筑隔熱涂料涂在建筑物外表面，在夏季有很好的隔熱降溫和降低空調能耗的效果，如果沒有特殊的設計，其主要適用于夏熱冬暖及夏熱冬冷地區(qū)，如與保溫體系配合使用也可用于其它地區(qū)。因此反射隔熱涂料的應用是有一定區(qū)域范圍的，不能一概而論。
       3． 實際應用中的瓶頸問題
       3.1耐沾污性差影響其時效性
       實際應用中，反射隔熱涂料的涂層性能受外界影響的因素很多，其涂層暴露于大氣中，要經(jīng)受陽光、雨水、風沙、冷熱變化等作用。一般來講，大氣中的灰塵及其它懸浮物較多，涂層易受沾污，時間久了，表面變臟，表面涂層的顏色變深，導致熱反射性能大幅度降低。如國內某糧倉使用了國外的淺色反射隔熱涂料，由于國外涂料沒有耐沾污性的要求，很快面目全非，失去了隔熱性能。
目前我國涂料耐沾污性的測試方法雖不斷地修訂完善，但還不能較準確地反映出涂料實際耐沾污的性能，只能作為一種參考。理想的測試應在不同的天然曝曬點進行，但又存在時間長、費用高的問題。
        3.2  反射隔熱涂料的實際節(jié)能效果尚無系統(tǒng)可行的評價方法
       目前反射隔熱涂料的節(jié)能評價大多僅停留在試驗階段，涂料的隔熱性能指標與建筑節(jié)能設計之間尚無統(tǒng)一的、經(jīng)過認可的計算方法，因而導致了使用反射隔熱涂料后的建筑工程難以通過節(jié)能驗收，在某種程度上也限制了該產品的順利發(fā)展。
       雖然根據(jù)某些節(jié)能設計標準及熱工方面的計算，也能從理論上得到能耗的具體數(shù)據(jù)，但與實際工程的應用效果還是有一定距離的，跟蹤測試很少。在全國各地通過各個級別的評審項目很多，實際工程應用也有用戶說明，一些地方也出臺了隔熱涂料的應用技術規(guī)程，但卻 很少有實際工程后隔熱效果的跟蹤測試。往往是工程使用了隔熱涂料至于其效果及時效性如何較少有人問津。
        綜上所述，目前在我國反射隔熱涂料的發(fā)展存在雷聲大雨點小的現(xiàn)象，企業(yè)、科研院校等紛研制、開發(fā)出相應產品，實際應用很少見真正成功案例的報道。
       總體來講，目前在我國建筑反射隔熱涂料的發(fā)展處于市場培育時期。
        三、發(fā)展前景
       1．反射隔熱涂料標準的相繼出臺，對相關產品的生產及應用發(fā)展起到了積極的推動作用，但在標準的執(zhí)行過程中也發(fā)現(xiàn)了一些如上所述的問題。可喜的是針對原標準的不足，及時地進行了修訂。
2014年1月，JG/T 235-2014《建筑反射隔熱涂料》[2]正式發(fā)布。該標準要求反射隔熱性能如表1：
表1  反射隔熱性能

a該項僅限于三刺激值中的YD65≥31.26(L*≥62.7)的產品
       與2008版的標準相比相比，隔熱性能要求做了較大的改動，主要變化及如下：
       1） 按照L*的高低，將熱反射涂料分為低、中、高三種明度,分別設定隔熱指標要求；
        三種明度區(qū)間的劃分采用了日本標準JIS K5675“屋面用高日光反射涂料”中的方法，即低明度：L*≤40、中明度：40﹤L*﹤80、高明度：L*≥80。
       2） 增加近紅外反射比、污染后太陽光反射比變化率和人工氣候老化后太陽光反射比變化率指標；
       太陽能量集中在300nm~2500nm波段，即由少部分紫外光、可見光和近紅外光組成，可見光波段的反射特性決定了涂層的明暗程度，當涂層的顏色固定時，可見光反射率亦不能改變，若要獲得較高的太陽光反射比，就需要提高近紅外波段的反射比，因此，近紅外反射比的高低是評判熱反射涂料和普通涂料的重要依據(jù)。新標準引入了近紅外反射比的指標，其要求同日本標準JISK 5675“屋面用高日光反射涂料”一致。國內外一些顏填料生產廠家已有高紅外反射比的顏料（即所謂的“冷顏料”）和功能性填料供應市場，為彩色隔熱涂料的開發(fā)提供了原材料。
        對于戶外使用的建筑材料，建筑熱反射涂料必定受到風雨侵蝕、環(huán)境污染、陽光曝曬等影響造成涂層降解、表面集塵，從而使之熱反射功能減弱，可見污染和老化對熱反射涂料的隔熱性能（主要是太陽光反射比）影響不容忽視，直接決定著熱反射涂料的使用壽命和節(jié)能效果。為了評價熱反射涂料的實效性，增加污染后太陽光反射比變化率和人工氣候老化后太陽光反射比變化率指標。
       3） 刪除“隔熱溫差”和“隔熱溫差衰減”項目
       隔熱溫差指標設置的初衷是直觀地反映熱反射涂料的隔熱效果，從而為熱反射材料隔熱效果的演示、評價以及熱反射涂料的推廣提供一種簡便易行的測試方法。實際上，當環(huán)境條件、試驗底材、熱反射涂層厚度、結構等條件一定時，熱反射面層的反射比直接決定著隔熱溫差的大小，反射比越大，隔熱溫差越大，大量的驗證試驗結果也印證了這一點。也就是說，隔熱溫差并不是材料本身固有的熱性能，而是反射比大小的外在體現(xiàn)而已。隔熱溫差試驗作為企業(yè)演示其產品隔熱效果的方法尚可，但是作為產品質量標準的性能項目，其試驗方法的科學性有待論證。
       2． 涂料的耐沾污性一直是建筑涂料應用中存在的難題之一，隨著科技的進步，該問題也在不斷的得到改善，通過采取一些有效方法，涂層的耐沾污性得到大幅度提高，如光觸媒等介質的采用，具有自清潔功能的罩面涂料已有問世并取得了明顯的效果。相關標準GB/T 30191-2013 《外墻光催化自潔涂覆材料》已于2014年9月1日實施。
       對涂料的耐沾污性測試方法GB/T 9780 《建筑涂料涂層耐沾污性試驗方法》已進行了修訂，有了耐沾污性試驗用灰標準樣品，進一步提高了耐沾污試驗結果的準確性以及與實際污染效果之間的可比性，該修訂標準已經(jīng)于2014年8月正式實施。
       3．修訂后的JG/T 235-2014《建筑反射隔熱涂料》以及JGJ/T 287-- 2014《建筑熱反射涂料節(jié)能檢測標準》中，對隔熱性能的檢測，增加了便攜式儀器測定法。實際工程檢測設備可為現(xiàn)場檢測提供服務，有利于反射隔熱工程的質量驗收和跟蹤工程節(jié)能效果的測試。
       4．建筑工程行業(yè)標準JGJ/T XXX-- XXXX《熱反射涂料應用技術規(guī)程》正在報批中，將有助于指導建筑熱反射涂料的工程施工，控制施工質量，使其真正發(fā)揮隔熱功能，并能作為工程質量監(jiān)督部門質量驗收的依據(jù)之一。在規(guī)程中還將引入熱工性能計算方法，可為產品在建筑節(jié)能中的實際節(jié)能計算提供切實可行的方法和數(shù)據(jù)，能夠較直觀地反映反射隔熱涂料在外墻維護結構中對熱工性能的貢獻，將會方便設計院、建筑節(jié)能相關部門對隔熱涂料的了解及選用，促進熱反射涂料的推廣應用。
       四、結語
       建筑反射隔熱涂料是一種新型功能性涂料，隨著產品質量的不斷提高，相關標準的不斷完善，建筑節(jié)能模型的能耗計算，加上實際工程的跟蹤測試，會在夏熱冬暖及夏熱冬冷地區(qū)的節(jié)能應用中得到廣泛的應用。

參考文獻
       [1] GB 50176-93《民用建筑熱工設計規(guī)范》
       [2] JG/T 235-2014《建筑反射隔熱涂料》