從 2008 年推廣后的幾年里，業(yè)界在使用過程中也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些的問題，其中的一個主 要問題就是當(dāng)時無論是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還是國家標(biāo)準(zhǔn)，都是以白色作為檢測標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際上，建筑 外墻白色涂料的使用率僅在 20%以下，換言之，有色建筑涂料的使用率高達(dá) 80 以上。因此，是否有可能制備有色建筑熱反射涂料，有色建筑熱反射涂料的性能如何, 檢測標(biāo)準(zhǔn)又有何種變化等等，在行業(yè)內(nèi)又有了新的探索，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在 2014 年 1月7日正式頒布了 JG/T-235《建筑反射隔熱涂料》，并于3 月1 日正式實(shí)施。
一種新型反射材料---亨斯邁ALTIRIS紅外反射顏料的反射時代已來臨。可以使各種色彩斑斕的外墻涂料和聚合物產(chǎn)品都具有反射太陽能的能力。它在創(chuàng)造一個顏色豐富多彩的世界。實(shí)現(xiàn)高太陽光能的反射率，意味著ALTIRIS顏料可以幫助提升您系統(tǒng)的性能。耐候性能測試表明，在絕大多數(shù)持久耐用的體系中，使用ALTIRIS顏料的一系列顏色配方都展現(xiàn)出了卓越的性能。
亨斯邁ALTIRIS® 紅外反射顏料特性：經(jīng)過特殊的結(jié)晶改性，從而達(dá)到很高的紅外反射性能。該顏料經(jīng)過改性包 覆，以確保它們超級耐用。共有兩種不同的產(chǎn)品型號：
兩種定制產(chǎn)品:
• ALTIRIS® 800適用于深色涂料，也能用于絕大多數(shù)色彩范圍
• ALTIRIS® 550 適用于中等顏色涂料和/或底漆
在開展討論 JG/T235-2014 相關(guān)指標(biāo)討論前，我們先對基本物理學(xué)的原理做個簡單的回顧。
傳導(dǎo)、對流和輻射
對流、傳導(dǎo)和輻射是熱能傳遞的三種途徑。在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，對流主要是受氣流影響的。 阻隔傳導(dǎo)性能與保溫或隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)、材料厚度有密不可分的關(guān)系。而輻射方面，控 制涂層表面的反射率和發(fā)射率就能起到降低太陽熱能傳遞功效。根據(jù)熱傳遞機(jī)制不同，保溫隔熱涂料基本上可分為阻隔型、反射型和輻射型三種。
涂料：應(yīng)用機(jī)理主要是阻止熱傳導(dǎo)的方式通過物體傳熱。是通過涂料自身的高熱阻來 實(shí)現(xiàn)隔熱的一種涂料。主要就要求涂料本身有較小的導(dǎo)熱系數(shù)，涂裝施工時與要求有一定的 厚度（一般不小于 30mm）。由于這屬于厚膜涂料，目前整體技術(shù)在控制干燥時間、抗沖擊 力、降低收縮率和吸濕率、提高粘結(jié)強(qiáng)度等方面需要不斷完善。
反射性涂料：起源于鋁基反光隔熱涂料，通過選用合適的樹脂、金屬和金屬氧化物顏料或 填料及生產(chǎn)工藝，制備高反射率的涂層，反射太陽光來達(dá)到隔熱的目的。利用反射型熱反射原理，將反射型涂料涂刷在建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，就能降低建筑表面和內(nèi)部溫度并 對墻體起到一定的保護(hù)作用，尤其適用于夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)，提高建筑結(jié)構(gòu)的隔熱效 果，從而達(dá)到降低空調(diào)制冷能耗、節(jié)約能源的目的。
輻射型涂料：不同于聚苯板、礦物棉等多孔性阻隔式保溫材料，這些材料是緩慢而不斷地將 白天太陽能經(jīng)墻體和屋頂傳入室內(nèi)和結(jié)構(gòu)中，即使到了晚上室外溫度降低，室內(nèi)和結(jié)構(gòu)中的 熱能也不能馬上散去。而輻射型涂料卻能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射出去，達(dá)到室 內(nèi)外相似的降溫速率。
目前的熱反射涂料主要是反射和輻射兩種功能相結(jié)合的涂料。
紫外線、可見光和近紅外線
根據(jù)波長不同，太陽光可分為紫外線、可見光和近紅外線三部分。（見圖一）
紫外線：波長小于 400nm, 約占太陽總能量的 4%。
可見光：波長在 400~760nm, 約占太陽總能量的 43%，這也是構(gòu)成給予我們感知顏色的波長。
近紅外：波長在 760~2500nm,約占太陽總能量的 53%。紅外線區(qū)域的能量大多數(shù)都落在 760~1500nm 的波段內(nèi)，高于 2500nm 時，太陽能量就非常少了。
(圖 1:太陽光譜)
太陽光反射比、近紅外反射比、半球發(fā)射率
JG/T235-2014《建筑反射隔熱涂料》中對太陽光反射比、近紅外反射比和半球反射率的定義 分別如下：
太陽光反射比（Total solar reflectance, TSR）:在 300nm~2500nm 可見光和近紅外波段反射與 同波段入射的太陽輻射通量的比值。
近紅外反射比(Near infrared reflectance, NIR): 在 780nm~2500nm 近紅外波段反射與同波段入 射的太陽輻射通量的比值。
半球反射率(Hemispherical emittance or Emissivity): 熱輻射體在半球方向上的輻射出射度與 處于相同溫度的全輻射體（黑體）的輻射出射度的比值。
從以上定義可以看出，太陽光反射比和近紅外反射比考量的是反射太陽光，特別是反射近紅外波段的能力，也就是少吸收熱量的能力。半球發(fā)射率主要考量的是涂料把建筑物吸收 的日照光線和能量以一定的波長發(fā)射到空氣中，從而起到降溫節(jié)能的能力。
JG/235《建筑反射隔熱涂料》標(biāo)準(zhǔn) 2008 版和 2014 版的主要反射性能指標(biāo)區(qū)別
表 1 和表 2 分別從 2008 版和 2014 版摘取的反射隔熱性能指標(biāo)
|
序號
|
項目
|
指標(biāo)
|
||
|
WM 型*
|
WQ 型*
|
|||
|
1
|
太陽光反射比（白色）
|
≥0.80
|
||
|
2
|
半球反射率
|
≥0.80
|
||
|
3
|
隔熱溫差，℃
|
≥10
|
||
|
4
|
隔熱溫差衰減（白色），℃
|
根據(jù)不同工程，由設(shè)計確定
|
≤12
|
|
|
* WM 型—屋面反射隔熱涂料；WQ—外墻反射隔熱涂料。
|
||||
|
序號
|
項目
|
指標(biāo)
|
|||
|
低明度*
|
中明度*
|
高明度*
|
|||
|
1
|
太陽光反射比，≥
|
0.250.400.65
|
|||
|
2
|
近紅外反射比，≥
|
0.40
|
L*/100
|
0.80
|
|
|
3
|
半球發(fā)射率，≥
|
0.85
|
|||
|
4
|
污染后太陽光反射比變化率，≤
|
-
|
15%
|
20%
|
|
|
5
|
人工氣候老化后太陽光反射比變 化率，≤
|
5%
|
|||
|
低明度反射隔熱涂料：L*≤40 中中明度反射隔熱涂料：4080 高明度反射隔熱涂料：L*≥80
|
|||||
對比 2008 版和 2014 版，隔熱性能從單一顏色（白色）擴(kuò)展到高中低各種明度 L*，L* 來源于 1976 年 CIE 推薦的均勻色空間，該空間是三維直角坐標(biāo)系統(tǒng)，它以明度 L*和色度 a*b* 來表示顏色在色空間中的位置。換言之，這也為所有顏色
規(guī)定了各自的反射指標(biāo)，特別在近 紅外反射比方面，標(biāo)準(zhǔn)如同日本頒布的高太陽能反射率的屋頂涂料用 JIS K 5 675 標(biāo)準(zhǔn)，劃定 了各顏色的最低反射比。同時，取消了白色隔熱溫差和隔熱溫差衰減兩個指標(biāo)。
在考察熱量輻射能力的指標(biāo)上，2014 版的半球發(fā)射率要求提高到 85%。
目前市場上普遍使用的反射物質(zhì)
眾所周知，目前的反射隔熱涂料也稱太陽光反射涂料，它是在鋁基反光隔熱涂料基礎(chǔ)上 發(fā)展而來的，通過選擇合適的樹脂、各類金屬或金屬氧化物顏、填料以及生產(chǎn)工藝和涂裝， 制備高反射率的涂層。就反射物質(zhì)而言，有多種多樣，但目前主流的材料可分為微球和顏料 兩類。在微珠中，可分為玻璃微珠和陶瓷
微球，在顏料類可分為無機(jī)復(fù)合顏料、有機(jī)顏料和反射鈦白粉。
玻璃微珠：玻璃微珠是最早被引入國內(nèi)制備反射隔熱涂料的材料。它的主要成分為堿石灰硼 酸鹽玻璃，由于進(jìn)口產(chǎn)品的粒徑分布與可見光及近紅外光在同一數(shù)量級，可以實(shí)現(xiàn)較大程度 的反射。尤其在高明度顏色的涂料中，它的反射表現(xiàn)優(yōu)異。同時，對近紅外光（λ=800~1350nm） 具有較高的發(fā)射性，也就是說，當(dāng)輻射進(jìn)入涂料表面，遇到玻璃微珠時大部分熱能被發(fā)射出 來，從而降低進(jìn)入涂層內(nèi)部的熱能。 玻璃微珠的也存在著自身的缺陷，在中明度乃至低明 度的涂料中，它的反射表現(xiàn)較難滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。由于密度在 0.1~0.6g/cc 之間，在生產(chǎn)過程 中，容易造成粉塵污染。目前市售的玻璃微珠抗壓強(qiáng)度較低，在遇到較大剪切力時容易破損。 個別國產(chǎn)玻璃微珠的粒徑分布更為寬泛，在分散控制、儲存及漆膜平整度表現(xiàn)不理想。
陶瓷微球：陶瓷微球主要成分為硅鋁陶瓷。在可見光和近紅外光反射效果與玻璃微珠基本相 似，，并且能夠大大提高漆膜表面的硬度。在中低明度顏色的涂料中，它的表現(xiàn)也不夠突出， 粒徑較小規(guī)格的陶瓷微球，價格較為昂貴。
無機(jī)復(fù)合彩色顏料(Complex inorganic Colored pigment, CICP)：
這一類材料統(tǒng)稱為冷顏料。無 機(jī)冷顏料關(guān)鍵在于可以吸收可見光獲得色彩并且具有較高反射紅外線的能力。它的優(yōu)點(diǎn)在于 方便快捷的調(diào)色能力，以黑色為例，為避免鐵黑或炭黑造成的反射性能污染，一般反射隔熱 涂料的灰色常用鐵紅、鐵黃及酞青蘭來調(diào)制，但使用黑色冷顏料即使 L*值較低的全色的太 陽光反射比也可以達(dá)到 25%左右。冷顏料在顏色選擇范圍、在涂料生產(chǎn)過程特別是防止顏料 沉淀也需要不斷地完善，此外過度地研磨也會使其結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致顏色偏色。其他，在性價 比方面尚需提高。
有機(jī)反射顏料(Organic Pigment)：有機(jī)反射顏料通�？梢酝干浣t外光，通過透射的光線到 高反射性的底材（如白色或鋁基底），將這些光線反射出去。由于有機(jī)
冷顏料價格及其昂貴， 至今沒有得到大面積的推廣。
反射鈦白粉：從廣義上來說，反射鈦白粉也是顏料的一種。反射鈦白粉通過改良處理和包覆， 使之粒徑達(dá)到一定的設(shè)定范圍，提供高紅外反射率。目前已知成熟的反射鈦白粉，可以在不 同顏色條件下，提供符合標(biāo)準(zhǔn)的太陽光反射比，近紅外反射率以及半球發(fā)射率。但由于它的 遮蓋力僅為普通鈦白的 50%左右，在處于極高明度范圍（如：L*>90%），則需要較多的量來 滿足對比率的要求。個別國產(chǎn)鈦白由于在粒徑分布及吸油量等指標(biāo)上，仍需不斷完善。
以下，我將以 Huntsman Altiris reflective pigment 550 和 800 為例，從反射機(jī)理、材料選 擇、在不同明度條件下表現(xiàn)來探討符合 JG/T235-2014 反射隔熱標(biāo)準(zhǔn)的建筑涂料。
Huntsman Altiris 反射機(jī)理
涂料漆膜主要是由樹脂和顏填料組成的，當(dāng)外界光入射到涂層上時，光會受到其中顆粒 的散射和吸收。根據(jù) Weber’s Law 定義，顆粒的結(jié)晶粒徑(D)和散射光波長的關(guān)系如下：
其中：λ =散射光波長；π=3.14；n=反射指數(shù) (n1=二氧化鈦；n2=樹脂)
我們以金紅石型二氧化鈦的粒徑為例， 取值 530 （所需反射最大能量的波長，對應(yīng)為 綠光），n1=2.7 為金紅石型反射指數(shù)；n2=1.5（某種典型樹脂的反射指數(shù)），依次代入
這也是為什么絕大多數(shù)的金紅石型二氧化鈦的平均粒徑在 280nm 左右的原因。有機(jī)樹 脂的折光指數(shù)為 1.45~1.50，不同樹脂涂層對太陽光線反射并無明顯區(qū)別。對樹脂只是要求 的透明度高，對太陽光的吸收率低，而太陽光反射率主要取決于顏填料的光學(xué)屬性。顏填料 的折光指數(shù)與樹脂的折光指數(shù)相差越大，對太陽光線的反射就越強(qiáng)，金紅石型二氧化鈦的折 光指數(shù)為 2.76。
材料的粒徑和形狀是影響散射能力的重要因素，一般來說，顆粒粒徑與最大反射光波波長的關(guān)系為 1/2 。Huntsman Altiris 550 和 800 的粒徑分布符合與行業(yè)慣例基本一致，表 3 表示的是 Huntsman Altiris550,800 和普通金紅石鈦白粉幾何加權(quán)平均粒徑及幾何加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)偏 差。圖 2~圖 4 分別表示的是各自粒徑分布圖。
|
|
粒徑 Size ( m)
|
GWSD
|
|
|
ALTIRIS 500 pigment
|
0.70
|
1.33
|
|
|
ALTIRIS 800 pigment
|
1.001.29
|
||
|
Typical Pigmentary Rutile
|
0.31
|
1.31
|
|
圖 5~圖 7 分別 是 在 掃描 電 鏡 下 顯 示 的金 紅 石鈦 白 粉 、 Altiris 550pigment ， Altiris 800pigment 的形狀。從圖中可以看出，Huntsman Altiris550 和 800 的結(jié)晶尺寸分布很好地反 映了其粒徑大小分布特性。
如何用色彩區(qū)域來選擇 Huntsman Altiris PigmentAltiris 鈦白顏料共分 2 種, ALTIRIS 550 和 Altiris 800。
Altiris 500：該顏料被設(shè)計成能使一些中等色度和淺色(L*>40)的涂料具有很高的太陽光反射率。(沖 淡力約為傳統(tǒng)鈦白粉*的 50%)，在使用中建議可把 550 用于建筑涂料的底漆中，從而增加太陽光 反射率。在配色時，當(dāng)用 ALTIRIS® 550 顏料去取代傳統(tǒng)的鈦白粉* ，可以適當(dāng)減少配方中有色顏料 的添加量。
ALTIRIS® 800： 由于該顏料沖淡力極低 (大概為傳統(tǒng)鈦白粉*的 25%) ，能使深色(L*<40)和一些亮麗 色彩的涂料具有很高的太陽光反射性能，所以建議使用在低明度(L* 40)的涂料，這些涂料很少或 沒有傳統(tǒng)鈦白粉的配方，例如黑色和絢麗的紅色。在配色時，當(dāng)用 ALTIRIS® 800 顏料去取代傳統(tǒng)的 鈦白粉* ，可以適當(dāng)減少配方中有色顏料的添加量。 圖 8 為 Altiris 使用范圍。
Altiris 和涂料的反射、發(fā)射率
目前一系列實(shí)驗表明，使用 Huntsman Altiris500 或 800 在所有明度范圍內(nèi)都能達(dá)到 JG/T235 -2014 的標(biāo)準(zhǔn)。具體方法是，根據(jù)不同明度范圍，采取不同添加量，同時按照添加量 相應(yīng)減少普通鈦白粉用量(即 altiris 500 的添加量和普通鈦白添加量的比例不低于 2:1)，即可 達(dá)到太陽光反射比、近紅外反射比和半球發(fā)射率的要求。表 3、表 4 及圖 7、圖 8 分別表示 Altiris 在高明度
(L*>80)中的表現(xiàn)1。
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球發(fā)射率
Emissivity
|
太陽光反射比
%Solar Reflectance
|
近紅外反射比
%Near Infrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
97.30
|
-0.37
|
0.43
|
0.27
|
0.87
|
87.0
|
88.0
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球發(fā)射率
Emissivity
|
太陽光反射比
% Solar Reflectance
|
近紅外反射比
%NearInfrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
86.82
|
3.43
|
9.57
|
0.05
|
0.87
|
74.6
|
83.7
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
Delta E
|
半球發(fā)射率
Emissivity
|
太陽光反射比
% Solar Reflectance
|
近紅外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
77.40
|
13.21
|
23.37
|
0.14
|
0.89
|
66.0
|
80.4
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
半球發(fā)射率
Emissivity
|
太陽光反射比
% Solar Reflectance
|
近紅外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
57.05
|
9.21
|
10.11
|
0.89
|
47.4
|
68.7
|
|
L*
|
a*
|
b*
|
半球發(fā)射率
Emissivity
|
太陽光反射比
% Solar Reflectance
|
近紅外反射比
% Near Infrared Reflectance
|
|
|
顏色
|
35.02
|
9.09
|
7.12
|
0.88
|
27.2
|
42.8
|
全球冷屋頂及涂料的標(biāo)準(zhǔn)一覽
亞洲
• 日本推廣冷屋頂，標(biāo)準(zhǔn) JIS K 5 675
• L* ≤ 40，近紅外反射率 ≥ 40
• 40 < L* < 80， 近紅外反射率 ≥ L* 值
• L* ≥ 80， 近紅外反射率 >80
• 中國于2014年3月1日頒布新標(biāo)準(zhǔn)，JG/T 235 -2014
北美
• LEED
• 緩坡屋頂(≤ 2:12) 最低太陽光反射指數(shù)78, 陡坡屋頂(>2:12) 最低太陽光反射指數(shù)29
• 人行道太陽光反射率 33% (老化3年 28%)
• Title 24 標(biāo)準(zhǔn)推薦使用冷屋頂，可幫助業(yè)主節(jié)能~30%
歐洲
• AFNOR 標(biāo)準(zhǔn)，要求外圍結(jié)構(gòu)涂料的最低太陽光反射率 30% (Article 59.1)
• 歐洲冷屋頂委員會推薦使用冷屋頂技術(shù)
目前市場上對有色反射隔熱涂料的要求
美國軍標(biāo)規(guī)定深色漆反射率在50%以上，美國綠色涂料環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)（GS-11 Green Seal Environmental Standard for Paints and Coatings）對墻面建筑涂料的要求是淺色漆反射率在65%以上，深色漆反射率在40%以上。美國冷屋頂分級協(xié)會（Cool roof rating council）對有色反射隔熱涂料的要求都有相關(guān)數(shù)據(jù)。日本JISK5675-2011高太陽能反射屋面涂料（High solar reflectant paint for roof）規(guī)定。我國JG/T25-2014建筑反射隔熱涂料的要求如表（2.）。
結(jié)論語：
在當(dāng)今迫切需要低碳解決方案來幫助建筑物、車輛和船舶“降溫”的大環(huán)境下，Huntsman Altiris 顏料為客戶帶來了新商機(jī)：可以為不同品牌訂制節(jié)能性能出色的產(chǎn)品，同時可提供 寬泛的顏色選擇。用在涂料中能更好地反射太陽光的熱能，有助于降低室內(nèi)溫度和使用空 調(diào)系統(tǒng)所需的能耗，同時減少溫室氣體的排放和空調(diào)費(fèi)用。在世界節(jié)能減排，低碳生活的今 天，必將顯現(xiàn)出更加多的發(fā)展?jié)摿Α?br />
參考文獻(xiàn)
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2.《十二五建筑節(jié)能與功能性建筑涂料科技創(chuàng)新技術(shù)研討會論文集》
3.林宣益.有色反射隔熱建筑涂料探討{J}中國涂料,2013,28(9):23-26
4.趙石林，建筑外墻節(jié)能隔熱涂料的制備和應(yīng)用，上海涂料，2014，52（9）：24-27
5.《Analyses of the effects of solar reflectance on energy use in global dwellings: Guangzhou and Shanghai》 by AECOM
6.《Solar reflective colorants - for exterior buildings and facades》 by Bas Ban Ravenswaajj, Judith Huijen
7.《建筑外墻熱反射涂料用色漿》 PCI，2013,11
8.《Coating Application APAC 2014》 by Huntsman
9.《Measurement reports》 by Huntsman
10.《Technical materials》by 3M
11.《Technical materials》by D BASF
