摘要：简述了建筑反射隔热涂料的国内外标准及实际应用，并介绍了有关节能、CO2排放和缓解城市热岛效应等的相关计算。
关键词：反射隔热涂料；建筑；标准；节能；低碳；热岛效应
Abstract: This narrates the standards domestic and overseas and practical uses of building reflective thermal insulating coatings, and introduces the calculation related to energy saving, CO2 emission reduction and the alleviation of urban heat island effect.
Keywords: reflective thermal insulating coatings, building, standard, energy saving, low carbon, urban heat island effect
前言：对于建筑反射隔热涂料标准，研究认为其关键指标是太阳反射比，即反射率。一般来说，钛白粉既反射可见光，也反射红外线，白色建筑涂料容易达到高反射率。但涂料的颜色是由装饰决定的，白色建筑涂料使用率约占20％以下，有色建筑涂料使用率高达80％以上。因此，实用的是有色反射隔热涂料的反射率。此外，为了更好地推广应用反射隔热涂料，本文也涉及了节能、低碳和缓解城市热岛效应的粗浅计算。
1反射隔热涂料标准概述
目前关于反射隔热涂料的标准大致有GB/T 25161-2010建筑用反射隔热涂料，JG/T 235-2008建筑反射隔热涂料，JC/T 1040-2007建筑外表面用热反射隔热涂料，GJB 1670-1993 GF-1热反射涂料规范和美国ASTM C1483-04建筑外用太阳能辐射控制涂料标准规程。它们的性能要求分别如表1-表5。标准多，从侧面也说明反射隔热涂料是热点。
可以看出，虽然各个标准规定有所不同，但主要二个指标是太阳反射比（也称反射率）和半球发射率。涂料的半球发射率一般都在0.80以上，因此，太阳反射比就成为反射隔热外墙涂料的关键指标。
|
序号
|
项目
|
指标
|
|
1
|
太阳反射比，白色 ≥
|
0.80
|
|
2
|
半球发射率 ≥
|
0.80
|
|
序号
|
项目
|
指标
|
|
1
|
太阳反射比（白色） ≥
|
0.80
|
|
2
|
半球发射率 ≥
|
0.80
|
|
3
|
隔热温差/℃ ≥
|
10
|
|
4
|
隔热温差衰减/℃ ≤
|
12
|
|
项目
|
技术指标
|
||
|
水性
|
溶剂型
|
||
|
太阳反射比（白色）
|
≥0.83
|
||
|
半球发射率
|
≥0.85
|
||
|
拉伸性能
|
拉伸强度/MPa
|
≥1.0
|
/
|
|
断裂伸长率/%
|
≥100
|
/
|
|
|
耐人工老化性/
（水性400h，溶剂型500h）
|
外观
|
不起泡，不剥落，无裂纹
|
|
|
粉化/级
|
≤1
|
||
|
变色（白色或浅色a）/级
|
≤2
|
||
|
太阳反射比（白色）
|
≥0.81
|
||
|
半球发射率
|
≥0.83
|
||
|
不透水性b
|
0.3MPa,30min不透水
|
/
|
|
|
水蒸气透湿率b，g/(m2.s.Pa)
|
≥8.0×10-8
|
/
|
|
|
项目
|
指标
|
|
涂层外观
|
白色、平整光亮
|
|
耐冲击性/cm
|
50
|
|
柔韧性/mm
|
1
|
|
反射系数
|
≥0.80
|
|
辐射系数
|
≥0.85
|
|
耐热冲击
|
通过
|
|
耐湿热/20周期
|
不起泡、不发粘、无盐析
|
|
耐霉菌
|
3级
|
|
耐盐雾/48h
|
无明显变化
|
|
项目
|
指标
|
|
太阳反射比
|
≥0.80
|
|
红外发射率
|
≥0.80
|
|
重量固含量
|
≥25%
|
|
体积固含量
|
≥25%
|
|
延伸率
|
>200%（25℃）
|
|
>100%（-18℃）
|
|
|
≥80%（按ASTM G 155 UV老化3000h后，25℃和-18℃）
|
|
|
附着力
|
按ASTM D 903测试，并表示各基材的测试结果
|
|
透汽性
|
>20 perms（按ASTM E 96 干燥法
|
|
耐火性
|
符合当地要求（按ASTM E 84）
|
|
防霉性
|
可接受（按ASTM D 3274）
|
|
吸水性
|
按ASTM D 471测试
|
|
试样膜厚
|
按ASTM C 419 测试
|
|
户外耐久性
|
按ASTM G 26测试
|
2反射隔热涂料实际应用
太阳能对建筑物的热环境和能耗有着十分重要的作用。根据波长的长短，太阳光可以分为紫外线、可见光和红外线。紫外线的波长小于400nm，约占太阳总能量的5%。可见光波长在400nm-760nm，约占太阳总能量的45%。而红外线的波长大于760nm，约占太阳总能量的50%。可见，太阳能主要集中于可见光区和红外区。对于反射隔热外墙涂料，可以有作为的也就是红外区。
反射隔热涂料通过对太阳能的反射和发射达到隔热效果。
反射隔热涂料要达到高的热反射率，必须选用高折光系数的颜料。颜色对热反射率有很大影响。就颜色来说，红色将红光反射出去，蓝色将蓝光反射出去，白色反射热量最多，黑色吸收热量最多。通常随着明度的降低，颜色变深，热反射率下降。因此，反射隔热涂料的颜色选用白色或浅色比较容易达到，尤其是使用钛白粉的白色涂料，它既反射可见光，又反射红外线。
在德国，不同颜色、不同明度的表面温度实测结果如表6所示。
|
颜色
|
明度
|
2001年8月，西南1950 ，墙
|
2003年8月,450倾角、西南1950
|
|
白色
|
91
|
40.6
|
45.4
|
|
黄色
|
70
|
48.9
|
54.5
|
|
65
|
51.1
|
59.3
|
|
|
橙色
|
70
|
46.0
|
50.7
|
|
51
|
50.1
|
56.9
|
|
|
23
|
55.1
|
64.1
|
|
|
红色
|
70
|
44.9
|
49.7
|
|
48
|
49.0
|
55.1
|
|
|
18
|
59.9
|
66.8
|
|
|
11
|
60.9
|
70.9
|
|
|
紫色
|
69
|
45.2
|
51.2
|
|
55
|
49.0
|
56.6
|
|
|
23
|
58.0
|
65.9
|
|
|
6
|
63.8
|
72.6
|
|
|
蓝色
|
68
|
47.1
|
53.6
|
|
54
|
51.5
|
57.5
|
|
|
26
|
59.5
|
66.1
|
|
|
5
|
68.1
|
81.0
|
|
|
绿色
|
70
|
46.1
|
53.2
|
|
47
|
51.4
|
61.4
|
|
|
21
|
60.0
|
72.1
|
|
|
18
|
60.5
|
72.9
|
|
|
灰色
|
73
|
43.8
|
50.7
|
|
42
|
59.4
|
70.0
|
|
|
19
|
69.4
|
79.7
|
|
|
黑色
|
4
|
73.7
|
86.8
|
用相同颜色涂料装饰的外墙面，反射隔热涂料和普通涂料相比，其表面温度会较低。颜色越深，明度越低，差值越大，大致如表7所示。
表7 反射隔热涂料和普通涂料之间的温差/℃
|
明度
|
20
|
50
|
70
|
|
温差
|
24
|
20
|
11
|
外墙表面温度较低，一是降低内外墙温差，减少传入室内热量，节省空调能耗；二是使发射的红外线较多通过大气窗发至大气外层，缓解城市热岛效应；三是减慢涂膜降解速度，提高涂膜使用寿命；四是改善涂膜的耐沾污性，因为乳胶漆用乳液基本上是热塑性的，温度高时，变软，易粘灰；五是提高外墙外保温系统抗裂能力。因为夏天气温高，太阳辐射强，日照时间长，保温板导热系数低，在普通深色饰面层和防护层处，温度可达70℃左右，如果突然下雨，温度一下降至三十多度，温变范围大，容易开裂。相同颜色反射隔热涂料饰面温度低得多，所以增加抗裂性。
3节能和低碳等计算
反射隔热涂料不仅节能和低碳，而且还能缓解城市热岛效应等。
3.1节能
太阳辐射热通过向阳面，特别是东、西向窗户和外墙以及屋面进入室内，从而造成室内过热。因此这些部位也是建筑物夏季隔热的关键部位。
外表面涂膜的反射率越高，包括可见光区和红外区，外表面反射的太阳热量就越多，而吸收的太阳热量就越少。也就是说，向室内传导的热量就越少，夏天空调负荷就越低。
如果反射隔热涂料的太阳光反射比为80％，则房屋围护结构得热就只有20％。从而降低空调能耗，为低碳经济做贡献。
美国能源部报告说采用反射隔热涂料节能可达21.9%。有的通过模型计算，采用反射率70％反射隔热涂料，对于制冷房间，空调节电20.6％。实际效果与气候状况、墙体传热系数、涂料反射率等因素有关。
以反射隔热涂料为饰面的外墙外保温系统，集保温和隔热为一身，能很好满足夏热冬冷和夏热冬暖地区外墙保温和隔热要求。
按JGJ/T 14-2004《混凝土小型空心砌块建筑技术规程》附录C，G1=ρ/(R0.αe.αi)，G2=ρ/(mαe), m=2.62e0.46D。
式中 G1-热阻抗隔热指数；
G2-热稳定隔热指数；
ρ-外表面太阳辐射吸收系数；
R0-外墙传热阻；
αe－外表面热交换系数；
αi－内表面热交换系数；
m- 综合热稳定系数；
D-外墙热惰性指标；
e-自然对数的底。
若G1和G2分别不大于0.0060和0.0035(m2.K)/W时，符合隔热要求。
当G1=0.0060时，αe＝19 w/(m2.K)，αi＝8.7 w/(m2.K)，K=G1αe.αi/ρ=0.9918/ρ, 即得外表面太阳辐射吸收系数、反射率和传热系数K的关系，如表8。
表8 太阳辐射吸收系数、反射率和传热系数K的关系
|
ρ
|
0.7
|
0.65
|
0.6
|
0.55
|
0.5
|
0.45
|
0.4
|
0.35
|
0.3
|
0.25
|
0.2
|
0.15
|
|
反射率
|
0.3
|
0.35
|
0.4
|
0.45
|
0.5
|
0.55
|
0.6
|
0.65
|
0.7
|
0.75
|
0.8
|
0.85
|
|
K
|
1.42
|
1.53
|
1.65
|
1.80
|
1.98
|
2.20
|
2.48
|
2.83
|
3.31
|
3.97
|
4.96
|
6.61
|
当G2=0.0035时，αe＝19 w/(m2.K)，D=ln(5.7395396*ρ)/0.46, 即得外表面太阳辐射吸收系数、反射率和热惰性指标D的关系，如表9。
表9 太阳辐射吸收系数、反射率和热惰性指标D的关系
|
ρ
|
0.7
|
0.65
|
0.6
|
0.55
|
0.5
|
0.45
|
0.4
|
0.35
|
0.3
|
0.25
|
0.2
|
0.15
|
|
反射率
|
0.3
|
0.35
|
0.4
|
0.45
|
0.5
|
0.55
|
0.6
|
0.65
|
0.7
|
0.75
|
0.8
|
0.85
|
|
D
|
3.0
|
2.9
|
2.7
|
2.5
|
2.3
|
2.1
|
1.8
|
1.5
|
1.2
|
0.8
|
0.3
|
-0.3
|
还有通过GB 50176-93民用建筑热工设计规范中的太阳辐射吸收系数、当量附加热阻、等效涂料热阻、外墙平均传热系数的修正系数等进行节能计算。
当然对比数据取值应科学合理，经得起实际检验，应以相同颜色作对比。有的以反射隔热涂料的反射率为80％，以普通涂料的反射率为30％，进行计算，就不是在同一水平上比较。
3.2低碳
外表面涂膜的反射率和发射率越高，其结果向室内传导的热量也就越少，降温能耗就越低，即越节能，越低碳。
隔热节能效果还与外墙平均热阻、气候条件等因素有关。外墙平均热阻较低，隔热节能效果较好。
以JGJ 134-2001夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准和JGJ 75-2003夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准的节能要求空调年耗电量为基础，采用以反射隔热涂料为饰面的外墙外保温系统，节电10％，每1KWh排放1.324kgCO2，每户90m2计，夏热冬冷地区和夏热冬暖地区每平方米住宅和每户CO2减排量如表10和表11所示。
表10 夏热冬冷地区每平方米住宅和每户CO2减排量
|
城市
|
CDD26
|
耗冷量指标qc/ W/m2
|
空调年耗电量Ec/ kWh/m2
|
CO2减排kg/m2
|
户CO2减排
kg/户
|
|
合肥
|
116
|
23.8
|
20.5
|
2.71
|
244.28
|
|
南京
|
175
|
27.3
|
24.9
|
3.30
|
296.71
|
|
上海
|
164
|
26.6
|
24.1
|
3.19
|
287.18
|
|
杭州
|
196
|
28.6
|
26.5
|
3.51
|
315.77
|
|
武汉
|
195
|
28.5
|
26.4
|
3.50
|
314.58
|
|
长沙
|
275
|
33.3
|
32.4
|
4.29
|
386.08
|
|
南昌
|
254
|
32
|
30.8
|
4.08
|
367.01
|
|
成都
|
27
|
18.5
|
13.9
|
1.84
|
165.63
|
|
重庆
|
241
|
31.3
|
29.8
|
3.95
|
355.10
|
|
城市
|
空调耗电量qy,c/kWh/m2.a
|
CO2减排/kg/m2
|
户CO2减排/kg/户
|
|
广州
|
73.33
|
9.71
|
873.80
|
|
福州
|
51.35
|
6.80
|
611.89
|
|
厦门
|
53.96
|
7.14
|
642.99
|
|
南宁
|
68.75
|
9.10
|
819.23
|
|
湛江
|
92.08
|
12.19
|
1097.23
|
|
龙州
|
90.63
|
12.00
|
1079.95
|
3.3缓解热岛效应
发射主要是长波辐射，即以红外的形式把热量发射出去。对于某些光谱带，如8-13.5μm，存在大气窗，即大气中二氧化碳和水蒸气等对这些光谱带的光是不吸收的，它们会无阻碍地通过大气，而被发至大气外层。这不仅有利于隔热，还对解决热岛效应有好处。
根据维恩位移定律，λT = 2898 (μm·K)，其中的λ即某温度T时黑体辐射出射度的峰值波长，计算得夏天外墙面温度和黑体光谱辐射出射度的峰值波长的关系，如表12。
表12 夏天外墙面温度和黑体光谱辐射出射度的峰值波长的关系
|
温度/℃
|
温度/K
|
黑体光谱辐射出射度的峰值波长/μm
|
|
20
|
293
|
9.89
|
|
25
|
298
|
9.72
|
|
30
|
303
|
9.56
|
|
35
|
308
|
9.41
|
|
40
|
313
|
9.26
|
|
45
|
318
|
9.11
|
|
50
|
323
|
8.97
|
|
55
|
328
|
8.84
|
|
60
|
333
|
8.70
|
|
65
|
338
|
8.57
|
|
70
|
343
|
8.45
|
|
75
|
348
|
8.33
|
夏天外墙面温度越低,则墙面光谱辐射出射度的峰值波长越接近大气窗8-13.5μm 中值，就有越多的红外线可以通过大气窗被发至大气外层，从而缓解了城市热岛效应。
4存在问题
红外反射颜料价格较高，造成配色成本较高。红外反射颜料品种有限，使配色也受限制，这些都有待于我们去解决。
作者说明：本文除按赵石林老师要求补齐ASTM C 1483-04要求外，其他同 中国涂料，2011[7] 15-18所刊文章。
