反射隔热涂料发展现状分析

 

       关键词：建筑节能涂料，反射隔热涂料，现状分析，健康发展

 

       应用建筑节能涂料解决建筑外围护结构的节能问题是节约能源、提高建筑物居住和使用功能的一种重要手段。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例一般在30%～40%,且其中绝大多数是采暖和空调的能耗,故建筑节能意义重大。  夏日，避免室内过热的主要途径是使室外热量尽量少传入室内并使室内热量能很快散发出去，以改善热环境。冬日则是避免室内的热量通过墙体向室外扩散。建筑隔热保温的主要措施有屋面、墙体的隔热，窗口的防辐射，房间内的保温等。其中外围护结构的表面采用反射隔热涂料，以减少对太阳辐射热的吸收，降低建筑物外表面温度，从而达到降低围护结构的内表面温度，是建筑节能的重要措施之一。当前，外墙反辐射隔热涂料已得到广泛应用，但却存在严重的混乱问题，一些假冒伪劣产品充斥市场，妨碍了整个行业的健康发展，此刻我们更要强调全面健康地发展各种建筑节能涂料。

       目前解决建筑节能问题的建筑节能涂料有: 外墙反辐射隔热涂料，冷屋面涂料，和建筑门窗用透明隔热玻璃涂料。

图1.  反射隔热涂料涂层结构与隔热原理

       可采用钛白粉等反射型颜料，能将太阳光中的热量（主要是红外线部分产生）由涂料表面反射回去，从而具有隔热作用。可采用中空体的陶瓷微珠以降低涂层的导热系数. 陶瓷微珠的主要作用是，当涂层表面吸热后，由于涂层的中空结构导热系数低从而少传热，以保持室内温度低。还可同时采用远红外陶瓷粉等原料，该原料的作用是通过将吸收到的中远红外辐射热以红外发射的方式在8~13. 5μm波段穿过大气红外窗口,高效地发射到大气外层,从而达到快速降低涂层表面温度。好的外墙反辐射隔热涂料应是三种隔热原理的恰当配合，充分发挥其综合效应。

 

图2.  屋面的阳光发射和热传导

        将反射隔热涂料涂覆于屋顶形成一层高红外反射涂层，俗称“冷屋面”。白色的丙烯酸系列高级外墙涂料可以认为就是一种“冷屋面”涂料。但若冷屋面涂料要求是彩色的，则需要用各种反射颜料（具有近红外反射功能的颜料）调色，配制成彩色反射隔热涂料使用于屋面，使屋面少吸收热而达到隔热节能效果。这种冷屋面涂料有特别的技术指标要求（如冷屋面涂料标准规定的各种明度条件下近红外反射率的指标值）。在美国，能源部和环保部正大力推广屋面防水隔热系统，因为这种涂层防水系统较使用屋面防水卷材更节能和环保。在美国，日本等发达国家这种节能环保隔热防水涂料可以占到屋面防水材料市场的30-40%份额，尤其在屋面维修和翻修市场，这应因起我们的高度关注。

 

       图3透明隔热玻璃涂料的技术指标：红外光屏蔽率65％，可见光透过率70％ 

       建筑用透明隔热玻璃涂料主要是基于一些半导体材料（如ATO、ITO），由其制成的透明涂料有很高的红外屏蔽效果和良好的可见光区透过率，利用材料的这种特性，通过在玻璃表面涂覆成膜，可阻隔太阳光谱中的红外线进入室内，以降低夏季建筑物室内的空调能耗。该项技术的产品可以显著降低建筑玻璃幕墙的遮蔽系数，通过模拟计算，使用前后玻璃的遮蔽系数可以降低50%甚至更低，同时该技术的实施不影响建筑玻璃的室内采光，从而提高建筑室内环境的舒适性。适用于夏热冬冷地区、夏热冬暖地区等有夏季遮阳、隔热要求的地区。适用工程类型既有建筑门窗节能改造、新建建筑节能门窗及其它需透明隔热领域。适用工程部位：建筑外门窗、透明玻璃幕墙，汽车玻璃等。

 

1.4 三种建筑节能涂料特点和作用

表1.  三种建筑节能涂料的原理及其热效应

 

       反辐射隔热涂料在我国经历了15年的发展【1-2】，取得长足的进步，成绩是主要的【3-4】，我们可从15年来国家发明专利申请情况看：1999-2015年的15年间反射隔热涂料领域所申请的发明专利已公开229件（其中57项已授权）。2006年之前较为稀少，每年均不多于5件。而2006年后呈逐年上升趋势，尤其是2011年后的申请量急速攀升，这种申请量的变化，既体现出这一行业内知识产权意识的提高，也体现出客观环境对专利申请的正面引导，更反映了我国对于建筑节能事业的重视和建筑节能涂料技术在我国的快速发展。十五年来，我国建筑节能涂料产业的迅猛发展，成绩是主流。

已授权的专利绝大多数集中在涂料配方及其制备方法领域，工艺设备、质量标准控制及测试方法、施工方法等方面专利很少，体现出专利的同质化趋势。这些都是这一领域现存的问题。

表2.十五年来“反射隔热涂料”国家发明专利情况分析（最早的6项专利）

       目前国内生产反射隔热涂料从隔热原料划分可归结为四种技术路线，如表3。

        

       受价格成本因素的影响，国内很少有单一采用微珠（具双反射型）路线的。应采用四种技术路线（珠，粉，浆，颜）的合理组合，才能生产出高质量的性价比高的彩色反射隔热涂料。

（1） JC/T 1040-2007 “建筑外表面用反射隔热涂料” 

（2） JG/T235-2008 “建筑反射隔热涂料” 

（3） GB/T 2561-2010 “建筑用反射隔热涂料” 

（4） HG/T4341-2012“金属表面用热反射隔热涂料”

（5） JG/T375-2012 “金属屋面丙烯酸高弹防水涂料”

（6）.JG/T402-2013   “热反射金属屋面板” 

（7） JG/T235-2014“建筑反射隔热涂料”

（8） JGJ/T287-2014“建筑热反射涂料节能检测标准”

（9） GB/T31389-2015《建筑外墙及屋面用热反射材料技术条件及评价方法》 

 （10）JGJ/T287-2015 《建筑反射隔热涂料节能检测标准》 

各标准隔热性能指标及特点和我们的评价如表4.

表4. 对“反射隔热涂料”相关标准的评价

       作者认为，目前序号6,7,9这三个标准对引领反射隔热涂料的健康发展有重要作用。

       GB/T 25261-2010《建筑用反射隔热涂料》国家标准首次对反射隔热涂料引入热工性能的指标“等效涂料热阻”的概念，引入热工性能计算方法，为产品在建筑节能中的实际节能计算提供了切实可行的方法和数据。反射隔热涂料增加了墙体的隔热性,增加的隔热性能依据其节能效果折算为反射隔热涂料的等效热阻，这是该标准对推动反射隔热涂料在我国的应用作出的一大贡献。

“国标”存在的缺陷：

       国标的重要缺陷在于：标准规定的二项光学指标（太阳光反射比(白色）≥ 0.80半球发射率≥ 0.80）不是反射隔热涂料的特征性指标（未直接反应隔热性），门坎太低，太容易达到。作者曾对反射隔热涂料的性能和测试标准及方法做过深入的研究，发现经测试几乎所有的普通白色涂料都可以达到国标的这二项光学指标，这也导致业界一个心照不宣的共识，所有的普通白色外墙涂料送去检测，按反射隔热涂料的国家标准都能合格，拿到符合“建筑用反射隔热涂料”国家标准的“荣誉证书”，于是业界无需花大力气制造高成本的真正有节能作用的“反射隔热涂料”，于是市场充斥着大量普通的白色外墙涂料冒充“反射隔热涂料“。针对这种市场乱象，作者在住建部发展中心召开的全国首次“建筑用反射隔热涂料应用交流研讨会”上作主题演讲“正确评价和发展建筑外墙节能涂料”【10】。主张要对彩色反射隔热涂料有检测标准，要用反射颜料制备彩色反射隔热涂料；要尽快研制出能真正判定反射隔热涂料质量高低的“隔热温差测试仪”来解决市场乱象问题【11-13】。2014年更有业界专家按“国标”检测了各种普通的白色涂料包括石灰水，发现它们的二项光学指标都符合国家标准，甚至更高，而有些真正有节能效果的浅色反射隔热涂料反而不合格【14】。这种因“国标”无法判定什么是真正的“建筑用反射隔热涂料”的混乱现象再也不能继续下去了，国标必须及时修改！

（1）太阳光反射比；

（2）近红外反射比，

（3）半球发射率（4-25微米，80℃），

（4）特征波段（8-14微米，80℃）半球发射率，

（5）涂层导热系数

（6）隔热温差

       这里要特别要说明的有二点，一是这些指标不能是单针对白色反射隔热涂料，必须是针对所有色彩，因此有必要对于1-4项技术指标的数值按涂料的明度值设置不同的指标值（此四项技术指标数值的确定可参照新的行业标准JG/T235-2014来制定）

二是“隔热温差”是检测反射隔热涂料质量好坏的最直接指标，可以用来评定产品的级别（1级品，2级品和合格品）。早在30年前美国军事标准就是使用测量隔热温差的办法来检测节能涂料的质量，国内绝大多数研发节能涂料产品的机构，在研发过程中控制质量指标的办法也是使用测量或比对涂料降温效果的办法，并且已积累了丰富的经验，虽然这种方法仍有许多影响结果准确度和重复性的因素，如①模拟太阳光光源的选择，哪种光源更接近真实。②如何考虑测量环境温度的影响？③如何考虑涂层表面气流（风速）的影响？④涂层附着材料的差异与选择。⑤温度传感器的灵敏度。⑥外墙涂层表面温度和内墙温度，哪个更能说明涂料的功能。⑦对比涂料和对比色系色阶涂料的统一规定。因此，目前不同文献所介绍的资料，由于实验条件各不相同，降温效果的数据出入很大，从5℃以下到25℃以上都有，不好作相互的比对，但是只要借助标准的规定确定一个合理的比较完善的共同认可的实验条件，是可以找到一个相对合理的节能涂料降温效果是否合格的指标的。再不会出现目前这种产品标准规定的指标实际上不能控制产品的质量这样的问题。

        为了能正确评价彩色反射隔热涂料的隔热能力和质量水平，在新的反射涂料标准中(JG/T 235-2014) 对反射率作了细分并规定了不同明度的反射涂料的反射率值，该标准的重点是对不同明度的彩色隔热涂料提出了要达到的近红外反射比值的要求，而此指标与涂料的实际隔热效果有直接和重要的关联。该标准的缺点是：仍无“隔热温差”指标和相应的测试方法和测试仪器。

       JG/T235-2014 235-2014“建筑反射隔热涂料”标准使我们对市场上流行的主要产品-彩色反射隔热涂料的质量有了评价标准，这比“国标”是一个大进步。因此，在国标未修改前，可用此标准来评定反射隔热涂料的质量水平，以保证彩色反射隔热涂料的质量评价有标准可依，但这也是暂时的，大家不应以达此标准为满足，应对自己的产品有高标准要求。 

       该标准提出“涂层热工性能要求”如表5

 

 

该表中的隔热温差可用如下的仪器进行测试

 

图4. 一种热反射屋面热性能测试设备

       该标准可认为是国内第一个解决了将“隔热温差”列为涂层热工性能要求的重要指标，同时又解决了测试方法和测试仪器问题。这一点，很值得我们在修订反射隔热涂料的国家标准时借鉴。

        将反射隔热涂料涂覆于屋顶形成一层高红外反射涂层，俗称“冷屋面”【15】。冷屋面涂料多数是彩色的，而制作彩色冷屋面涂料的关键是使用冷颜料。目前国内采用的冷颜料有三种，其化学结构和应用特点如表6和表7。

表6. 三种冷颜料的结构 

 

表7. 三种“冷颜料”比较

       由于目前反射隔热涂料生产厂家选用的反射颜料都是进口产品，因此研制和生产性价比高的国产反射颜料是发展好反射隔热涂料产业一个紧迫的问题。

 

       建筑用透明反射隔热涂料有二种类型：一种为反射型，其特点是透明且对中远红外有高的反射率；另一种为吸收型，其特点是透明且对近红外有很高的吸收性。反射型透明涂料涂覆于玻璃表面制成保温玻璃，适于北方地区应用。吸收型透明涂料可制成隔热玻璃，适于我国广大南方地区应用。建筑玻璃隔热涂料的应用已得到国家政策的支持，预计今后几年，这种透明隔热涂料将在现有建筑玻璃门窗的节能改造工程中得到广泛的应用；也可以用这种涂料制成新型的“隔热涂膜玻璃”产品。

  

       反射隔热涂料的发展近年来受到国家政策的支持：2012年8月6日国务院关于印发节能减排“十二五”规划的通知中要求：建材行业要求加快开发推广高效阻燃保温材料、低辐射节能玻璃等新型节能产品。另外建筑节能方面开展绿色建筑行动，从规划、法规、技术、标准、设计等方面全面推进建筑节能，提高建筑能效水平。2014年4月财政部，住房和城乡建设部“关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见”明确提出“到2020年，绿色建筑占新增建筑的比重应达30%以上。2014年6月建设部下发了实施绿色建筑及既有建筑节能改造工作定期报表的通知；既有建筑于2020年全部实施节能改造的目标。2015年3月李克强总理在两会的报告中提出要把节能环保产业打造成新兴的支柱产业。2015年3月27日《江苏绿色建筑发展条例》通过人大 审议，江苏成为第一个为“绿色建筑”立法的省份 。

       至2015年10月，国家及江苏，湖南，重庆，广东，广西及安徽等省市“建筑反射隔热涂料应用技术规程”陆续出台。外墙改造方法中明确：“涂刷反射隔热涂料或反射保温隔热涂料” 

从国家统计局统计数据：自1981年至2013年的33年，我国共建房屋601亿平方米，其中住宅房屋405亿平方米，占2/3。据此估计，既有建筑至少有400亿平方米以上。以其中1.5%需重涂翻新计，就有6亿平方米/年，约占新建房屋的 17%。旧房翻新市场潜力巨大，值得建筑涂料企业关注。外墙面积若3亿平米作节能改造，需反射隔热涂料10万吨。目前全国反射隔热涂料生产厂家有200家以上，江苏某涂料公司2014年 约有4000吨反射隔热涂料销量。估计目前全国反射隔热涂料的销售量约在5万吨/年左右。 

 

       1.建筑节能涂料存在四个品种：外墙反辐射隔热涂料，冷屋面涂料，内墙保温涂料及建筑门窗用透明隔热玻璃涂料。外墙反辐射隔热涂料根据隔热原理可分为三个类型：反射型，辐射型和阻隔型。好的外墙用反射隔热涂料应尽可能发挥三种机理的综合作用。全面发展和应用这四种涂料才能解决建筑外围护结构的节能问题。

       2.目前解决“建筑用反射隔热涂料”市场乱象问题的关键是立即修订该涂料的“国家标准”《建筑用反射隔热涂料》 GB/T 25261-2010。修改该标准可参照：“热反射金属屋面板” JG/T402-2013和建筑反射隔热涂料JG/T235-2014。修订好国家标准才能进一步保证反射隔热涂料的健康发展。

       3.采用“冷颜料”可制备“冷屋面”节能涂料，即国内的“彩色反射隔热涂料”。国外主要用这种隔热涂料（兼具防水性）作屋面涂料。预计未来冷屋面涂料在中国有很大的应用前景，要重视冷屋面涂料的发展。

       4.要积极研发和生产几种关键的反射隔热涂料的原材料（陶瓷微珠，远红外粉，气凝胶，冷颜料），尽快向行业提供性价比高的国产原材料，以促进厂商生产高质量的反射隔热涂料

       5.要发挥好“反射隔热涂料技术协作网”对整个行业的引领作用，如:组织对标准和技术规程的制订和修改工作；组织对原材料和测试仪器的研发，制造和鉴定工作；组织对全行业反射隔热涂料产品的抽检和评定工作，定期组织全行业的技术交流活动和专家组对会员单位的技术服务，以此引领和推动反射隔热涂料的全面健康发展。

 

参考文献

 

1．赵石林，水性反辐射隔热涂料，中国发明专利，ZL 99114454.6

2．赵石林等，弹性薄层隔热保温涂层，中国发明专利,ZL20061009633.0

3．余丽蓉，陆春华，高树军，赵石林，许仲梓，隔热功能涂料的研究与发展趋势[J]，材料导报，2006，20（10）：52-55

4．余丽蓉，陆春华，赵石林，许仲梓，弹性薄层反辐射隔热涂料的研究[J]，材料科学与工程学报，2007，25（2）：265-268

5.建筑外表面用反射隔热涂料,行业标准JC/T1040-2007

6. 建筑用反射隔热涂料,国家标准GBT25261-2010

7. “热反射金属屋面板”，行业标准JG/T402-2013，主要起草人：蒋荃等

8. 建筑反射隔热涂料,行业标准J/GT235-2014，主要起草人：熊永强，杨文颐等

9. 江苏省建设厅,江苏省工程建设标准 DGJ32/TJ165-2014, 弹性隔热涂料保温系统应用技术规程

10．赵石林, “正确评价和发展建筑外墙节能涂料”，建筑用反射隔热涂料成果应用研讨会主题演讲，住建部科技发展促进中心，2013年6月，合肥，新浪博客：blog.sina.com.cn/s/blog_b0c121230101e8ir.html

11． 赵石林等.一种透明隔热材料隔热性能的检测方法和检测装置，中国发明专利号：200710090103.1.

12．张永进， 许仲梓， 赵石林， 陆春华，“低反射光学功能涂层材料的组成与反射特性研究”，光学技术，2009年3月

13. 赵石林，建筑外墙节能隔热涂料的制备和应用，上海涂料，2014，52

（9）：24-27

     14. 王秀云； 孙发丰； 渠荣篯； 张华云，“关于反射隔热涂料产品标准的探讨与思考”，标准科学，2014,12,57-60

    15. 孟刚，“面向有色冷屋面的CRCMs研究”，建筑技艺，2014,4,109-111

16. 赵石林，添加剂组合物、绝热涂料及用途，中国发明专利，201510295734.1（2015年）

17.赵石林，“反射隔热涂料的正确生产与应用”，建筑用反射隔热涂料技术交流研讨会（论文集），住建部科技发展促进中心，2015.4，江苏常州 

18.赵石林，“全面健康地发展我国建筑节能涂料产业”，第三届中国建筑涂料高新技术峰会论文集，中国建筑涂料协会，2015年6月，广东佛山

19.赵石林，“纳米光功能复合涂料及其应用”， 第4届特种涂料技术及应用研讨会论文集， 第1页，《涂料工业》杂志社，2015年8月，西安 

20. 赵石林，“全面高质量地发展反射隔热涂料产业”冷屋面材料应用技术研讨会资料集， 第184页，中国建材检验认证集团，2015年10月，上海 

 

作者简介：赵石林，南京工业大学教授,中国建筑涂料协会专家组副组长，住建部发展中心“反射隔热涂料技术协作网”副组长。1988年毕业于南京大学化学系获博士学位，从事涂料研究开发30年，是中国建筑涂料领域三项重要发明（“多彩涂料”，“反辐射隔热涂料”和“纳米透明隔热涂料”）的第一发明人。赵教授在涂料领域共获得15项国家发明专利，研制成功的建筑节能涂料达到国际先进水平并在我国得到广泛的推广应用。因在这一领域的突出成果曾获得省部级科技一等奖和三等奖。著有"新型涂料手册"，“纳米复合涂料”等专著,主编“建筑涂装工技师”国家鉴定培训教材；发表论文60余篇。