建筑反射隔热涂料的应用现状及存在问题分析

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
       近年来，随着国家提倡节能、环保产业政策的实施，人们的节能意识不断提高，特别是建筑节能，涉及面广，更是日益受到重视，国内不少省市相继颁布实施工业与民用建筑节能法规。涂料行业中最能体现建筑节能的品种之一是建筑反射隔热涂料。由此，建筑隔热涂料的研发及应用提到了议事日程，目前在我国正在形成热潮。出台了JC/T 1040-2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》GB/T 25261-2010《建筑用反射隔热涂料》、JG/T235-2014 《建筑反射隔热涂料》等标准。
        建筑反射隔热涂料是通过反射可见光及红外光的形式将太阳能量隔绝，达到隔热的目的。通过选择合适的树脂、空心陶瓷粉、玻璃微珠、金属或金属氧化物（纳米材料）等功能填料，采用特定的生产工艺便可制得高反射率的涂层。这种涂料具有装饰及隔热的双重作用，属功能性涂料，除用于建筑工程的屋面及墙面的反射隔热，还可运用于石油化工行业、粮食储备行业诸多领域，需求量有迅速增大的趋势，是一种很有发展前途的功能涂料新品种。
       建筑反射隔热涂料产品还未能大范围的应用，其中涂料在建筑工程中的隔热实际效果及隔热时效性还有待在实践工程中进一步考察。

二、应用现状及问题分析
       1. 建筑隔热涂料相关标准中对隔热性能的要求
       2013年前公布实施的行业及国家标准中，隔热指标多为太阳反射比、半球发射率，其具体差异为：
       JC/T 1040-2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》 在标准中提出了17项技术指标，隔热性能为：太阳反射比≥0.83，半球发射率≥0.85，耐人工老化后上述指标分别为≥0.81及≥0.83；
       JG/T 235-2008《建 筑反射隔热涂料》 在标准中提出屋面及外墙反射涂料除应满足相应的标准外，隔热性能为：太阳反射比（白色）≥0.80，半球发射率≥0.80，隔热温差≥10℃，隔热温差衰减（白色）外墙≤12℃；
       GB/T 25261-2010《建筑用反射隔热涂料》在标准中提出：太阳反射比≥0.80，半球发射率≥0.80 其他产品性能满足相关国家或行业标准的要求，其中耐人工老化及耐沾污性能应满足国家或行业标准的最高等级要求。
       HG/T4341-2012 《金属表面用太阳热反射隔热涂料》在标准太阳热反射性能要求：太阳反射比≥0.80，其他色≥0.60，半球发射率≥0.85 ，近红外光反射比要求合格品≥0.60，一等品≥0.70，优等品≥0.80，该标准同时给出了隔热温差的试验方法。
以上4个标准分别为建材行业标准、建工行业标准、国家标准及化工行业标准，均为推荐性标准。
       2. 实际应用中的误区
       2.1将热反射隔热与保温混为一谈
       建筑保温通常是指围护结构在冬季阻止由室内向室外传热，夏季阻止由外至室内传导热量，从而使室内保持适当的温度。如在上世纪80年代末开始发展和应用的硅酸盐复合保温隔热涂料具有密度低、热导率小的特点，可达到隔热保温作用。保温涂料大多用于室内。热反射隔热是指通过反射太阳热辐射来减少建筑物和构筑物热荷载的隔热作用，热反射层具有较高的太阳反射比和半球发射率，一般是不具备保温性能的。如果半球发射率低，即向天空以辐射的形式散热较慢，是否同时具有保温作用还需另当别论。热反射隔热涂料如果与外墙外保温体系配合使用，会具有保温隔热双重作用。严格讲热反射隔热与保温是两个概念，如果同时具有双重作用，要有理论及相应技术指标支持。在实际应用中，许多企业在热反射隔热涂料的宣传材料中都加有保温二字，但在具体的实际应用中缺少相应的保温性能。市场上开始出现跟风炒作的风气 ，很多类似产品说明书上都将隔热保温混为一谈。
       2.2将标准中的隔热温差误认为实际的隔热效果
       目前较为流行的是以现场的模拟实验来验证隔热涂料的效果，大多是在某光源照射下，将涂有隔热涂料及未涂有隔热涂料的试板照射一定时间后，试板背面显示的温度差。在JG/T 235-2008《建筑反射隔热涂料》标准中，设置隔热温差的本意也是可直观的反映热反射涂料的隔热效果，从而为隔热效果的演示、评价提供一种简便易行的测试方法。但在实际的测试方法中，模拟光源与太阳光光谱差别较大，未结合实际工程的环境条件，只是以试验的数据下结论，是没有理论依据的。在许多报道中，也有这种误导的宣传，如有的涂料宣传媒体报道称“在相同的光照能量照射下，涂刷反射隔热涂料和未涂刷反射隔热涂料温差是在15°左右，实现真正意义上的冬暖夏凉”。而在实际的工程中这是不可能达到的，如在北京某粮仓屋面涂刷热反射涂料的工程中，据近一个月的跟踪现场测试，仓内温度平均下降近2度，已是很不错的结果了。因此模拟试验中的隔热温差与实际的隔热效果完全不能等同，不能以此代表涂料的实际隔热效果。
       2.3应用地区与范围不清，笼统认为适用于全国各地
       根据GB 50176-93《民用建筑热工设计规范》[1]，我国建筑热工设计分区及设计要求如下：
严寒地区：必须充分满足冬季保温要求，一般可不考虑夏季防热；
寒冷地区：应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热；
夏热冬冷地区：必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温；
夏热冬暖地区：必须充分满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温；
温和地区：部分地区应考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热。 
       建筑隔热涂料涂在建筑物外表面，在夏季有很好的隔热降温和降低空调能耗的效果，如果没有特殊的设计，其主要适用于夏热冬暖及夏热冬冷地区，如与保温体系配合使用也可用于其它地区。因此反射隔热涂料的应用是有一定区域范围的，不能一概而论。
       3． 实际应用中的瓶颈问题
       3.1耐沾污性差影响其时效性
       实际应用中，反射隔热涂料的涂层性能受外界影响的因素很多，其涂层暴露于大气中，要经受阳光、雨水、风沙、冷热变化等作用。一般来讲，大气中的灰尘及其它悬浮物较多，涂层易受沾污，时间久了，表面变脏，表面涂层的颜色变深，导致热反射性能大幅度降低。如国内某粮仓使用了国外的浅色反射隔热涂料，由于国外涂料没有耐沾污性的要求，很快面目全非，失去了隔热性能。
目前我国涂料耐沾污性的测试方法虽不断地修订完善，但还不能较准确地反映出涂料实际耐沾污的性能，只能作为一种参考。理想的测试应在不同的天然曝晒点进行，但又存在时间长、费用高的问题。
        3.2  反射隔热涂料的实际节能效果尚无系统可行的评价方法
       目前反射隔热涂料的节能评价大多仅停留在试验阶段，涂料的隔热性能指标与建筑节能设计之间尚无统一的、经过认可的计算方法，因而导致了使用反射隔热涂料后的建筑工程难以通过节能验收，在某种程度上也限制了该产品的顺利发展。
       虽然根据某些节能设计标准及热工方面的计算，也能从理论上得到能耗的具体数据，但与实际工程的应用效果还是有一定距离的，跟踪测试很少。在全国各地通过各个级别的评审项目很多，实际工程应用也有用户说明，一些地方也出台了隔热涂料的应用技术规程，但却 很少有实际工程后隔热效果的跟踪测试。往往是工程使用了隔热涂料至于其效果及时效性如何较少有人问津。
        综上所述，目前在我国反射隔热涂料的发展存在雷声大雨点小的现象，企业、科研院校等纷研制、开发出相应产品，实际应用很少见真正成功案例的报道。
       总体来讲，目前在我国建筑反射隔热涂料的发展处于市场培育时期。
        三、发展前景
       1．反射隔热涂料标准的相继出台，对相关产品的生产及应用发展起到了积极的推动作用，但在标准的执行过程中也发现了一些如上所述的问题。可喜的是针对原标准的不足，及时地进行了修订。
2014年1月，JG/T 235-2014《建筑反射隔热涂料》[2]正式发布。该标准要求反射隔热性能如表1：
表1  反射隔热性能

a该项仅限于三刺激值中的YD65≥31.26(L*≥62.7)的产品
       与2008版的标准相比相比，隔热性能要求做了较大的改动，主要变化及如下：
       1） 按照L*的高低，将热反射涂料分为低、中、高三种明度,分别设定隔热指标要求；
        三种明度区间的划分采用了日本标准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） 增加近红外反射比、污染后太阳光反射比变化率和人工气候老化后太阳光反射比变化率指标；
       太阳能量集中在300nm~2500nm波段，即由少部分紫外光、可见光和近红外光组成，可见光波段的反射特性决定了涂层的明暗程度，当涂层的颜色固定时，可见光反射率亦不能改变，若要获得较高的太阳光反射比，就需要提高近红外波段的反射比，因此，近红外反射比的高低是评判热反射涂料和普通涂料的重要依据。新标准引入了近红外反射比的指标，其要求同日本标准JISK 5675“屋面用高日光反射涂料”一致。国内外一些颜填料生产厂家已有高红外反射比的颜料（即所谓的“冷颜料”）和功能性填料供应市场，为彩色隔热涂料的开发提供了原材料。
        对于户外使用的建筑材料，建筑热反射涂料必定受到风雨侵蚀、环境污染、阳光曝晒等影响造成涂层降解、表面集尘，从而使之热反射功能减弱，可见污染和老化对热反射涂料的隔热性能（主要是太阳光反射比）影响不容忽视，直接决定着热反射涂料的使用寿命和节能效果。为了评价热反射涂料的实效性，增加污染后太阳光反射比变化率和人工气候老化后太阳光反射比变化率指标。
       3） 删除“隔热温差”和“隔热温差衰减”项目
       隔热温差指标设置的初衷是直观地反映热反射涂料的隔热效果，从而为热反射材料隔热效果的演示、评价以及热反射涂料的推广提供一种简便易行的测试方法。实际上，当环境条件、试验底材、热反射涂层厚度、结构等条件一定时，热反射面层的反射比直接决定着隔热温差的大小，反射比越大，隔热温差越大，大量的验证试验结果也印证了这一点。也就是说，隔热温差并不是材料本身固有的热性能，而是反射比大小的外在体现而已。隔热温差试验作为企业演示其产品隔热效果的方法尚可，但是作为产品质量标准的性能项目，其试验方法的科学性有待论证。
       2． 涂料的耐沾污性一直是建筑涂料应用中存在的难题之一，随着科技的进步，该问题也在不断的得到改善，通过采取一些有效方法，涂层的耐沾污性得到大幅度提高，如光触媒等介质的采用，具有自清洁功能的罩面涂料已有问世并取得了明显的效果。相关标准GB/T 30191-2013 《外墙光催化自洁涂覆材料》已于2014年9月1日实施。
       对涂料的耐沾污性测试方法GB/T 9780 《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》已进行了修订，有了耐沾污性试验用灰标准样品，进一步提高了耐沾污试验结果的准确性以及与实际污染效果之间的可比性，该修订标准已经于2014年8月正式实施。
       3．修订后的JG/T 235-2014《建筑反射隔热涂料》以及JGJ/T 287-- 2014《建筑热反射涂料节能检测标准》中，对隔热性能的检测，增加了便携式仪器测定法。实际工程检测设备可为现场检测提供服务，有利于反射隔热工程的质量验收和跟踪工程节能效果的测试。
       4．建筑工程行业标准JGJ/T XXX-- XXXX《热反射涂料应用技术规程》正在报批中，将有助于指导建筑热反射涂料的工程施工，控制施工质量，使其真正发挥隔热功能，并能作为工程质量监督部门质量验收的依据之一。在规程中还将引入热工性能计算方法，可为产品在建筑节能中的实际节能计算提供切实可行的方法和数据，能够较直观地反映反射隔热涂料在外墙维护结构中对热工性能的贡献，将会方便设计院、建筑节能相关部门对隔热涂料的了解及选用，促进热反射涂料的推广应用。
       四、结语
       建筑反射隔热涂料是一种新型功能性涂料，随着产品质量的不断提高，相关标准的不断完善，建筑节能模型的能耗计算，加上实际工程的跟踪测试，会在夏热冬暖及夏热冬冷地区的节能应用中得到广泛的应用。

参考文献
       [1] GB 50176-93《民用建筑热工设计规范》
       [2] JG/T 235-2014《建筑反射隔热涂料》