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根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的報(bào)告，建筑業(yè)占據(jù)全球能源需求的34%以上。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減碳目標(biāo)，我們必須有針對(duì)性地改善關(guān)鍵行業(yè)。我國已經(jīng)將建筑節(jié)能設(shè)計(jì)列為強(qiáng)制性要求涂料在線coatingol.com。在這一背景下，采用建筑外墻反射隔熱涂料成為一項(xiàng)有效的節(jié)能措施。相較于傳統(tǒng)涂料，這種涂料具有顯著的隔熱性能提升。在夏季炎熱、冬季寒冷的地區(qū)使用這種涂料可以降低建筑全年制冷能耗28%至34%。尤其在以制冷需求為主的氣候區(qū)域，這項(xiàng)技術(shù)具有巨大的節(jié)能降碳潛力。

壹

我國反射隔熱涂料的種類

我國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)反射隔熱涂料進(jìn)行了三種分類：

• 隔熱中涂漆：具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，是一種中間層涂料，其特點(diǎn)是具有一定厚度，主要隔熱機(jī)理基于熱阻隔。
  

• 反射隔熱平涂面漆：具有較高的太陽光反射率，表面平整，是一種涂料，其隔熱機(jī)理主要基于熱反射。

• 反射隔熱質(zhì)感面漆：采用合成樹脂為基料，太陽光反射率較高，表面呈現(xiàn)立體造型裝飾效果，其隔熱機(jī)理同樣基于熱反射。
  

以上3種涂料均具有一定的隔熱保溫效果，第一種是以熱阻隔為隔熱機(jī)理，后兩種是以熱反射為隔熱機(jī)理。

氣凝膠材料以其超低導(dǎo)熱系數(shù)、A級(jí)不燃、超輕質(zhì)等獨(dú)特特性，在建筑節(jié)能降碳方面展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。氣凝膠反射隔熱涂料巧妙地結(jié)合了熱反射和熱阻隔效應(yīng)，通過包含導(dǎo)熱系數(shù)極低的氣凝膠材料的中間層和具有高太陽光反射率的表面層，協(xié)同作用以有效阻斷熱量的傳遞。這種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)不僅提供了卓越的隔熱性能，還滿足了建筑節(jié)能的迫切需求。

貳

新型氣凝膠反射隔熱涂料

新型氣凝膠反射隔熱涂料采用二氧化鈦和二氧化硅氣凝膠粉末作為太陽反射層的填料，結(jié)合二氧化硅氣凝膠和空心玻璃微珠作為隔熱層的填料制備而成。為增強(qiáng)涂料與建筑墻體的附著效果，底層采用水溶性環(huán)氧樹脂膠。這一精心設(shè)計(jì)的組合不僅提高了反射隔熱效果，而且確保了良好的涂料附著性，使其更適用于建筑應(yīng)用

施工步驟

氣凝膠反射隔熱涂料在建筑外墻的涂覆過程通常包括以下步驟：

① 表面準(zhǔn)備：確保建筑外墻表面平整、干凈，并去除任何塵土、油脂或其他污染物。這有助于提高涂料的附著力。② 底涂層施工：使用水溶性環(huán)氧樹脂膠等底涂材料，均勻涂覆在建筑外墻表面。底涂層的選擇旨在增強(qiáng)反射隔熱涂料與墻體的附著效果。③ 太陽反射層涂覆：將含有二氧化鈦和二氧化硅氣凝膠粉末的太陽反射層涂料均勻覆蓋在隔熱涂層之上。確保涂布均勻，以提供良好的太陽反射效果。④ 隔熱層施工：在底涂層完全干燥后，涂布含有二氧化硅氣凝膠和空心玻璃微珠的隔熱層涂料。這一層旨在提供隔熱效果，幫助減少建筑對(duì)外界溫度的傳導(dǎo)。（閱讀時(shí)請(qǐng)更換步驟③④順序）⑤ 涂料固化：等待整個(gè)涂料系統(tǒng)充分固化。具體的固化時(shí)間會(huì)根據(jù)使用的涂料類型而有所不同，因此要遵循涂料制造商的建議。

⑥ 檢查和修復(fù)：完成涂覆后，檢查涂料表面是否有缺陷或損壞，并進(jìn)行修復(fù)。確保涂料層整體質(zhì)量良好。

圖1  氣凝膠反射隔熱涂料工作原理及組成

叁

氣凝膠反射隔熱涂料、白色顆粒漆、水泥對(duì)比數(shù)據(jù)

目前，對(duì)于反射隔熱涂料的評(píng)價(jià)主要考慮太陽光反射率、近紅外反射率、導(dǎo)熱系數(shù)和隔熱溫差等關(guān)鍵指標(biāo)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 25261—2018《建筑用反射隔熱涂料》。在研究反射隔熱涂料的節(jié)能效果時(shí)，可以采用比較建筑在使用涂料前后的制冷能耗的方法。這些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和研究方法有助于全面了解反射隔熱涂料的性能和實(shí)際應(yīng)用效果。

新型氣凝膠反射隔熱涂料的結(jié)構(gòu)包括反射面層、氣凝膠隔熱層和底層。該涂料通過反射大部分太陽輻射，同時(shí)借助多種機(jī)理協(xié)同作用，如阻隔熱傳導(dǎo)等。我們進(jìn)行了太陽光反射率、導(dǎo)熱系數(shù)和隔熱溫差的測(cè)試，并以夏季炎熱、冬季溫暖的地區(qū)為例，計(jì)算了其在建筑外墻上應(yīng)用的節(jié)能潛力。這種涂料的設(shè)計(jì)和性能特點(diǎn)使其在提高建筑能效方面具有顯著的潛力。

01 氣凝膠反射隔熱涂料的熱反射率

氣凝膠反射隔熱涂料的熱反射率是指該涂料對(duì)熱輻射的反射能力。這一性能在降低建筑表面溫度、減輕熱負(fù)荷以及提高節(jié)能效果方面起到關(guān)鍵作用。對(duì)于氣凝膠反射隔熱涂料，由于其設(shè)計(jì)用于提高建筑的隔熱性能，其熱反射率通常較高。這意味著涂覆了這種涂料的表面能夠更有效地反射掉來自太陽輻射的熱量，減緩建筑物的升溫。

圖2展示了氣凝膠反射隔熱涂料（AC）與兩種常用外墻材料（WC、CC）的太陽光譜反射率。通過計(jì)算，得出三種材料的平均太陽光反射率分別為89%、74%和29%，而近紅外反射率分別為91%、73%和28%。明顯可見，與兩種常用外墻材料相比，氣凝膠反射隔熱涂料的太陽光反射率和近紅外反射率分別提升了20%、207%和25%、225%。這突顯了氣凝膠涂料在反射性能上的顯著優(yōu)勢(shì)。

圖2  3類材料的太陽光譜反射率

02 氣凝膠反射隔熱涂料的導(dǎo)熱系數(shù)

氣凝膠反射隔熱涂料的導(dǎo)熱系數(shù)通常較低，這是其優(yōu)越的隔熱性能的關(guān)鍵因素之一。具體的導(dǎo)熱系數(shù)取決于具體的氣凝膠反射隔熱涂料的配方和制備工藝，不同廠家和產(chǎn)品可能有略微不同的性能。通常來說，氣凝膠本身是一種多孔且輕質(zhì)的材料，其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低。而在反射隔熱涂料中，氣凝膠通常被設(shè)計(jì)成一層隔熱層，有效減緩了熱量的傳導(dǎo)。表1為氣凝膠反射隔熱隔熱涂料(AC)與兩種常用外墻材料( WC、CC )的熱物性參數(shù)，可見因?yàn)锳C中的二氧化硅氣凝膠具有超輕、超低導(dǎo)熱和納米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱系數(shù)、干密度和比熱容遠(yuǎn)低于WC和CC。相比于WC、CC兩種外墻材料，AC的導(dǎo)熱系數(shù)分別降低了87%、92%。

表1  3類涂料的熱物性參數(shù)

03 氣凝膠反射隔熱涂料的隔熱溫差

氣凝膠反射隔熱涂料的隔熱溫差通常取決于多個(gè)因素，包括涂料的配方、厚度、表面特性，以及環(huán)境條件等。隔熱溫差是指涂料應(yīng)用后，建筑表面溫度與未涂料表面溫度之間的差異。一般而言，氣凝膠反射隔熱涂料通過其特殊設(shè)計(jì)的隔熱層，可以有效降低建筑表面的溫度，從而減緩室內(nèi)的升溫。這種隔熱效果有助于提高建筑的能效，降低空調(diào)負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

測(cè)試結(jié)果計(jì)算的AC、WC、CC的隔熱溫差分別為33.8℃、24.6℃、8.89℃，可見氣凝膠反射隔熱復(fù)合涂料的隔熱性能遠(yuǎn)大于其他普通涂料。

由圖3還可以看出，在初始階段，AC的溫升曲線斜率遠(yuǎn)小于其他涂料及參比黑板，且較早的達(dá)到了溫度動(dòng)態(tài)平衡，最終穩(wěn)定在 40.3℃ ，而WC和CC則最終分別穩(wěn)定在49.5℃、65.2℃ ，說明氣凝膠反射隔熱涂料其較高的太陽光反射率反射了大部分的光輻射能量；其極低的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)一步阻隔了熱量向基體的傳遞，熱反射和熱阻隔協(xié)同作用，得到了較好的隔熱效果。

圖3  不同涂料的動(dòng)態(tài)升溫

04 氣凝膠反射隔熱涂料應(yīng)用于夏熱冬暖地區(qū)的節(jié)能潛力

以制冷需求為主且太陽輻射強(qiáng)度較大的夏熱冬暖地區(qū)為例，針對(duì)該地區(qū)一字型、T字型、T字型(大戶型)3種典型建筑模型，計(jì)算氣凝膠反射隔熱涂料(AC) 與兩種常用外墻材料( WC、CC)應(yīng)用于典型住宅建筑全年制冷能耗。WC、CC的太陽光反射率分別代表目前該地區(qū)的新建建筑與老舊建筑。3種典型建筑模型如圖4所示。

圖4  3種典型建筑的模型

圖5所示為3種典型建筑外墻分別應(yīng)用AC、WC、CC后的全年制冷能耗，由圖5可知，使用AC后，建筑的制冷能耗有了顯著降低：相比于代表老舊建筑涂料的CC，全年制冷能耗降低了27.70%～34.14%；相比于代表新建建筑涂料的WC，全年制冷能耗降低了8.8%～ 11.4%。

進(jìn)一步分析可知，使用氣凝膠反射隔熱涂料（AC）對(duì)不同建筑類型的節(jié)能效果也不同，如相比于CC，建筑A的全年制冷能耗減少了13 009 kW·h，而建筑B則減少了14 483 kW·h，建筑C減少了13 355 kW·h。

圖5  全年制冷能耗

總結(jié)

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，氣凝膠反射隔熱涂料表現(xiàn)出出色的隔熱性能和卓越的節(jié)能效果，適用于建筑領(lǐng)域的節(jié)能和減碳措施。特別是在以制冷需求為主的氣候區(qū)域，其潛在的節(jié)能減碳效果更為顯著。總體而言，氣凝膠反射隔熱涂料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì)表現(xiàn)為更加注重可持續(xù)性、智能化、多功能性設(shè)計(jì)以及與綠色認(rèn)證的結(jié)合。這些趨勢(shì)將推動(dòng)氣凝膠涂料技術(shù)的不斷創(chuàng)新，為建筑行業(yè)提供更可持續(xù)、高效的解決方案。