反射隔热真石漆涂层的节能设计在工程中的应用

福建建设科技　２０１９􀆰Ｎｏ􀆰１

■建筑材料

反射隔热真石漆涂层的节能设计在工程中的应用

王剑峰(福建省建筑科学研究院有限责任公司　福建省绿色建筑技术重点实验室　福建福州　３５０１０８)

[摘　要]　对反射隔热真石漆的隔热机理进行了研究ꎬ并设计了反射隔热涂层ꎮ以漳州某工程为例ꎬ将反射隔热真石漆应用于项目的节能设计中ꎮ

[关键词]　反射隔热真石漆ꎻ涂层设计ꎻ节能设计

Ｌａｙｅｒｅｄｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｓｔｏｎｅｐａｉｎｔｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｄｅｓｉｇｎ

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｈｅａｔ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｔｏｎｅｐａｉｎｔｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄꎬａｎｄｔｈｅｌａｙｅｒｅｄｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｒｅｆｏｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ.ＨｅｒｅｉｎｓｕｃｈｓｏｒｔｏｆｓｔｏｎｅｐａｉｎｔｓｉｓａｐｐｌｉｅｄｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｐｒｏｊｅｃｔｉｎＺｈａｎｇｚｈｏｕＣｉｔｙａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｈｅｒｍａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｓｔｏｎｅｐａｉｎｔꎬｌａｙｅｒｄｅｓｉｇｎꎬｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｄｅｓｉｇｎ０　引言

反射隔热真石漆是集反射太阳辐照、辐射蓄积能量与阻隔热传导于一体的新型隔热涂料ꎬ兼具传统真石漆的装饰性与保温材料的节能性[１]ꎮ该产品是在真石漆的基础上ꎬ选用的高反射性的颜填料能进行热量辐射以散热降温[２ꎬ３]ꎬ把物体表面累积的热量以长波形式辐射到大气中去ꎻ涂层中含有的导热系数极低的中空陶瓷微珠可有效延缓热能传递ꎬ阻隔大气及涂层表面热量向建筑内部传导ꎮ因此ꎬ区别于传统真石漆ꎬ需要研究其反射隔热机理并进行相关涂层设计ꎬ才能更好地发挥其特殊功能性ꎮ此外ꎬ有别于保温材料以导热系数代入工程节能计算ꎬ在实际工程应用中ꎬ需要将该产品以附加热阻的形式介入到节能设计中ꎮ本文旨在对反射隔热真石漆的隔热机理进行研究ꎬ并对产品反射隔热涂层体系进行设计ꎬ使隔热体系能更好地满足功能性要求ꎻ并以漳州某工程为例ꎬ将反射隔热真石漆应用于该项目的工程设计中ꎮ１　反射隔热真石漆的隔热机理

太阳光谱主要是由２５０~２５００ｎｍ的波长区域组成的ꎬ其中可见光(３８０~７８０ｎｍ)约占太阳辐射能量的５０％ꎻ红外光(７８０~２５００ｎｍ)约占太阳辐射能量的４５％ꎮ可见ꎬ太阳辐射的大部分能量都集中在可见光和红外光区ꎮ反射隔热真石漆是集反射太阳辐照与阻隔热传导于一体的新型隔热涂料ꎮ其作用机理主要有:(１)通过真石漆中的高反射颜填料对可见光和红外光区波段范围的太阳辐射热进行反射ꎬ延缓因太阳辐射在物体表面累积升温ꎻ(２)将高于室温的涂层充裕热量由表面辐射至外界ꎬ降低涂层表面的温度ꎻ(３)涂层中导热系数极低的中空陶瓷微珠及彩砂能够隔绝热能的传递ꎬ延缓物

作者简介:王剑峰(１９８１.１１－)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ材料学专业ꎬ福建福州人ꎬ高级工程师ꎮ

图２　隔热体系涂层设计方案图１　反射隔热真石漆作用机理示意图

体表面高温内部传导ꎮ

通过以上三个机理协同作用ꎬ确保了被涂刷建筑内部能保持较低温度ꎬ从而达到隔热的目的ꎮ２　反射隔热真石漆的涂层体系设计

区别于普通涂装体系ꎬ反射隔热真石漆需要满足隔热的功能性要求ꎬ因此就需要对涂层进行设计ꎬ使其尽可能发挥体系的协同作用ꎬ达到反射隔热的节能需求ꎮ总体而言ꎬ反射隔热真石漆涂层体系应为多层涂装体系ꎬ包括反射封闭底涂、反射隔热真石漆与罩面漆三层(如图２)ꎬ三层结构相对ꎬ又彼此协同联系ꎬ发挥作用ꎮ

相对于传统底漆ꎬ反射封闭底涂使用钛白粉及高反射颜填料作为填充料ꎬ使反射隔热真石漆在此涂层的反射率得以较大提高ꎻ同时ꎬ反射封闭底涂中有大量的低导热系数的陶瓷微珠ꎬ能起到阻隔热传导功能ꎮ

反射隔热真石漆位于整个涂层体系的中部ꎬ被有效保护的同时可发挥其最大效用ꎮ一方面ꎬ体系中的高反射颜填料

■建筑材料

福建建设科技　２０１９􀆰Ｎｏ􀆰１

依据其节能效果折算为反射隔热真石漆的热阻[４ꎬ５]ꎮ

２９　

及红外发射粉体能最大限度地反射太阳辐射ꎻ其二ꎬ粉体状的颜填料及红外发射粉体可作为填充料能补充涂层中彩砂间的孔隙ꎬ阻隔热传导ꎻ其三ꎬ涂层中低导热系数的材料ꎬ如中空陶瓷微珠及彩砂能最大限度地提高热阻ꎬ降低涂层传热ꎮ

罩面漆采用聚合物硅树脂乳液和核壳结构改性苯丙乳液进行复配ꎬ其较高的核层玻璃化转变温度可使面漆具有良好的硬度和耐沾污性ꎬ较低的壳层玻璃化转变温度可使面漆具有较低的最低成膜温度ꎬ其较低的表面张力确保了涂层的憎水性和耐沾污性ꎬ能够使中部的反射隔热真石漆能更长时间地保持原有色泽ꎮ核壳结构的乳液微胶囊同样具有较低的导热系数ꎬ能在一定程度上提供热阻ꎬ阻止热传导ꎮ

三层涂膜结构虽各自ꎬ又相互联系协同ꎮ三层涂膜均为水性涂层ꎬ胶结主材均为丙烯酸乳液ꎬ颜填料均为无机粉体材料ꎬ各层之间相容性好ꎬ界面粘结强ꎮ辐射热能在三层结构中无障碍地进行传递及消散ꎬ保证了涂层体系的传热性能ꎮ

与传统的涂层相比ꎬ本项目在赋予涂层丰富的色系及质感ꎬ满足涂层的修饰美化要求的同时ꎬ可经反射太阳辐照与延缓热传导等协同作用有效阻隔热量传递ꎬ降低室内温度ꎻ且系统中所采用的材料均有水溶性环保材料ꎬ无毒无害ꎬ迎合低碳环保的潮流ꎬ进一步实现节能减排的目标ꎮ３　反射隔热真石漆工程节能设计应用

建筑反射隔热真石漆集传统涂料装饰性与保温材料的节能性于一体ꎮ因此ꎬ反射隔热真石漆可作为节能材料参与工程节能计算ꎮ在实际应用中ꎬ反射隔热真石漆可以通过计算围护结构的等效热阻来量化ꎬ并以等效热阻的形式应用于节能设计ꎮ等效热阻指的是采用反射隔热真石漆时ꎬ与采用普通涂料相比ꎬ增加了围护结构的隔热性能ꎬ该增强的隔热性能

现以漳州高新区某项目工程８＃楼为例ꎬ进行节能计算:设计依据按ＤＢＪ１３－４２－２０１４«福建省居住建筑节能设

计标准»第１２页表４􀆰１􀆰１５执行ꎬ反射隔热外饰面当量附加热阻值以０􀆰２０代入节能计算ꎮ使用清华斯维尔节能设计软件进行规定性指标的节能计算ꎬ可以通过工程构造中的附加热阻栏进行添加设置ꎬ如图３ꎮ生成节能报告后ꎬ可以发现ꎬ在砖墙、剪力墙、构造梁、构造柱的结构构造中均添加了由反射隔热真石漆提供的当量附加热阻０􀆰２ꎬ如表１、表２ꎬ在不使用其他保温材料的前提下ꎬ能使得构造墙体的传热系数降低ꎮ从项目报审表也可以看出(如表３)ꎬ项目的外墙以反射隔热真石漆作为外饰面后ꎬ该项目在不使用其他保温材料的前提下ꎬ外墙的热工性能如传热系数Ｋ及热惰性指标Ｄ均能满足节能设计规范要求ꎮ

图３　在清华斯维尔节能设计软件中添加附加热阻

表１　砖墙部分增加了由反射隔热真石漆提供的附加热阻值

材料名称(由外到内)

水泥砂浆

煤矸石烧结多孔砖＝５００石灰水泥砂浆各层之和∑附加热阻

外表面太阳辐射吸收系数传热系数Ｋ＝１/(０.３１＋∑Ｒ)

厚度δ(ｍｍ)２０１９０２０２３０

导热系数λＷ(ｍ􀅰Ｋ)０.９３００.５６００.８７０－

蓄热系数ＳＷ/(ｍ２􀅰Ｋ)１１.３７０７.６３０１０.７５０－

修正系数

α１.００１.００１.００－

热阻Ｒ(ｍ２􀅰Ｋ)/Ｗ０.０２２０.３３９０.０２３０.８７８０.２０

热惰性指标Ｄ＝Ｒ∗Ｓ０.２４５２.５８６０.２４７３.０７８

反射隔热外饰面(０.４０≤ρ<０.６)(ρ为修正后太阳辐射吸收系数)

０.５０(默认)

１.４４

３０　

福建建设科技　２０１９􀆰Ｎｏ􀆰１

表２　剪力墙、结构梁、结构柱部分增加了由反射隔热真石漆提供的附加热阻值

材料名称(由外到内)

厚度δ(ｍｍ)２０２００２０２４０

导热系数λＷ(ｍ􀅰Ｋ)０.９３０１.７４００.８７０－

蓄热系数ＳＷ/(ｍ２􀅰Ｋ)１１.３７０１７.２００１０.７５０－

修正系数

α１.００１.００１.００－

热阻Ｒ(ｍ２􀅰Ｋ)/Ｗ０.０２２０.１１５０.０２３０.２０９０.２０

■建筑材料

热惰性指标Ｄ＝Ｒ∗Ｓ０.２４５１.９７７０.２４７２.４６９

水泥砂浆钢筋混凝土石灰水泥砂浆各层之和∑附加热阻

外表面太阳辐射吸收系数传热系数Ｋ＝１/(０.３１＋∑Ｒ)

反射隔热外饰面(０.４０≤ρ<０.６)(ρ为修正后太阳辐射吸收系数)

０.５０(默认)

１.４４

表３　项目节能报审表中关于外墙热工性能部分

１.５<Ｋ≤２.０ꎬＤ≥２.≥２.５

朝向东西南

Ｋ≤０.７

北

Ｋ值１.２５１.２７１.４１１.０９

Ｄ值２.９８２.９８２.９０３.０６２.９８

外墙主要饰面类型、颜色及吸收系数ρ

保温材料类型、厚度及热工性能参数λ、Ｓ、使用部位

墙体材料类型、厚度及热工性能参数λ、Ｓ、使用部位

填充墙外表面采用反射隔热真石漆(附加热阻０.２０)、煤矸石烧结多孔砖热真石漆(附加热阻０.２０)

热桥梁ꎬ热桥柱ꎬ热桥楼板采用反射隔

８或０.７<Ｋ≤１.５ꎬＤ

墙体热工性能

外墙

平均１.２６

当Ｄ<２.５时ꎬ东西墙应符合隔热要求

隔热计算

(当Ｄ<２.５时填写)

外墙:０.５４

４　结语

反射隔热真石漆是集传统普通真石漆的装饰性与保温材料节能性于一体的新型材料ꎬ具有省时、省力、省成本的特点ꎮ本文对反射隔热真石漆的隔热机理进行了研究ꎬ并对产品反射隔热涂层体系进行设计ꎬ使隔热体系能更好地满足功能性要求ꎻ以漳州某工程为例ꎬ将反射隔热真石漆应用于该项目的工程设计中ꎬ可以达到节约造价ꎬ节省工期的目的ꎮ

参考文献

[１]徐峰.我国建筑反射隔热涂料的应用与发展[Ｊ].上海涂料ꎬ２０１７ꎬ

５５(０５):２５－２９.

[２]徐金宝ꎬ杜丕一ꎬ钟国伦ꎬ胡锦平.红外反射颜料在建筑涂料中的

应用研究[Ｊ].涂料工业ꎬ２０１７ꎬ４７(０５):６９－７４.

[３]刘文涛ꎬ元强ꎬ谢宏ꎬ刘来明ꎬ饶惠明ꎬ卢昕.功能填料对反射隔热

涂料隔热性能影响的研究[Ｊ].涂料工业ꎬ２０１６ꎬ４６(１２):２２－２８.[４黄兴ꎬ董士奎ꎬ王健ꎬ潘东培ꎬ王澍ꎬ杨昊天ꎬ宋资勤.高红外发射率

隔热涂料的保温机理及应用[Ｊ].节能技术ꎬ２０１６ꎬ３４(０６):５７２－[５]黄兴ꎬ董士奎ꎬ王健ꎬ潘东培ꎬ王澍ꎬ杨昊天ꎬ宋资勤.高红外发射率

隔热涂料的保温机理及应用[Ｊ].节能技术ꎬ２０１６ꎬ３４(０６):５７２－５７５.５７５.