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隔热保温涂料在绿色建筑中的应用!
2021年10月18日    阅读量:5103     新闻来源:涂料市场    |  投稿

绿色建筑的能耗问题

绿色建筑,是指在全寿命期内节约资源、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用、高效的使用空间,最大限度实现人与自然和谐共生的高质量建筑。


根据《中国建筑能耗研究报告(2020)》测算,2018年建筑全过程能耗占全国能源消费总量的比重超过45%,其中在建成后运行过程中能耗约10亿吨标准煤当量,占全国能源消耗总量21.7%。在实现碳达峰、碳中和目标背景下,降低建筑运行能耗,推动绿色建筑发展、促进建筑领域碳减排,具有重要意义涂料在线coatingol.com


降低建筑能源消耗是绿色建筑的重要环节,一些样板房采取的是“穿得厚一些、捂得严一些”, “比如外墙保温材料,普通建筑厚度可能8至10厘米,而很多示范性的样板房保温层厚度达到20多厘米”。保温层的加厚,即占用了建筑的空间,也可能由于施工质量原因造成脱落。


反射隔热涂料在绿色建筑中的应用

2007年国家发布了JC/T 1040-2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》,后相继发布了JG/T235-2008《建筑反射隔热涂料》、GB/T 2561-2010《建筑用热反射隔热涂料》等国家和行业标准,但有些标准只是针对白色的反射隔热涂料。


为了推广应用反射隔热涂料,国家和部分省市陆续发布了相关建筑设计规范,特别是在绿色建筑设计规范中,明确了反射隔热涂料在建筑中的使用范围和要求。下面列举一些国家和部分省市的相关标准。


国标GB50176《民用建筑热工设计规范》

4.3.6建筑围护结构外表面宜采用浅色饰面材料,屋面宜采用绿化、涂刷隔热涂料、遮阳等隔热措施;6.1.3 外墙隔热设计...设置封闭空气间层时,可在空气间层平行墙面的两个表面涂刷热反射涂料、贴热反射膜或铝销。当采用单面热反射隔热措施时,热反射隔热层应设置在空气温度较高一侧。6.2.3屋面隔热设计...可采用有热反射材料层(热反射涂料、热反射膜、铝销等)的空气间层隔热屋面。单面设置热反射材料的空气间层,热反射材料应设在温度较高的一侧。


国家行业标准JGJ/T229《民用建筑绿色设计规范》

6.5.4 “夏热冬暖和夏热冬冷地区外墙采用浅色饰面或热反射型涂料”

6.5.6“屋面选用浅色屋面或热反射型涂料”


北京地方标准DB11-938《北京市绿色建筑设计标准》

7.3.5条文说明,浅色屋面通常采用的热反射型涂料是利用其低导热系数、高反射率的性能,反射和阻隔室外太阳光线和室内辐射热,并将进入涂层的能量辐射到外部空间, 从而增大室内外的温差, 提高顶层空间的夏季热舒适度,降低建筑物制冷能耗,同时避免夏季昼夜温差周期性波动形成屋顶疲劳开裂。


浙江地方标准DB33/1092《绿色建筑设计标准》,二星级以上绿色建筑设计要求:

5.3.2建筑屋面设计... 宜采用浅色饰面材料, 宜采用白色或浅色反射隔热涂料”

5.4.14外墙设计... 采用浅色饰面材料,宜采用白色或浅色反射隔热涂料。


广东省地方标准DBJ/T 15-201《广东省绿色建筑设计规范》

围护结构隔热设计5.3.10说明:在屋顶上涂刷隔热涂 料是解决屋顶隔热问题另一个非常有效的方法,隔热涂料可以反射大量的太阳辐 射,从而降低屋顶表面的温度。当然,涂刷了隔热涂料的屋顶在冬季也会反射一 部分太阳辐射,所以越是南方越适宜应用这种技术。


这些标准里大多提到了反射隔热涂料在冬季的不利因素。能否规避反射隔热涂料在冬季的不利因素呢?如果具备既能隔热又能保温,那么在绿色建筑以及被动房上使用,就可以降低保温层的厚度,既增大了建筑物的内部空间,又能降低安全隐患。


功能性材料在绿色建筑中的使用


国家行业标准JGJ/T 229-2010《民⽤建筑绿⾊设计规范》

7.3.5 功能性建材是在使用过程中具有利于环境保护或有益于人体健康功能的, 对地球环境负荷相对较小的建筑材料。它的主要特征是:①在使用过程中具有净化、治理、修复环境的功能;②在其使用过程中不形成二次污染; ③其本身易于回收或再生。此类产品具有多种功能,如防腐、防蛀、防霉、除臭、隔热、调湿、抗菌、防射线、抗静电等, 甚至具有调节人体机能的作用。例如:抗菌材料、 空气净化材料、 保健功能材料、电磁波防护材料等。


浙江省绿色建筑设计标准

6.2.8 室内空气中甲醛、苯、甲苯、有机挥发物、人造矿物纤维是危害人体健康的主要污染物。为积极的提供有利于人体健康的环境,本条鼓励选用具有改善居室生态环境和保健功能的建筑材料。现在国内开发很多有利于改善室内环境及人体健康的材料, 如:具有抗菌、防霉、除臭、隔热、调湿、防火、防射线、抗静电等功能的多功能材料。这些新材料的研究开发为建造良好室内空气质量提供了基本的材料保证。


湖南省绿色建筑设计规范

8.3.2 功能性建材是在使用过程中具有利于环境保护或有益于人体健康功能的,对地球环境负荷相对较小的建筑材料。它的主要特征是:①在使用过程中具有净化、治理、修复环 境的功能;②在其使用过程中不形成二次污染;③其本身易于回收或再生。此类产品具有 多种功能,如防腐、防蛀、防霉、除臭、隔热、调湿、抗菌、防射线、抗静电等,甚至具 有调解人体机能的作用。例如:抗菌材料、空气净化材料、保健功能材料、电磁波防护材料等。

8.3.3 在选择外墙装饰装修材料时(特别是高层建筑时),宜选择耐久性较好的材料,以延长外立面维护、维修的时间间隔。我国建筑因为造价低廉,外墙装饰装修材料选用涂料、 面砖的比较多。涂料每隔5年左右需要重新粉刷,维护费用较高,高层建筑尤为突出。面砖则因为施工质量的原因经常脱落,应用在高层建筑上容易形成安全隐患......


这些标准都要求或建议选用具备一些功能性的建筑材料,如隔热、保温、除臭、调湿、防火、抗静电、空气净化、保健功能材料等。有没有这样的材料能集众多功能与一身的呢?


答案是肯定的,就是隔热保温涂料。


反射隔热涂料在应用中的热工问题

什么才是优良的反射隔热性能

优良的反射隔热性能不仅要有高的太阳光反射比,同时应具备高的辐射力。太阳光反射不等于太阳辐射反射,太阳辐射反射包含了物体表面的太阳光反射和热辐射的辐射力,是一个综合值。

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等效热阻

普通的白色反射隔热涂料,夏季通过降低外墙和屋面进入室内的热量,从而降低室内温度,相当于给围护结构增加了一个等效热阻;而冬季正相反,相当于给围护结构减少了一个等效热阻,使室内热量更快地向外传递,增加了室内取暖能耗。


隔热保温涂料

隔热保温涂料,在夏季外温高时,能高效抑制外部热量进入室内而起到降温效果;在冬季外温低时,能抑制内部热量向外传递起到保温效果,这就解决了普通反射隔热涂料在冬季的不利因素。以下是隔热保温的热学特性的应用研究。这种涂料的主要成分是微米级特殊中空陶瓷微珠。


热传递特性

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把装有较高温度水的容器浸泡在温度较低的水中

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热量从温度较高的地方向温度较低的地方传递

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热量从装有较高温度水的容器里向外传递时,周围的水的温度就会上升。当两者的温度达到相同时,热量的传递也就停止了


建筑传热特点

由于太阳辐射的周期性变化而引起的房屋的墙壁、屋顶等的温度场随时间的变化,地球表面层的温度由于季节更替而引起的周期性变化等,属于周期性的非稳态导热过程。

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太阳辐射的反射能力

经日本涂料检查协会检测,隔热保温涂料的太阳辐射的反射能力很强,当涂膜明度L*=0.94时,太阳辐射全波长领域(300-2100nm)的反射率为87.9%;可见光领域(300-780nm)的反射率为86.5%;近红外线领域(780-2100nm)的反射率为89.5%。


蓄热系数

材料的蓄热系数。通俗的讲就是材料储存热量的能力。其值愈小,意味着材料温度每升高1K吸收的热量愈小,就是说材料表面温度很容易与外界的温度相适应。蓄热系数与材料的导热系数、比热、密度有关。

蓄热系数计算公式:

蓄热系数 =  (导热系数×比热×密度)0.5


经计算:

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隔热保温涂料的蓄热系数是普通涂料的37.6%,表明它比其他涂料的更能适应环境温度。表明它只要吸收或释放别的涂料吸收或释放37.6%的热量,就可以和其他涂料表面温度一致。


蓄热系数与环境温度的关系

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蓄热系数“高”的物质,表面温度不容易与周围环境温度相适应,且蓄热量大。吸收或释放同等的热量,表面与空气的温差大。

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蓄热系数“低”的物质,表面温度容易与周围环境温度相适应,蓄热量小。吸收或释放同等的热量,表面与空气的温差小。


涂膜与环境温度差的大小对传热的影响


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蓄热系数大,温差大,热量传递大。

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蓄热系数小,温差小,热量传递少。


隔热保温涂料的涂膜由于能快速适应环境温度,减小了涂膜与环境的温差,从而抑制热量的传递。


涂膜的热辐射能力

根据斯忒藩-玻尔兹曼定律

E  = ε σT4         

 其中:E为辐射力;ε为发射率;σ=5.67×10-8 W·m-2·K-4,为斯特藩常数;T为温度。

经实验测定,GAINA涂膜在41.2℃时的远红外线发射率达到ε= 0.946 ,即发射率为94.6%。


在同等温度前提下,发射率越高,其辐射力越强。

通常,发射率具有随温度升高而增加的特性,但是隔热保温涂料具有即使在正常的热环境下也能发挥其作用的特性。


参考:绝对黑体,ε= 1

黑色煤炭,ε= 0.75 (80℃)

                ε= 0.855(300℃)


※ 热辐射能力的新发现


一般材料辐射远红外线,厚度必须要达到200μm--400μm。而隔热保温涂料达到一般建筑材料的1/10到1/20的厚度就能辐射远红外线。且时间更短,用更少的能量就可以开始发射远红外线。

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传热试验

试验方法:

1. 利用高低温试验箱模拟室内和室外场景,尺寸分别为W 2500 × D 3000 × H 3000 mm。

2. 试件单面涂刷隔热保温涂料,颜色为N95。在涂隔热保温涂料侧安装非接触式红外辐射计,测量热通量密度。对比试件涂刷普通涂料,基材、颜色和涂膜厚度与涂隔热保温涂料的试件一致。

3. 第一步,室内模拟房间设置温度为30℃时止不再维持,室外模拟房间设置温度为10℃时止不再维持,分别记录两个试件热通量密度,保温性能;第二步,室内模拟房间设置温度为10℃时止不再维持,室外模拟房间设置温度为30℃时止不再维持,分别记录两个试件热通量密度,隔热性能。试验时间2小时。


该试验由日本产业技术综合研究所完成。


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实验设备(冷箱热箱)

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第一步,模拟室外向室内传热

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外温高时的热通量(热流)密度曲线


试验结论:涂膜能抑制从涂膜正面传热


第二步,模拟室内向室外传热

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外温低时的热通量(热流)密度曲线


试验结论:涂膜能抑制从涂膜背面传热


应用场景:在外墙涂刷

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反射+辐射+涂膜温度适应环境温度(热交换少)+涂膜低导热系数→阻止外部热量侵入→隔热。

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反射+辐射降低+涂膜温度适应环境温度(热交换少)+涂膜低导热系数→阻止外部热量侵入→保温。


应用场景:在内墙涂刷

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反射降低+辐射降低+涂膜温度适应环境温度(热交换少)+涂膜低导热系数→阻止外部热量侵入→隔热。

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反射+辐射+涂膜温度适应环境温度(热交换少)+涂膜低导热系数→阻止室内热量向外传递→保温。


从试验结果来看,无论是在内部还是外部使用,在夏季或冬季,日夜有效。即使没有太阳辐射的影响,也有效。


舒适性试验

☆对人体辐射热交换性、代谢的影响


试验方法:

1.用石膏板搭建两个实验房间,一个在内部墙壁和天花板涂刷GAINA,另一个涂刷同样颜色的其他涂料。

2. 试验人员头戴呼吸面罩,面罩可以测量氧气消耗量。身体皮肤贴上体温计,测量体温。

3. 试验人员先安静坐在两个室内120分钟,测量氧气消耗量和皮肤温度,然后运动30分钟,测量氧气消耗量和皮肤温度。通过呼吸氧气消耗量来测定人体代谢率。


试验结论:

刷了隔热保温涂料的房间可以提高人体代谢,特别是在人体运动时,可以提高人体代谢率10%,具有保健功能。

根据日本厚生劳动省《日本人的饮食摄取基准》,如果代谢率提高10%,人体机能相当于年轻10岁时的机能。原因是涂刷了GAINA的房间,促进人体散热。


本实验由筑波大学完成。

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左边房间内涂隔热保温涂料               右边内涂其他涂料

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人体代谢率推移曲线                       各年龄阶段的代谢率


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         皮肤温度推移曲线                             直肠温度推移曲线


☆ 房间温度均匀


试验方法:

两个一样的房间,一个房间内部涂刷GAINA,另一个房间内部涂刷其他涂料,测试房间地面0.1-1.1m处的温度差。


实验结论:隔热保温涂料的房间温差为1.79℃,低于ISO7730规定的3℃标准。房间温度更舒适。


本试验由东京都立大学完成。

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涂GAINA的房间

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涂其他涂料的房间

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涂GAINA的房间

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涂其他涂料的房间


根据ISO7730,关于高舒适室内温差的规定:距地面0.1-1.1m的温差≤3℃。


☆ 冬季睡眠时对体温的影响


试验方法:

1.两个一样的房间,一个房间内部涂刷隔热保温涂料,另一个房间内部涂刷其他涂料。

2.在半夜0点之前维持24℃的室温,0点时停止暖气供应。每隔2小时用热相仪拍摄试验对象的身体表面温度。


试验结论:冬季人体在涂刷隔热保温的房间睡眠更舒适。


本试验由岛根大学完成。

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涂隔热保温涂料的人体温度变化

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涂其他涂料的人体温度变化


☆ 降低噪音


试验方法:

1. 一楼房间的墙壁和天花板涂刷隔热保温涂料 。

2. 在二楼制造各种噪音,汤匙落地、拍篮球、播放CD音乐、开吸尘器、马桶排水等噪音,在一楼房间用分贝仪对噪音进行测量,对比施工前后的噪音值。


实验结果:

如由下图所示,分别降低噪音7dB、8dB、8dB、2dB、9.5dB。

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各噪声源降低的分贝数


☆ 负氧离子


试验方法:

1. 在某住宅楼的二楼202室涂刷隔热保温涂料,一楼102室贴壁纸。

2. 在两个房间各用空气离子检测仪测量空气中负离子含量。


实验结果:

涂刷隔热保温涂料房间的负离子含量是贴壁纸房间负离子含量的4.3倍。


空气中负离子含量高,可以实现除臭、净化空气的功能,在绿色建筑设计规范中满足其设计要求。


空气中负离子含量越高,空气就越清新,对人体越有益。

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涂GAINA房间负离子平均值2360个/cc

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贴壁纸房间负离子平均值550个/cc



能解决绿色建筑的其他问题

☆ 绿色建筑的结露问题


当房间温度低于室内空气露点温度时,就会在墙表面上产生结露现象,俗称泛潮。湿度过高,会降低结构材料的使用质量和耐久性,有碍室内的卫生和人体健康,又影响了建筑的美观。在绿色建筑的设计规范里是有相关要求的。


前述已经计算出的隔热保温涂料蓄热系数很低,能快速适应环境温度,使墙壁涂膜温度与空气温度相适应,不容易低于露点温度,就很难产生结露现象,可以起到调湿的功能。


且隔热保温涂料针对结露现象,开发出了防结露专用涂料,能解决各种极端潮湿情况下的结露问题。


☆ 绿色建筑的热胀冷缩和热桥问题


隔热保温涂料蓄热系数很低,能快速适应环境温度,使墙壁涂膜温度与空气温度相适应。这样可以解决建筑由于昼夜温差周期性波动形成建筑疲劳开裂现象,延长建筑物的使用寿命。


热桥效应在砖混结构的建筑中出现较多,而且由于温度、湿度、热量等多方面因素的影响,会出现“同一座楼,有的住户家发霉严重,有的住户家里却没事”的情况。隔热保温涂料不管在外部使用和内部使用,都可以抑制热量的不均匀传递,从而减轻由于传热不均匀造成的热桥问题。


☆ 高耐久问题


“涂料每隔5年左右需要重新粉刷,维护费用较高,高层建筑尤为突出。”(摘自湖南省《绿色建筑设计规范》8.3.3条),隔热保温涂料经过2000h耐候性试验,其性能还能满足要求,是普通外墙涂料寿命的2-3倍,隔热保温涂料的寿命能超过15年。


GB/T9755《合成树脂乳液外墙涂料》规定合格品、一等品、优等品分别经过250h、400h、600h的老化试验即可;JG/T206《外墙外保温用丙烯酸涂料》规定I、II型老化试验为600h、1500h。


☆ 绿色建筑的光污染问题


隔热保温涂料具有1度的超低光泽,近100%的漫反射光,不会出现眩光现象。隔热保温涂料在保证热功能的情况下,具有几百种颜色外观,满足个性化建筑的设计需求。


☆ 抗静电问题


经测试,隔热保温涂料涂膜表面电荷为0。不容易吸附空气中漂浮的颗粒物,使涂膜不易积累灰尘。

静电在人们生活、生产的危害很大,在一些易起火的场所容易造成火灾;对人体,它会引起神经细胞膜电流传导异常,影响人的中枢神经,使人感到疲劳、烦躁、失眠、头痛。


☆ 施工问题


隔热保温涂料的施工方便、简单。与普通的内外墙涂料施工一致。


标签:标准专利工程建筑涂料技术中心涂装应用外墙涂料
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