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新型薄層隔熱節能塗料的探索

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能源形勢和發展節能塗料的意義

  隨著中國社會經濟的快速發展,能源消耗量與日俱增,然而,我國人均能源儲備遠低於世界平均水平,能源緊缺的問題將越來越嚴峻。因此,近年來國家積極推動各行業大力發展節能產品,以減緩能源消耗速度,來維持中國經濟的快速可持續發展。

  由於建築物能量損耗而消耗的能源數量巨大,近年來,建築節能越來越受到人們重視。建築塗料作為一種重要的建築材料,推行節能功能塗料對節約資源、促進社會經濟可持續發展有重要意義。

  節能功能塗料的現狀

  隨著科學技術的進步,各種節能材料的出現,促進了節能功能塗料的發展。其中,隔熱保溫塗料作為節能功能塗料的典型,受到業內人士的普遍關注並取得明顯的發展。隔熱保溫塗料的主要作用是阻止自身熱量的散失和阻止外界太陽能量的侵入。由於中國的地域寬廣,對隔熱保溫塗料的需求有所不同,北方寒冷地區要求保溫效果明顯的材料,減少室內自身熱量的散失,因此外牆保溫材料在北方地區有作用明顯。南方地區光照強、氣溫高,因此需要隔熱效果好的塗料,以阻止外界太陽能量的侵入。

  目前市場上的保溫隔熱塗料主要分兩大類,一類以厚質的外保溫係統為代表,利用降低熱傳遞的阻隔原理,效果明顯,另外還有傳統的矽酸鹽類複合塗料也是利用這一原理;另一類是薄層塗料,利用減少太陽光吸收的原理減少外界太陽能量的侵入。外保溫係統使用厚質材料發展比薄層隔熱塗料早些,目前已有一些成功的生產企業和工程案例,薄層隔熱塗料起步相對較晚,市場上同類產品效果參差不齊,但南方市場發展應用前景廣闊。

  由於厚質保溫材料發展已比較成熟,薄質與厚質保溫體係相比有施工簡單,開裂風險小,安全性高等優點,以下著重分析薄層隔熱節能塗料技術。

  薄層隔熱節能塗料技術

  1.反射隔熱塗料

  由太陽光譜能量分布曲線可知,太陽能量絕大部分處於400—1750nm範圍內的可見光和紅外光區。在該波長範圍內,塗膜的反射率越高隔熱效果就越好。因此通過選擇在該波長範圍內反射率高的原料,可製得高反射率的塗膜,反射可見及紅外光,以達到隔熱的目的。

  早期的反射隔熱塗料,通過選擇高反射率的金屬或金屬氧化物顏填料,製得高反射率的塗層,反射太陽熱以達到隔熱的目的。由於金屬薄片在溶劑型塗料中能夠較長時間穩定存在,而在水性體係中則不能,因此大多數反射隔熱塗料為溶劑體係。但水性化是塗料的發展趨勢和必然歸宿。目前,利用“空心微珠”等組合形成高太陽熱反射漆膜,具有很好的降溫隔熱作用。空心微珠填料對近紅外光的反射率遠遠高於普通填料。主要使用玻璃微珠和陶瓷微珠,玻璃微珠與陶瓷微珠的反射比相近,但陶瓷微珠的貯存穩定性差,空心玻璃微珠保溫塗料較穩定。

  2.輻射隔熱塗料

  輻射隔熱塗料是通過輻射的形式把建築物吸收的日照光線和熱量以一定的波長發射到空氣中,從而達到良好隔熱降溫效果的塗料。其中的關鍵技術是製備具有高熱發射率的塗料組分。研究表明,多種金屬氧化物,如Fe2O3、Mn02、C0203、CuO等具有反型尖晶石結構的摻雜型物質具有熱發射率高的特點,因而廣泛用作隔熱節能塗料的填料。

輻射隔熱塗料不同於玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔熱材料,阻隔性隔熱材料隻能減慢但不能阻擋熱能的傳遞。白天太陽能經過屋頂和牆壁不斷傳人室內空間及結構,一旦熱能傳人,就算室外溫度減退,熱能還是困陷其中。而輻射隔熱塗料卻能夠以熱發射的形式將吸收的熱量輻射掉,從而促使室內與室外以同樣的速率降溫。

  3.真空隔熱塗料

  熱傳遞有三種方式:傳導、對流和輻射。真空狀態能使分子振動熱傳導和對流傳導兩種方式完全消失,因此可采用真空狀填料製備性能優良的保溫塗料。

  美國豪斯實驗室對民用建築使用真空陶瓷微珠效果的測試結果表明,上百萬真空陶瓷微珠在波長500-2500nm波長範圍內對陽光的反射率平均達到86%,夏天空調能耗至少節省64%。這種塗料過去僅限於在航天產品上使用。近年來,發達國家先後將其應用到了民用建築和工業設施。

  4.透明隔熱塗料

  透明隔熱塗料是一種在可見光區具有透明性的隔熱塗料。主要是利用納米氧化錫銻係列(氧化錫銻、氧化銦錫、氧化鋁鋅等)半導體粉體對可見光良好的透過率及對紅外光區極高的反射率來達到透明隔熱的目的。

  對於建築物的大麵積窗口及透明頂棚、汽車窗口等場合,太陽光的熱輻射會增加空調的使用率,浪費能源,傳統的解決方案是使用金屬鍍膜熱反射玻璃和各種熱反射貼膜等產品達到隔熱降溫的目的。但是這些產品也存在一些問題,其在可見光的不透明性和高反射率限製了它的使用範圍,例如高反射率會出現光汙染問題。納米材料的出現為透明隔熱問題的解決提供了新的途徑。

  5.相轉變隔熱塗料

  眾所周知,0度的冰轉化為0度的水需要吸收能量,0度的水轉化為0度的冰需要釋放能量。在這個相轉變的過程中,雖然發生了能量的傳遞但溫度保持不變。相轉變塗料就是把特定熔點(例如25度),比熱容高的材料固定在牆麵的塗膜中,起到隔熱保溫的效果。固定的方法可以先把這種材料以小藥丸的形式包裹住,然後分散在塗料中。

  這種塗料的隔熱保溫效果取決於這種材料的比熱容、熔化熱的大小和單位麵積的使用量。比熱容、熔化熱越高,單位麵積的使用量越大則保溫隔熱效果越好。

  比熱容的定義為:單位質量物體改變單位溫度時的吸收或釋放的內能。

  熔化熱的定義為:單位質量的晶體物質在熔點時變成同溫度的液態物質所需吸收的熱量。也等於單位質量的同種物質,在相同壓強下的熔點時由液態變成固態所放出的熱量。

  提倡發展節能塗料

  由於經濟的發展和能源有著極為密切的關係,因此能源問題是現實社會中一個具有戰略意義的重要問題。社會各行業都要提倡發展節能產品,塗料行業作為高能耗產業之一,有責任也有能力為降低建築能耗、節約資源、促進社會經濟可持續發展作出更大的貢獻。


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