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建筑隔热涂料研究进展

时间:2023-10-07 10:46:00   作者:www.58hx.com   来源:网络   阅读:  
内容摘要: data-full-width-responsive="true"> 前言目前我国正处于城镇化和工业化的快速发展时期,每年大约有20亿m2 的建筑总量,数目接近全球年建筑总量的一半。在这样的背景下,新建筑及原有的400 亿
data-full-width-responsive="true"> 前言目前我国正处于城镇化和工业化的快速发展时期,每年大约有20亿m2 的建筑总量,数目接近全球年建筑总量的一半。在这样的背景下,新建筑及原有的400 亿m2 存量建筑能否有效的节能,不仅关系到能否缓解我国能源供求的紧张状况,而且还关系到全球气候变化与可持续发展。长期以来,国家也认识到建筑节能的重要性,但由于各种客观因素的制约,使我国的建筑节能工作进展缓慢,成效不大。目前,我国建筑绝大多数是高能耗非节能型建筑,单位建筑能耗高达气候相近的发达国家新建建筑的3 倍[1]。我国在隔热涂料的研究中获得了一些成果,这些成果主要在于使用硅酸盐类填料制备建筑用隔热涂料。海泡石、珍珠岩、岩棉、膨胀蛭石等多孔性隔热材料经过一定的分散工艺,在粘结剂的作用下,能够形成连续的低导热系数涂层。将该种涂料涂刷在墙体表面,可以形成一个热阻层,从而阻止太阳热辐射能量侵入建筑内部。目前,市场上有较多该类产品存在,如复合硅酸镁铝隔热涂料、FBT-1 保温涂料、涂敷型复合硅酸盐隔热涂料等。此类涂料具有导热系数低、施工简易、配方成熟等优势,但其自身所带有的缺陷也是不可忽视的。由于使用了大量的多孔性材料和较少的粘结材料,导致该种涂料存在一系列结构性缺陷,如干燥周期长、施工受季节和气候影响大、抗冲击能力弱、干燥收缩大、吸湿率高、对墙体粘结强度低、装饰性差以及耐污能力不好等[2]。本文将对近年来建筑隔热涂料的研究进展进行总结评述,以期对国内建筑隔热涂料的应用和开发研究提供帮助。1阻隔型建筑隔热涂料传热是生产与生活过程中的一种重要现象。物体之间存在温度差便会发生热量传递。采用低导热系数的组合物或在涂膜中引入导热系数极低的空气可以获得良好的隔热效果,这就是阻隔性隔热涂料研制的基本依据。材料的导热系数大小是材料隔热性能的决定因素,导热系数越低,保温隔热性能越好。阻隔型隔热涂料是一种稠状、膏状浆体多孔材料,近十年发展很快的一种隔热涂料,大多以低导热系数的硅酸盐材料复合而成,无统一配方,以天然矿物纤维或者人造矿物纤维为主要成分。现在大多选用海泡石或其含铝镁硅酸盐辅以填充料、渗透活性剂、粘稠剂和增稠剂组成,部分选用空心微珠作为填料,再辅以部分掺加膨胀珍珠岩、岩矿棉或玻璃棉等轻质材料、发泡剂、粘结剂、固化剂组成,经充分干燥后呈纤维交织网、孔状结构。阻隔型隔热涂料隔热性能的关键主要在于低导热系数材料的研究方面。此方面研究主要在于通过适当的工艺和配方调整来制备高孔隙率、低导热系数的隔热材料。尹辉等[3]人对天然海泡石进行适当粒度的球磨加工,改变了海泡石的纤维结构,使海泡石纤维由簇状结构转变为大量单个纤维的团聚体,再经超声分散使海泡石纤维的团聚结构进一步被打破。将该种工艺制备的海泡石微粉添加到隔热涂料配方中去,相比一般加工方法制备的含海泡石微粉隔热涂料,隔热效果可以提高7℃。张娜[4]以硅酸铝纤维为原料,六钛酸钾晶须为轻质隔热填料,加入各种结合剂通过湿法真空抽滤成型工艺制备出了低热导率硅酸铝纤维复合隔热材料,在800℃时这种材料的热导率为0077W/MK。晏发明等[5]选用一种天然轻质矿物质为骨料,经过表面处理、粒度选择,并与粘合剂、悬浮剂、发泡剂和助剂合理配置成一种水性隔热保温涂料,其导热系数为0067 W/MK。李美栋等[6]采用机械破碎的方法处理珍珠岩、海泡石、石棉绒。在圆锥型搅拌器中,先将纤维素溶入水液,加氨处理增稠,加入润湿剂,与尼龙短纤维混合打浆,再混入纯丙弹性乳液和柔性丙烯酸乳液一起打浆。继续加入已处理过的膨胀珍珠岩、石棉绒、海泡石和镇水粉,再高速分散后加入助剂制成隔热保温涂料,该种产品导热系数为006W/MK。2反射型建筑隔热涂料太阳是地球的主要热源之一,以电磁辐射形式给地球带来光与热。太阳热反射涂料的隔热研究主要集中在对可见光区和近红外区的太阳热辐射能量的反射方面。太阳热反射涂料最初是以金属材料对太阳热辐射能量的反射作用来实现的。英国于1955 年首先在热力工程上使用了金属绝热材料。20 世纪60 年代原苏联、美国等国家也先后以单层或者多层的结构形式采用金属材料进行隔热。该种太阳热反射涂料主要以铝箔作为功能性反射填料。铝作为填料能够有效的反射太阳热,降低太阳热的穿透性,从而阻止热量传入室内。目前,铝银漆已在石化领域获得大规模应用,有效的提高了石化设备的安全性。铝优异的热反射效应,主要在于其自身具有的高折射率。采用高折射率金属镀膜云粉的方法,同样可以制得高性能热反射涂料。该种涂料具有高反射率和低导热系数,能够很好的满足建筑隔热保温的需要。金属基反射隔热涂料工艺已经非常成熟,但是其自身也存在成本过高,施工难度较大等问题。同时由于其自身的高光泽度,对其在建筑表面的应用造成了限制。目前的反射型建筑隔热涂料主要集中在保持可见光、近红外光高反射性能的基础上,提高反射涂料的适用性与色彩的多样性等方面。孙元宝[7]等采用钴绿及结合配色法提高涂层的色相并保证其具有高的红外反射能力,同时对云母粉采用加碱法包膜TiO2 制得高反射率颜料,添加高温远红外陶瓷粉提高涂层的热辐射能力,制成了一种绿色热反射涂料。该种涂料在草绿、深绿等深色太阳光谱反射涂层的近红外反射率达到787%和744%,远高于国内外同类产品性能指标。该涂料与同类产品相比较,在相同辐照条件下表面温度可下降5-7℃,降温效果显著。3辐射型建筑隔热涂料辐射是热能传递的一种重要方式,本身为非接触式的。它与导热和对流换热的原理完全不同,物体之间的热量传递不需要通过直接接触或任何传热介质与物体接触。物体的辐射能与温度和物体的辐射系数成正比。由于辐射型建筑隔热涂料在常温下使用,因此辐射效应相对反射型和阻隔型隔热涂料的作用较弱。在温度恒定的情况下,物体自身的辐射系数就成为涂层辐射隔热能力的关键。由上文可知,辐射型建筑隔热涂料的研究重点在于对高辐射系数材料的研究方面。研究表明,多种化合物Fe2O3、MnO2、Al2O3、SiC 等掺杂形成具有反尖晶石结构的物质具有热发射率高的特点,因而广泛用作隔热节能涂料的填料。大气层中的红外辐射主要来源于大气中的水蒸气、二氧化碳和臭氧及悬浮微粒,其中起主要作用的是水蒸气和二氧化碳。在8-135m 的区域内,水蒸气和二氧化碳的吸收能力较弱。这样就使大气层对8-135m 的红外辐射有着很高的透过力。在红外气象学上,称这个透过率很高的波段为红外窗口。通过这个窗口,地面上的辐射体可以直接辐射到外层空间。其次,辐射体表面的辐射效果直接与它的辐射性能有关。建筑辐射体表面涂有一层特殊的光谱选择性涂层,其特性为:在8-135m 波段内,此涂料的红外辐射性能等同于黑体,而在此波段之外,它是理想的反射体,即不发射也不吸收辐射能。恰当的选择在8-135m 波段高发射率填料,再配合高反射率颜料,能够制成辐射致冷性能优异的建筑隔热外墙涂料。

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