氣凝膠反射隔熱涂料在建筑領(lǐng)域的節(jié)能降碳應(yīng)用
2021年，建筑行業(yè)占全球能源需求的34%以上，在與能源消耗和工藝流程相關(guān)的二氧化碳排放當中，其占比達到37%左右。在“碳中和”背景下，建筑行業(yè)需進一步提高節(jié)能降碳力度。對建筑外墻使用反射隔熱涂料是一種有效的被動式節(jié)能措施，其隔熱性能相比于傳統(tǒng)涂料均有較大提升，應(yīng)用于夏熱冬暖地區(qū)可降低建筑全年制冷能耗 28%～34%，在以制冷需求為主的氣候區(qū)具有較大的節(jié)能降碳潛力。
?01 反射隔熱涂料種類
我國標準中將反射隔熱涂料分為 3 種：
1、隔熱中涂漆，其具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，是具有一定厚度的中間層涂料；
2、反射隔熱平涂面漆，其具有較高太陽光反射率，是施涂后表面平整的涂料；
3、反射隔熱質(zhì)感面漆，以合成樹脂為基料，具有較高的太陽光反射率，是施涂后表面呈立體造型裝飾效果的涂料。
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理，后兩種是以熱反射為隔熱機理。氣凝膠材料具有超低導(dǎo)熱系數(shù)、A級不燃、超輕質(zhì)等特點，在建筑節(jié)能降碳方面具有廣泛的應(yīng)用潛力。氣凝膠反射隔熱涂料兼具熱反射和熱阻隔，通過含有導(dǎo)熱系數(shù)極低的氣凝膠材料的中間層和高太陽光反射率的面層，協(xié)同阻斷熱量的傳遞。
02 新型氣凝膠反射隔熱涂料
新型氣凝膠反射隔熱涂料以二氧化鈦、二氧化硅氣凝膠粉末為太陽反射層填料，二氧化硅氣凝膠和空心玻璃微珠為隔熱層填料制備而成，為增強反射隔熱涂料與建筑墻體附著效果，涂料底層采用水溶性環(huán)氧樹脂膠。氣凝膠反射隔熱涂料在建筑外墻的涂覆過程包括：首先，噴涂環(huán)氧樹脂膠底層；然后，涂覆氣凝膠隔熱層(厚度2 mm) ；最后，晾干后噴涂反射面層，其反射隔熱機理及構(gòu)成如圖1所示。
圖1 氣凝膠反射隔熱涂料工作原理及組成
03 氣凝膠反射隔熱涂料、白色顆粒漆、水泥對比數(shù)據(jù)
目前對反射隔熱涂料的評價指標主要有太陽光反射率、近紅外反射率、導(dǎo)熱系數(shù)、隔熱溫差等，檢測依據(jù)為GB / T 25261—2018《建筑用反射隔熱涂料》，對反射隔熱涂料節(jié)能效果的研究，可采取對比建筑使用涂料前后的制冷能耗的方法。
新型氣凝膠反射隔熱涂料由反射面層、氣凝膠隔熱層、底層構(gòu)成，通過反射大部分的太陽輻射，阻隔熱傳導(dǎo)等多種機理協(xié)同作用。通過測試其太陽光反射率、導(dǎo)熱系數(shù)和隔熱溫差，并以夏熱冬暖地區(qū)為例計算了其應(yīng)用于建筑外墻的節(jié)能潛力。
1、氣凝膠反射隔熱涂料的熱反射率
圖2為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，可計算出3種材料的平均太陽光反射率分別為89%、74%和29%，近紅外反射率分別為91%、73%、28%?？梢娤啾葍煞N常用外墻材料，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%。
圖2 3類材料的太陽光譜反射率
2、氣凝膠反射隔熱涂料的導(dǎo)熱系數(shù)
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)，可見因為AC中的二氧化硅氣凝膠具有超輕、超低導(dǎo)熱和納米級多孔結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱系數(shù)、干密度和比熱容遠低于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)
3、氣凝膠反射隔熱涂料的隔熱溫差
測試結(jié)果計算的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的溫升曲線斜率遠小于其他涂料及參比黑板，且較早的達到了溫度動態(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 不同涂料的動態(tài)升溫
4、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度較大的夏熱冬暖地區(qū)為例，針對該地區(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%。進一步分析可知，使用氣凝膠反射隔熱涂料（AC）對不同建筑類型的節(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
由以上數(shù)據(jù)可得，氣凝膠反射隔熱涂料具有良好的隔熱性能與節(jié)能效果，可用于建筑領(lǐng)域的節(jié)能降碳，且在以制冷需求為主的氣候區(qū)有較大的節(jié)能降碳潛力。
來源丨整理自《建筑節(jié)能》
