以隔热涂料为饰面的外墙外保温系统

摘要：本文论述了夏热冬暖地区和夏热冬冷地区的气候特点和隔热要求，隔热涂料，以隔热涂料为饰面的外墙外保温系统。这个外墙外保温系统用于夏热冬暖地区和夏热冬冷地区，既保温又隔热，达到室内热环境舒适和节能降耗的目的。
关键词：隔热涂料 以隔热涂料为饰面的外墙外保温系统
1．前言
建筑节能是我国节能工作的重点之一，而外墙外保温已成为建筑节能的主产品。对于热工设计时以保温为主的地区，如严寒地区和寒冷地区，外墙外保温不仅合理，而且适用，发展较快。但对于热工设计时一般只考虑隔热的夏热冬暖地区，或热工设计时以隔热为主的夏热冬冷地区，目前的一些外墙外保温系统存在进一步完善的空间。针对不同地区的气候特点，开发隔热涂料，并将其和外墙外保温匹配组合，既保温又隔热，达到室内热环境舒适和节能降耗的目的，成为当前的一个热点。
上海申得欧有限公司开发了以隔热涂料为饰面的外墙外保温系统，并推向市场。
2．夏热冬暖地区和夏热冬冷地区的气候特点
按GB 50176-1993 《民用建筑热工设计规范》，建筑热工设计分区要求如表1。
表1 建筑热工设计分区要求
分区 严寒 寒冷 夏热冬冷 夏热冬暖 温和
保温 必须充分满足冬季保温 应满足冬季保温 适当兼顾冬季保温 可不考虑冬季保温 部分地区考虑冬季保温
隔热 可不考虑夏季防热 部分地区兼顾夏季防热 必须满足夏季防热 必须充分满足夏季防热 可不考虑夏季防热
由表可见夏热冬冷地区和夏热冬暖地区隔热是十分重要的。近些年来，随着人民生活水平提高和气候变暖，隔热逐步向北推进，保温渐渐向南发展。
按 JGJ134-2001《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》，计算得夏热冬冷地区节能综合指标如表2所示。
表2 夏热冬冷地区节能综合指标
城市 HDD18 耗热量指标qh/ W/m2 采暖年耗电量Eh/ kWh/m2 CDD26 耗冷量指标qc/ W/m2 空调年耗电量Ec/ kWh/m2
合肥 1825 18.5 34.0 116 23.8 20.5
南京 1967 19.6 37.2 175 27.3 24.9
上海 1691 17.4 31.0 164 26.6 24.1
杭州 1647 17.0 30.0 196 28.6 26.5
武汉 1792 18.2 33.2 195 28.5 26.4
长沙 1557 16.3 28.0 275 33.3 32.4
南昌 1468 15.5 26.0 254 32.0 30.8
成都 1454 15.4 25.7 27 18.5 13.9
重庆 1073 12.3 17.2 241 31.3 29.8
由表2可以看出，长沙、南昌和重庆空调年耗电量大于采暖年耗电量，隔热对节能是首位的。上海、南京、杭州等地，尽管从表中数据看，采暖年耗电量大于空调年耗电量。但现在由于习惯，实际上，空调年耗电量大于采暖年耗电量。
按JGJ 75-2003《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》，基准能耗建筑在不同城市的单位建筑面积年耗电量如表3。
表3 基准能耗建筑在不同城市的单位建筑面积年耗电量
城市 总耗电量qy
/ kWh/m2.a 采暖耗电量qy,H
/ kWh/m2.a 空调耗电量qy,c
/ kWh/m2.a
广州 88.85 15.52 73.33
福州 90.94 39.58 51.35
厦门 62.19 8.23 53.96
南宁 84.58 15.83 68.75
湛江 95.73 3.65 92.08
龙州 101.67 11.04 90.63
夏热冬暖地区空调年耗电量远远大于采暖年耗电量，隔热是关键。
3．夏热冬冷地区和夏热冬暖地区外墙保温和隔热要求
夏热冬冷地区和夏热冬暖地区外墙保温和隔热要求如表4所示。
表4 夏热冬冷地区和夏热冬暖地区外墙保温和隔热要求
地区 标准 1 2 3
夏热冬冷 JGJ134-2001 K≤1.0,D≥2.5 K≤1.5,D≥3.0 /
夏热冬暖 JGJ75-2003 K≤2.0,D≥3.0
或K≤0.7
随着建筑节能成为强制要求，越来越多墙体采用轻质材料，采用复合结构。
夏热冬冷地区和夏热冬暖地区外墙的现状是采用轻质材料后，保温性能大大提高，但隔热性能改善不大，如表5所示。
表5 190mm单排孔混凝土空心砌块保温热工指标
EPS XPS
厚度 K D 是否符合 厚度 K D 是否符合
20 1.37 2.05 不 15 1.25 2.16 不
25 1.21 2.09 不 20 1.06 2.24 不
30 1.09 2.12 不 25 0.91 2.32 不
35 0.99 2.15 不 30 0.80 2.40 不
40 0.90 2.19 不 35 0.72 2.48 不
通常以重质材料提高隔热性能，但成本较高。能否采用较低成本提高隔热性能？
4．隔热涂料
隔热涂料通过对太阳能的反射和发射达到隔热效果。
4.1反射隔热涂料
反射隔热涂料要达到高的热反射率，必须选用高折光系数的颜料。但颜色对热反射率有很大影响，通常随着明度的降低，颜色变深，热反射率下降。因此，反射隔热涂料的颜色选用白色或浅色比较容易达到，但也可采用光谱选择性材料配成一定颜色。配制有色反射隔热涂料的关键之一是选择较低吸收率的黑色颜料。美国军标规定深色漆反射率在50%以上。
美国ASTM C1483-04《建筑外用太阳能辐射控制涂料标准规程》规定，太阳能辐射控制涂料的反射率应不小于80%。
建设部JG/T 235-2008《建筑反射隔热涂料》对建筑反射隔热涂料的隔热性能要求如表6。
表6 建筑反射隔热涂料的隔热性能
序号 项 目 指 标
屋面反射隔热涂料 外墙反射隔热涂料
1 太阳反射比(白色) ≥ 0.80
2 半球发射率 ≥ 0.80
3 隔热温差/℃ ≥ 10
4 隔热温差衰减(白色)/℃ ※ ≤ 12
注：根据不同工程的需要，由设计确定。
另外，尽管薄层反射隔热涂料导热系数不高，但因涂膜厚度比较薄，总热阻有限，保温效果不大。要保温，就要求有一定的热阻。要求材料不仅有低的导热系数，而且还要有一定的厚度，二者缺一不可。
4.2辐射隔热涂料
辐射隔热涂料是通过辐射的形式把建筑物吸收的太阳能以长波形式发射到空气中，从而达到隔热降温的效果。作为外墙涂料，需高发射率。
有机涂料的发射率一般在0.80-0.90，外墙辐射隔热涂料关键是制备具有高热发射率的涂料。
美国ASTM C1483-04《建筑外用太阳能辐射控制涂料标准规程》规定，太阳能辐射控制涂料在环境温度下的红外发射率应至少为80%。
辐射隔热涂料能够以热发射的形式将吸收的热量辐射出去，从而使室内降温，达到隔热效果。用于夏热冬暖地区和夏热冬冷地区隔热，它是不错的选择。与外墙外保温结合使用效果更佳。
作为内墙涂料，常温下低发射率有利于提高舒适度和节能。好多人知道low E玻璃能提高舒适度和节能，但很少有人知道low E内墙涂料能提高舒适度和节能。
5．以隔热涂料为饰面的外墙外保温系统
隔热涂料可与外墙外保温结合使用，也可单独使用。
5.1围护结构得热
太阳能对建筑物的热环境和能耗有着十分重要的作用。根据波长的长短，太阳光可以分为紫外线、可见光和红外线。紫外线的波长小于400nm，约占太阳总能量的5%。可见光波长在400nm-760nm，约占太阳总能量的45%。而红外线的波长大于760nm，约占太阳总能量的50%。可见，太阳能主要集中于可见光区和红外区。
太阳辐射热通过向阳面，特别是东、西向窗户和外墙以及屋面进入室内，从而造成室内过热。因此这些部位也是建筑物夏季隔热的关键部位。
就颜色来说，红色将红光反射出去，蓝色将蓝光反射出去，白色反射热量最多，黑色吸收热量最多。在德国，不同颜色、不同明度的表面温度实测结果如表7所示。此外，还有反射红外的材料，必竟红外光部分占了太阳50%的能量。
表7 不同颜色、不同明度表面温度/℃
颜色 明度 2001年8月，西南1950 ，墙 2003年8月,450倾角、西南1950
白色 91 40.6 45.4
黄色 70 48.9 54.5
65 51.1 59.3
橙色 70 46.0 50.7
51 50.1 56.9
23 55.1 64.1
红色 70 44.9 49.7
48 49.0 55.1
18 59.9 66.8
11 60.9 70.9
紫色 69 45.2 51.2
55 49.0 56.6
23 58.0 65.9
6 63.8 72.6
蓝色 68 47.1 53.6
54 51.5 57.5
26 59.5 66.1
5 68.1 81.0
绿色 70 46.1 53.2
47 51.4 61.4
21 60.0 72.1
18 60.5 72.9
灰色 73 43.8 50.7
42 59.4 70.0
19 69.4 79.7
黑色 4 73.7 86.8
外表面涂膜的反射率越高，外表面反射的太阳热量就越多，而吸收的太阳热量就越少。也就是说，向室内传导的热量就越少，夏天空调负荷就越低。
如果反射隔热涂料的太阳光反射比为80％，则房屋围护结构得热就只有20％。
当然，我们希望围护结构冬季得热多些。但围护结构热阻较大，即使外涂层得热，也很难传入内部。
5.2外表面和外界的换热
发射主要是长波辐射，即以红外的形式把热量发射出去。对于某些光谱带，如8-13.5μm，存在大气窗，即大气中二氧化碳和水蒸气等对这些光谱带的光是不吸收的，它们会无阻碍地通过大气，而被发至大气外层。这不仅有利于隔热，还对解决热岛效应有好处。
比如说，夏天涂膜外表面温度为47℃,则对应最大光谱辐射力的波长约为9.06μm,因此发射的红外基本在8-13.5μm光谱带范围内。关键是提高在该波段的发射率。
外表面涂膜的发射率越高，其结果向室内传导的热量也就越少，降温能耗就越低，即越节能。
5.3隔热涂料和外墙外保温的组合
隔热涂料和外墙外保温的组合，由导热系数低的EPS、XPS等材料承担保温作用，由隔热涂料和其他材料一起承担隔热作用，能很好满足夏热冬冷和夏热冬暖地区外墙保温和隔热要求。采用反射隔热涂料就是一个很好的选择，如表8。
表8 小砌块外墙隔热性能满足θi.max≤30.5℃时的K、D和ρs对应关系
K/ W/m2.K D ρs （吸收系数）
≤1.5 D≥3.0 ≤0.65
≤1.5 2.5≤D＜3.0 ≤0.55
≤1.5 2.0≤D＜2.5 ≤0.45
≤1.5 1.5≤D＜2.0 ≤0.35
可见，反射隔热涂料的吸收系数只要≤0.35，即太阳反射比≥65％，计算D值只要不小于1.5即可满足要求。这是很容易做到的。
将不同的隔热涂料和保温材料组合，制成既隔热又保温的外墙外保温体系。试验得出，空调负荷与隔热涂层的反射率和发射率作用之和成反比。据估算，该体系空调负荷约能节省20-30%。