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新型热反射涂料对节能减排的影响
2021-01-29 15:01
来源:广州市昌福环保新材料股份有限公司
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    节约资源作为我国一项基本国策历年来备受关注,是可持续发展道路的重要保证。根据中国建筑节能协会能耗统计专委会《2019中国建筑能耗研究报告》提供的数据,2000年至2017年中国建筑能耗占全国能源消费总量的比重在17%-21%范围内波动,其中用于夏热冬冷地区温度控制的能耗占总能耗的一半以上。要实现节能减排,做好温控很重要。
    建筑的温控节能改造常规的做法是在表面增加隔热层以减少内外的能量交换,从而降低温控成本。传统的隔热材料内部呈疏松多孔结构,填充在内的空气或惰性气体具有较低的导热系数,可以阻滞热量传导。此类隔热材料有聚苯板、岩棉板、保温砂浆、聚氨酯发泡材料、气凝胶毡等。另外,还有一种真空隔热材料是利用材料内部真空层的阻隔,从而达到绝热的目的,原理上也属于这一范畴。
    热的本质是分子运动,日常生活中组成物质的分子时刻处于运动状态,分子运动越剧烈,产生的热量越大。引起物体热量变化的方式有三种,分别是热传导、热对流和热辐射。
    热传导是固体间传热的主要形式,实质是一部分动能较大的分子通过碰撞将能量传递给动能相对较小的分子。热对流发生一般只在液体和气体中,是指流动介质中动能较高的粒子发生相对位移而引起热量的传递。常规的隔热涂料一般是通过阻滞这两种热传递方式而达到隔热的效果。
    热传递还有第三种方式——热辐射。一切在绝对零度以上的物体都会以电磁波的形式向外输送热辐射,温度越高辐射能量越大。热辐射的传播无需介质,在真空中也能传递。因此,太阳辐射可以穿过宇宙空间来到地球,加剧地表分子运动,从而使其温度升高。热反射材料则是以此为切入点,通过将反射热辐射,从源头上遏制热量的传递。
    最初的热反射材料大多以高反射率的铝、钛等金属及其化合物为主体,将其复合到卷材表面或加工成薄片掺入溶剂型涂料涂覆使用,形成铝箔卷材和早期的热反射涂料两种材料。铝箔卷材在工厂加工成型,现场直接铺设使用,施工步骤简单,效果立竿见影。缺点是镜面反射强烈,容易造成光污染;早期的热反射涂料以其运输方便、施工灵活性大等优点曾一度广受青睐,但是要使金属薄片在涂料中稳定分散必须采用溶剂体系,对环境存在一定污染。随着我国环保工作的推进,水性体系的发展趋势不可阻挡,金属薄片在热反射涂料中的主体地位逐渐被动摇。
    为了适应环保这一主题,人们尝试寻找能在水性体系稳定存在的无机热反射材料代替金属薄片。空心微珠对近红外光的反射率高,加之本身导热系数低,化学性质稳定,能起到很好的反射、隔热效果,是热反射涂料的优选填料。
    广州昌福环保新材料有限公司近年开发出一种以层状结构为主,多种不同粒径的无机颗粒级配而成结构严密的新型热反射涂料。喷涂厚度仅需0.3mm,可令向阳面表面温度下降30℃以上,而室内温度可下降8~12℃,在日照强烈的环境效果尤其明显。如果使用传统的聚苯板或保温砂浆达到同样的温差,需要相当高的物理厚度。到了晚间,室外温度低于室内,室内积聚一天的热量要往外传导,高热阻高厚度的隔热层会严重阻碍传热速度,影响住户舒适感,往往要使用主动式降温,这无疑是增加了能耗。而新型热反射涂料的厚度和热阻相对而言显得微不足道,很容易将内部的热量散到室外,无需人为降温。
    而冬天在寒冷的北方地区,将新型热反射涂料涂在内墙,室内的热源通过辐射形式向外发射的热量被墙上的涂层反射,重复在室内多次循环。笔者曾在内蒙古做了一次对比试验。该地区当时白天室外平均温度为-10℃,晚上平均温度为-25℃。选取两间大小均是50平方米左右的相邻房间,墙体厚度、朝向和结构均一致。一间表面用80mm厚的聚苯板做一层保温层,另一间表面刷涂2mm的新型热反射涂料。两个房间均使用1800瓦的暖气供热24小时后断电,静置40日后测量。使用聚苯板的房间室内温度为-8℃,刷涂新型热反射涂料的房间室内温度为4.9℃。从保温效果来看,新型热反射涂料相较传统聚苯板具有明显的优势。
    展望未来,节能减排对人类未来影响深远,将成为人们持续探讨的课题长期存在。厚度更薄、节能效率更高、成本更低的材料将会陆续出现,适用范围除了建筑物以外还将广泛拓展至汽车、高铁等小型户外空间。(广州市昌福环保新材料股份有限公司 关其焕 邓俊强

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