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新型薄層隔熱節(jié)能涂料的探索論文
能源形勢和發(fā)展節(jié)能涂料的意義
隨著中國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源消耗量與日俱增，然而，我國人均能源儲備遠低于世界平均水平，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(yè)大力發(fā)展節(jié)能產(chǎn)品，以減緩能源消耗速度，來維持中國經(jīng)濟的快速可持續(xù)發(fā)展。
由于建筑物能量損耗而消耗的能源數(shù)量巨大，近年來，建筑節(jié)能越來越受到人們重視。建筑涂料作為一種重要的建筑材料，推行節(jié)能功能涂料對節(jié)約資源、促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有重要意義。
節(jié)能功能涂料的現(xiàn)狀
隨著科學技術的進步，各種節(jié)能材料的出現(xiàn)，促進了節(jié)能功能涂料的發(fā)展。其中，隔熱保溫涂料作為節(jié)能功能涂料的典型，受到業(yè)內(nèi)人士的普遍關注并取得明顯的發(fā)展。隔熱保溫涂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。由于中國的地域?qū)拸V，對隔熱保溫涂料的需求有所不同，北方寒冷地區(qū)要求保溫效果明顯的材料，減少室內(nèi)自身熱量的散失，因此外墻保溫材料在北方地區(qū)有作用明顯。南方地區(qū)光照強、氣溫高，因此需要隔熱效果好的涂料，以阻止外界太陽能量的侵入。
目前市場上的保溫隔熱涂料主要分兩大類，一類以厚質(zhì)的外保溫系統(tǒng)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(tǒng)的硅酸鹽類復合涂料也是利用這一原理；另一類是薄層涂料，利用減少太陽光吸收的原理減少外界太陽能量的侵入。外保溫系統(tǒng)使用厚質(zhì)材料發(fā)展比薄層隔熱涂料早些，目前已有一些成功的生產(chǎn)企業(yè)和工程案例，薄層隔熱涂料起步相對較晚，市場上同類產(chǎn)品效果參差不齊，但南方市場發(fā)展應用前景廣闊。
由于厚質(zhì)保溫材料發(fā)展已比較成熟，薄質(zhì)與厚質(zhì)保溫體系相比有施工簡單，開裂風險小，安全性高等優(yōu)點，以下著重分析薄層隔熱節(jié)能涂料技術。
薄層隔熱節(jié)能涂料技術
1.反射隔熱涂料
由太陽光譜能量分布曲線可知，太陽能量絕大部分處于400—1750nm范圍內(nèi)的可見光和紅外光區(qū)。在該波長范圍內(nèi)，涂膜的反射率越高隔熱效果就越好。因此通過選擇在該波長范圍內(nèi)反射率高的原料，可制得高反射率的涂膜，反射可見及紅外光，以達到隔熱的目的。
早期的反射隔熱涂料，通過選擇高反射率的金屬或金屬氧化物顏填料，制得高反射率的涂層，反射太陽熱以達到隔熱的目的。由于金屬薄片在溶劑型涂料中能夠較長時間穩(wěn)定存在，而在水性體系中則不能，因此大多數(shù)反射隔熱涂料為溶劑體系。但水性化是涂料的發(fā)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于普通填料。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(wěn)定性差，空心玻璃微珠保溫涂料較穩(wěn)定。
2.輻射隔熱涂料
輻射隔熱涂料是通過輻射的形式把建筑物吸收的日照光線和熱量以一定的波長發(fā)射到空氣中，從而達到良好隔熱降溫效果的涂料。其中的關鍵技術是制備具有高熱發(fā)射率的涂料組分。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(jié)構(gòu)的摻雜型物質(zhì)具有熱發(fā)射率高的特點，因而廣泛用作隔熱節(jié)能涂料的填料。
輻射隔熱涂料不同于玻璃棉、泡沫塑料等多孔性低阻隔性隔熱材料，阻隔性隔熱材料只能減慢但不能阻擋熱能的傳遞。白天太陽能經(jīng)過屋頂和墻壁不斷傳人室內(nèi)空間及結(jié)構(gòu)，一旦熱能傳人，就算室外溫度減退，熱能還是困陷其中。而輻射隔熱涂料卻能夠以熱發(fā)射的形式將吸收的熱量輻射掉，從而促使室內(nèi)與室外以同樣的速率降溫。
3.真空隔熱涂料
熱傳遞有三種方式：傳導、對流和輻射。真空狀態(tài)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制備性能優(yōu)良的保溫涂料。
美國豪斯實驗室對民用建筑使用真空陶瓷微珠效果的測試結(jié)果表明，上百萬真空陶瓷微珠在波長500-2500nm波長范圍內(nèi)對陽光的反射率平均達到86％，夏天空調(diào)能耗至少節(jié)省64％。這種涂料過去僅限于在航天產(chǎn)品上使用。近年來，發(fā)達國家先后將其應用到了民用建筑和工業(yè)設施。
4.透明隔熱涂料
透明隔熱涂料是一種在可見光區(qū)具有透明性的隔熱涂料。主要是利用納米氧化錫銻系列（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(qū)極高的反射率來達到透明隔熱的目的。
對于建筑物的大面積窗口及透明頂棚、汽車窗口等場合，太陽光的熱輻射會增加空調(diào)的使用率，浪費能源，傳統(tǒng)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(chǎn)品達到隔熱降溫的目的。但是這些產(chǎn)品也存在一些問題，其在可見光的不透明性和高反射率限制了它的使用范圍，例如高反射率會出現(xiàn)光污染問題。納米材料的出現(xiàn)為透明隔熱問題的解決提供了新的途徑。
5.相轉(zhuǎn)變隔熱涂料
眾所周知，0度的冰轉(zhuǎn)化為0度的水需要吸收能量，0度的水轉(zhuǎn)化為0度的冰需要釋放能量。在這個相轉(zhuǎn)變的過程中，雖然發(fā)生了能量的傳遞但溫度保持不變。相轉(zhuǎn)變涂料就是把特定熔點（例如25度），比熱容高的材料固定在墻面的涂膜中，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，然后分散在涂料中。
這種涂料的隔熱保溫效果取決于這種材料的比熱容、熔化熱的大小和單位面積的使用量。比熱容、熔化熱越高，單位面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(zhì)量物體改變單位溫度時的吸收或釋放的內(nèi)能。
熔化熱的定義為：單位質(zhì)量的晶體物質(zhì)在熔點時變成同溫度的液態(tài)物質(zhì)所需吸收的熱量。也等于單位質(zhì)量的同種物質(zhì)，在相同壓強下的熔點時由液態(tài)變成固態(tài)所放出的熱量。
提倡發(fā)展節(jié)能涂料
由于經(jīng)濟的發(fā)展和能源有著極為密切的關系，因此能源問題是現(xiàn)實社會中一個具有戰(zhàn)略意義的重要問題。社會各行業(yè)都要提倡發(fā)展節(jié)能產(chǎn)品，涂料行業(yè)作為高能耗產(chǎn)業(yè)之一，有責任也有能力為降低建筑能耗、節(jié)約資源、促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻。
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