建築保溫隔熱塗料簡介及其初級機理

劉 建 成都頻幅寬波檢測研究中心

孫衛國 西華大學

付 佳 西華大學

一、建築絕熱保溫隔熱塗料研發背景

由於全球氣候變暖和中國各區域氣候條件的不同，尤其是中國的夏熱冬冷地區和溫和地區及夏熱冬暖地區溫差不大。以上地區用能模式有共同特性規律：供暖、制冷、通風是間隙式的，不是剛性的。在中國現有建築節能的規范中以墻體傳熱系數的大小作為判定建築維護結構節能多少，這與實際用能模式的耗能是有出入的。於是，對用能模式的不同，選擇和用什麼樣的評估方法以及選用什麼節能材料是目前急需要研究和解決的問題。 此外，建築圍護結構使用傳統保溫材料還存在安全隱患。所以，另一大類節能保溫材料 — 功能性薄體塗料便顯得很重要，成為市場渴求的建築節能材料。

二、薄體功能性塗料的分析

目前市場有如下類型的功能塗料，反射型隔熱塗料和隔熱型膩脂類保溫塗料；集反射、輻射、阻隔綜合性的保溫隔熱塗料。 在一定區域、一定氣候條件下和不同用能模式條件下，評估其節能效果是目前的當務之急。

三、科創公司建築絕熱保溫隔熱塗料簡介

3.1 成都市科創節能材料有限公司研發的建築絕熱保溫隔熱塗料

該公司研制的新型塗料是以阻隔熱輻射為主，兼有阻隔和反射作用的綜合型的功能塗料。它是既僅對太陽電磁波波段（380-2500um）、也對超寬波段具有較強的阻隔熱輻射功能的保溫型塗料。

3.2 建築絕熱保溫塗料的初級組織結構

科創公司的絕熱保溫塗料及其傳熱介質是一個固體-氣體兩相系

統。固體部分以丙烯酸樹脂為成膜物質，是多種稀土金屬晶體微粒、非金屬晶體微粒和氣凝膠為填充物所形成的密閉多孔結構（如下圖所示）。采用石磨或球磨工藝將這些物質制造成塗料。氣相部分由密閉的空氣構成。

絕熱保溫塗料結構示意圖

3.3 建築絕熱保溫塗料的初級機理

根據熱能的傳輸通道主要有3個：

1）由分子相互作用主導的傳導傳熱；

2）由流體運動主導的對流傳熱（涵蓋相變）；

3）由電磁波（輻射）主導的輻射傳熱。

而傳輸通道中的能量傳輸的物理載體主要有：

a）固體晶體量子化晶格振動（聲子）；

b）流體粒子（如空氣分子）；

c）移動的電子（和離子）；

d）光子（電磁波）。

基於熱能傳輸機理，科創公司研發的建築絕熱保溫塗料是集反射、阻隔熱輻射功能的新型塗料。

由於建築絕熱保溫塗料的實際工程應用，特別是定標測量是以密閉空間為主，而材料內部的孔隙結構又是密閉的，該塗料所在空間中的對流熱量損失的影響就可以忽略不計。

3.3.1 微晶體產生輻射和反射機理

受激輻射示意圖

金屬晶粒對環境輻射有吸收（轉換和存儲能量）和反射作用，其中吸收部分的能量又會以光子形式重新釋放到環境中，從而整體上減弱瞭能量在輻射通路上的聚集。其受激輻射的具體細節（吸收、反射和自發輻射譜）與晶體的元素組成和晶體結構密切相關，可以通過實驗測量和理論方法聯合研究。另一方面，晶體的結構也決定瞭其量子振動所致的聲子結構及其傳播，從而關聯影響到熱傳導過程。

3.3.2 氣凝膠作用

無機氣凝膠顆粒是目前具有阻隔熱輻射和熱傳導的優質材料。能量通過形成固體骨架的主要粒子鏈、熱輻射和氣凝膠多孔結構中的氣體分子傳遞。

四、目前對保溫隔熱塗料的功能評估和測試方法的研究

① 建築絕熱保溫塗料的熱過程所內含的熱物理，涉及到熱力學、量子力學、統計力學、電動力學以及建築圍護結構和節能應用等多個學科領域。隻有對該熱物理過程進行深入的科學研究才能真正搞清楚這類新型建築節能保溫塗料的基本機理。 對該塗料在周期性、區域性，以及用能模式不同區域的建築圍護結構所起的保溫節能作用進行評估，隻有在一定時間和條件下，進行對比測試才更接近實際，也是更能被人們接受的一種看得見的方式。

② 科創公司正在參與建築保溫隔熱塗料相關標準的編制。該公司的新型建築保溫隔熱塗料已在四川應用備案三年。雖然在三年應用中遇到各種阻力，我們相信時間和實踐會給出公正答案。 希望熟悉光子受激輻射的物理學傢和建築節能研究工作的單位和人員參與到建築節能保溫塗料的機理研究、實驗測量和工程實踐中去。

五、太陽發射輻射波段和冬天房間取暖熱源輻射波段圖

太陽光輻射波段(250–2500納米)圖