旧房改造中反射隔热涂料的应用及效果分析

■ 茅文英 MAO Wenying

0 引言

近年来，上海市不断加大老旧房屋修缮改造的力度，除了一系列配套政策上的支持，也对各类材料和施工工艺进行了持续改进，这意味着，各类技术要求也在不断提高[1-2]。这其中，建筑物外围护结构的节能保温依然是大众所关注的焦点。然而，伴随着外墙外保温技术的不断更新迭代，传统保温材料的弊端却日益凸显，屡屡发生质量问题。为此，上海市建委于2020—2021 年接连发布了几次禁限目录，基本限制了大多数外墙外保温产品在建筑上的使用。在此背景下，建筑外墙反射隔热涂料在近年得到了快速发展[3]。为了城市的可持续发展，也为了建筑节能朝着安全、持久的方向发展，应进一步促进反射隔热涂料的应用及推广，因此，需要对该类产品从材料类别、材质特性、技术应用及其实际节能效果等方面进行分析评价。

1 反射隔热涂料的类别与特性

1.1 反射隔热涂料的原理

反射隔热涂料是在生产过程中，选用基料、热反射颜料、填料和助剂等原材料混合配置加工而成的一种新型功能性涂料。其使用原理是：通过涂刷于墙体上形成的涂膜层来高效反射太阳光以达到隔绝热量的目的，从而起到隔热效果[4]（图1）。它具有较好的降温效果，在太阳光350～2 600 nm 波长的范围内，对红外线和紫外线都具有很高的反射性，可避免建筑物受到热量的影响，从而提高居住的舒适性。正是由于它的发散降温性质，即使是在高温的气候环境下，依然可以有效地组织外界的热量，使室内保持着恒温状态。

图1 反射隔热涂料原理图

1.2 反射隔热涂料的类别区分

外墙类涂料是用于涂刷于建筑外立面的装饰材料，可以令外墙装修体现出不同的建筑风格，涂料的颜色与质感也可使建筑物层次分明、独具特色。反射隔热涂料涂刷成膜后，除了具备墙体乳胶漆的性能外，还具有良好的弹性，可以赋予涂层特有的装饰性能和防水功能。多年发展过程中不断产生出的新技术，使涂层具有卓越的附着力、耐沾污性和耐洗刷性。由于外墙的装饰层在日常使用过程中是直接接触室外环境的，受到环境影响较大，因而对涂料的要求比较高。除了常规的物理性能外，还需要满足国家标准《建筑用墙面涂料中有害物质限量》（GB 18582—2020）中的有毒有害指标要求。

反射隔热涂料在产品类别中，并不是独立产生的新型建筑涂料，只是在相应类别的产品中附加了反射隔热配方而产生出具有反射隔热功能的产品。那些被附加了反射隔热功能的涂料，分别被命名为：反射隔热合成树脂乳液外墙涂料、反射隔热弹性建筑涂料，反射隔热建筑外墙用水性多彩涂料、反射隔热合成树脂乳液砂壁状建筑涂料，等等。功能性的附加，意味着不仅要符合原涂料本身的产品标准，还必须符合反射隔热功能涂料的标准，主要有：《建筑反射隔热涂料》（JG/T 235-2014）、《建筑用反射隔热涂料》（GB/T 25261—2010）、《建筑外表面用热反射隔热涂料》（JC/T 1040—2007）、《建筑反射隔热涂料应用技术规程》（JGJ/T 359—2015）和《建筑反射隔热涂料节能检测标准》（JGJ/T 287—2014）等。

2 反射隔热涂料在标准中的性能指标

在上海市地方标准《建筑反射隔热涂料应用技术规程》（JGJ/T 359—2015）和《居住建筑节能设计标准》（DGJ 08-205—2015）中，主要考虑冬夏两季的应用贡献与节能效率。鉴于反射隔热涂料在外墙的使用中长期受到环境的影响，故在上述两本标准中，均采用污染后的太阳光反射比或太阳辐射吸收系数进行计算。

在行业标准《建筑反射隔热涂料》（JG/T 235—2014）中，将反射隔热涂料按照明暗度进行划分,使得有色涂料的不同颜色及其上墙后的实际颜色，对太阳光的反射作用起到了明显区分。考虑到涂料受污染后对热反射的影响，在标准中使用了人工气候老化后太阳光反射比变化率指标及近红外反射比指标（表1）。一方面，使标准指向性更加明显；另一方面，使得标准在实际使用过程中的考量也更加全面，从而在实验室检测及现场检测时，更能反映出建筑物应用时的实际情况。

表1 行业标准中的隔热性能指标要求

在国家标准《建筑用反射隔热涂料》（GB/T 25261—2010）中，除了热反射常规指标，还针对性地提出等效热阻的测试计算方法，并对该指标限值做出了规定。把反射隔热涂料中反射功能所带来的隔热性能，折算为等效热阻这种热工性能后，可为整个建筑外围护结构的节能效果计算提供依据。但光学指标在标准中所规定的检测项目，只有太阳反射比与半球发射率两项。虽然这两项指标确可作为检测的取值依据，但无法进行有效评价。因为在不同的太阳光照射波段内，太阳光反射比和半球发射率指标对其节能效果存在较大的不确定因素,如果单纯依据这两项指标进行检测和判定产品的质量，是不精确和不具有完整说明性的，因而也无法评价出节能效果。

3 反射隔热涂料的节能效果与能耗模拟

3.1 对反射隔热效果进行数据对比

上海属于冬冷夏热地区，本文选择夏季来研究反射隔热涂料在建筑物上的应用效果。在样板房建筑外墙上，对反射隔热涂料涂刷前和涂刷后分别进行对比。为了保证测试数据的平均有效性，分别测试A 点与B 点温度值（图2）。

由图2 的温度波动曲线可知，由于建筑物墙体为混凝土材质，在夏季比较容易吸收热量，在施工反射隔热涂料前，墙面温度最高可超过44℃，最低也达到了34℃；而在反射隔热涂料施工完成后，建筑物墙体温度最低降到了29℃，最高也未超过36℃。虽然空气温度波动使建筑物墙体发生了一些温度波动，但对于未进行涂料施工的墙体，由于吸收了更多的温度，使得墙体温度在某些时段甚至超过了室外的空气温度。特别是在13:00—17:00 这一时段，温度波动尤为陡峭，而此时间段也是人们日常居家生活活动较为频繁的时段，对居住舒适性影响较大。涂刷过涂料的外墙面，以红外辐射的方式将热量向空气中进行传播，从而降低了建筑物的外表面温度。通过对涂料产品的检测，以及对施工现场样板房的比对,可以评价出：在夏季高温及较强的太阳辐射下，对于表面涂刷过反射隔热涂料的建筑物外围护结构，其温度明显降低，并能够有效降低建筑物的整体能耗。

图2 反射隔热涂料在墙面施工前后的温度值对比图

3.2 节能效果与能耗模拟分析

在旧房改造中，往往会遇到不同建筑结构的老旧建筑，以下选取3 种具有代表性的常见结构类型建筑物（建筑物A、B、C）进行分类比较（表2）。不同建筑类型会有不同的设计，它们之间的窗墙比、体型系数、外墙体结构自身的保温性能等也都会有所差异。在这种情况下，通过能耗模拟得出的夏季空调用电量和全年耗电量也是不一样的。因此，计算出3 类不同建筑物使用反射隔热涂料后的能耗差异，用以分析该种材料在上墙应用后的真实应用场景与节能效果，可对反射隔热涂料的节能效果有直观体现。

表2 3 种不同类型的老旧建筑物基本情况信息

使用反射隔热涂料重新涂刷外墙后，研究外墙的节能效果。这3种建筑物结构类型不同、建筑高度不同，但外围护结构都没有使用其他保温系统材料；至于外窗方面，也仅仅只是使用了普通的单层塑钢窗。通过能耗模拟软件进行能耗分析后发现，这3 种建筑物对于全年能耗降低的幅度并不相同（表3）。相比之下，建筑物B 由于是体型系数较小的剪力墙结构，其全年在耗电量上的降幅是最大的；而建筑物C 由于是体型系数相比最大的砖混结构，得出的全年在耗电量降幅是最小的；另外，外墙传热系数相对更大的，全年耗电量相对降低的比例也更多。但不可否认的是，对外围护结构的表面涂刷反射隔热涂料之后，可以有效降低整个建筑物的耗电量，使老旧建筑变得节能环保。这里需了解一个概念——明度值，表示反射隔热涂料的反射效率，简单来说，高明度＞中明度＞低明度。白色的反射隔热涂料对热反射效率更好，浅色系大多为中明度，而深色系涂料大多为高明度。如果建筑物整体外立面都仅使用高明度涂料，那么建筑物整体的美感受到制约；而如果只使用中明度或者高明度的反射隔热涂料，则热反射效率达不到节能要求。

表3 旧房外墙涂刷反射隔热涂料后的能耗模拟信息汇总

4 总结与建议

通过节能效果对比与能效模拟计算可以看出，反射隔热涂料对建筑物的节能性能明显优于同类型普通涂料。在旧房改造中，有些旧建筑物是本身没有保温系统的，而有些建筑物是保温系统出现问题的。对于保温系统材料出现安全质量隐患的，现阶段可使用的修缮材料并不多。既有建筑改造中，大多会使用反射隔热涂料进行修缮改造。由于可选择的涂料种类较多，不仅满足了装饰性需求，相对于传统附着于墙体上的保温系统材料也更加具有安全性；再加上其优异的隔热效果，有效地降低了建筑物的室内温度。

反射隔热涂料虽然有着独特的功能性，也保持着传统涂料的装饰性美感，但也存在一些缺陷。由于涂料中加入了反射隔热成分，其耐沾污性比较弱。涂刷完成后，日常使用中会受到大气中的粉尘颗粒及悬浮物污染，又受到雨水冲刷、空调管挂墙排水等影响，涂层的表面会变脏。一旦涂层的颜色变得比较暗淡，其热反射性能也会随之衰减。因为涂层明度值的降低，会使其反射隔热性能降低，主要体现在太阳光反射比和近红外反射比这两项性能指标上。虽然在相关标准中有污染后太阳光反射比的性能参数指标，且在实际使用情况下，也可以较好反应使用效果，但距离实际应用场景还是会有一定的差距。

另外，建筑物墙面色彩的处理并非千篇一律，设计单位有时会使用多种颜色的涂料搭配使用。此时，需要在建筑的东山墙或西山墙尽量采用白色或浅色的反射隔热涂料，因为白色或浅色涂料明度值较深色涂料较高，而高明度值可以提高反射率，从而进一步达到节能效率；同时，由于建筑物的檐口和勒脚部位易脏，可采用深色涂料进行色彩搭配。在保证了大面积反射效率后，为增加建筑物色彩的灵动性，有时候可以增加一些水平线条，使整个建筑物外立面的色彩显得更具有层次感。

优质的材料更需要精益求精。在日后的修缮工作中，不仅要对材料的质量进一步精进和提高，也要对施工工艺提出更高的要求，严把质量关，为上海市住宅修缮工程持续推进工作。