建筑保温隔热涂料简介及其初级机理

刘 建 成都频幅宽波检测研究中心

孙卫国 西华大学

付 佳 西华大学

一、建筑绝热保温隔热涂料研发背景

由于全球气候变暖和中国各区域气候条件的不同，尤其是中国的夏热冬冷地区和温和地区及夏热冬暖地区温差不大。以上地区用能模式有共同特性规律：供暖、制冷、通风是间隙式的，不是刚性的。在中国现有建筑节能的规范中以墙体传热系数的大小作为判定建筑维护结构节能多少，这与实际用能模式的耗能是有出入的。于是，对用能模式的不同，选择和用什么样的评估方法以及选用什么节能材料是目前急需要研究和解决的问题。 此外，建筑围护结构使用传统保温材料还存在安全隐患。所以，另一大类节能保温材料 --- 功能性薄体涂料便显得很重要，成为市场渴求的建筑节能材料。

二、薄体功能性涂料的分析

目前市场有如下类型的功能涂料，反射型隔热涂料和隔热型腻脂类保温涂料；集反射、辐射、阻隔综合性的保温隔热涂料。 在一定区域、一定气候条件下和不同用能模式条件下，评估其节能效果是目前的当务之急。

三、科创公司建筑绝热保温隔热涂料简介

3.1 成都市科创节能材料有限公司研发的建筑绝热保温隔热涂料

该公司研制的新型涂料是以阻隔热辐射为主，兼有阻隔和反射作用的综合型的功能涂料。它是既仅对太阳电磁波波段（380-2500um）、也对超宽波段具有较强的阻隔热辐射功能的保温型涂料。

3.2 建筑绝热保温涂料的初级组织结构

科创公司的绝热保温涂料及其传热介质是一个固体-气体两相系

统。固体部分以丙烯酸树脂为成膜物质，是多种稀土金属晶体微粒、非金属晶体微粒和气凝胶为填充物所形成的密闭多孔结构（如下图所示）。采用石磨或球磨工艺将这些物质制造成涂料。气相部分由密闭的空气构成。

绝热保温涂料结构示意图

3.3 建筑绝热保温涂料的初级机理

根据热能的传输通道主要有3个：

1）由分子相互作用主导的传导传热；

2）由流体运动主导的对流传热（涵盖相变）；

3）由电磁波（辐射）主导的辐射传热。

而传输通道中的能量传输的物理载体主要有：

a）固体晶体量子化晶格振动（声子）；

b）流体粒子（如空气分子）；

c）移动的电子（和离子）；

d）光子（电磁波）。

基于热能传输机理，科创公司研发的建筑绝热保温涂料是集反射、阻隔热辐射功能的新型涂料。

由于建筑绝热保温涂料的实际工程应用，特别是定标测量是以密闭空间为主，而材料内部的孔隙结构又是密闭的，该涂料所在空间中的对流热量损失的影响就可以忽略不计。

3.3.1 微晶体产生辐射和反射机理

受激辐射示意图

金属晶粒对环境辐射有吸收（转换和存储能量）和反射作用，其中吸收部分的能量又会以光子形式重新释放到环境中，从而整体上减弱了能量在辐射通路上的聚集。其受激辐射的具体细节（吸收、反射和自发辐射谱）与晶体的元素组成和晶体结构密切相关，可以通过实验测量和理论方法联合研究。另一方面，晶体的结构也决定了其量子振动所致的声子结构及其传播，从而关联影响到热传导过程。

3.3.2 气凝胶作用

无机气凝胶颗粒是目前具有阻隔热辐射和热传导的优质材料。能量通过形成固体骨架的主要粒子链、热辐射和气凝胶多孔结构中的气体分子传递。

四、目前对保温隔热涂料的功能评估和测试方法的研究

① 建筑绝热保温涂料的热过程所内含的热物理，涉及到热力学、量子力学、统计力学、电动力学以及建筑围护结构和节能应用等多个学科领域。只有对该热物理过程进行深入的科学研究才能真正搞清楚这类新型建筑节能保温涂料的基本机理。 对该涂料在周期性、区域性，以及用能模式不同区域的建筑围护结构所起的保温节能作用进行评估，只有在一定时间和条件下，进行对比测试才更接近实际，也是更能被人们接受的一种看得见的方式。

② 科创公司正在参与建筑保温隔热涂料相关标准的编制。该公司的新型建筑保温隔热涂料已在四川应用备案三年。虽然在三年应用中遇到各种阻力，我们相信时间和实践会给出公正答案。 希望熟悉光子受激辐射的物理学家和建筑节能研究工作的单位和人员参与到建筑节能保温涂料的机理研究、实验测量和工程实践中去。

五、太阳发射辐射波段和冬天房间取暖热源辐射波段图

太阳光辐射波段(250–2500纳米)图

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