根据联合国环境规划署发布的报告，建筑业占据全球能源需求的34%以上。为了实现节能和减碳目标，我们必须有针对性地改善关键行业。我国已经将建筑节能设计列为强制性要求。在这一背景下，采用建筑外墙反射隔热涂料成为一项有效的节能措施。相较于传统涂料，这种涂料具有显著的隔热性能提升。在夏季炎热、冬季寒冷的地区使用这种涂料可以降低建筑全年制冷能耗28%至34%。尤其在以制冷需求为主的气候区域，这项技术具有巨大的节能降碳潜力。
我国标准对反射隔热涂料进行了三种分类：
以上3种涂料均具有一定的隔热保温效果，第一种是以热阻隔为隔热机理，后两种是以热反射为隔热机理。
气凝胶材料以其超低导热系数、A级不燃、超轻质等独特特性，在建筑节能降碳方面展现出广泛的应用潜力。气凝胶反射隔热涂料巧妙地结合了热反射和热阻隔效应，通过包含导热系数极低的气凝胶材料的中间层和具有高太阳光反射率的表面层，协同作用以有效阻断热量的传递。这种创新的设计不仅提供了卓越的隔热性能，还满足了建筑节能的迫切需求。
新型气凝胶反射隔热涂料采用二氧化钛和二氧化硅气凝胶粉末作为太阳反射层的填料，结合二氧化硅气凝胶和空心玻璃微珠作为隔热层的填料制备而成。为增强涂料与建筑墙体的附着效果，底层采用水溶性环氧树脂胶。这一精心设计的组合不仅提高了反射隔热效果，而且确保了良好的涂料附着性，使其更适用于建筑应用
气凝胶反射隔热涂料在建筑外墙的涂覆过程通常包括以下步骤：
① 表面准备：确保建筑外墙表面平整、干净，并去除任何尘土、油脂或其他污染物。这有助于提高涂料的附着力。
② 底涂层施工：使用水溶性环氧树脂胶等底涂材料，均匀涂覆在建筑外墙表面。底涂层的选择旨在增强反射隔热涂料与墙体的附着效果。
③ 隔热层施工：在底涂层完全干燥后，涂布含有二氧化硅气凝胶和空心玻璃微珠的隔热层涂料。这一层旨在提供隔热效果，帮助减少建筑对外界温度的传导。
④ 太阳反射层涂覆：将含有二氧化钛和二氧化硅气凝胶粉末的太阳反射层涂料均匀覆盖在隔热涂层之上。确保涂布均匀，以提供良好的太阳反射效果。
⑤ 涂料固化：等待整个涂料系统充分固化。具体的固化时间会根据使用的涂料类型而有所不同，因此要遵循涂料制造商的建议。
⑥ 检查和修复：完成涂覆后，检查涂料表面是否有缺陷或损坏，并进行修复。确保涂料层整体质量良好。
目前，对于反射隔热涂料的评价主要考虑太阳光反射率、近红外反射率、导热系数和隔热温差等关键指标，检测标准为GB/T 25261—2018《建筑用反射隔热涂料》。在研究反射隔热涂料的节能效果时，可以采用比较建筑在使用涂料前后的制冷能耗的方法。这些评价标准和研究方法有助于全面了解反射隔热涂料的性能和实际应用效果。
新型气凝胶反射隔热涂料的结构包括反射面层、气凝胶隔热层和底层。该涂料通过反射大部分太阳辐射，同时借助多种机理协同作用，如阻隔热传导等。我们进行了太阳光反射率、导热系数和隔热温差的测试，并以夏季炎热、冬季温暖的地区为例，计算了其在建筑外墙上应用的节能潜力。这种涂料的设计和性能特点使其在提高建筑能效方面具有显著的潜力。
气凝胶反射隔热涂料的热反射率是指该涂料对热辐射的反射能力。这一性能在降低建筑表面温度、减轻热负荷以及提高节能效果方面起到关键作用。对于气凝胶反射隔热涂料，由于其设计用于提高建筑的隔热性能，其热反射率通常较高。这意味着涂覆了这种涂料的表面能够更有效地反射掉来自太阳辐射的热量，减缓建筑物的升温。
图2展示了气凝胶反射隔热涂料（AC）与两种常用外墙材料（WC、CC）的太阳光谱反射率。通过计算，得出三种材料的平均太阳光反射率分别为89%、74%和29%，而近红外反射率分别为91%、73%和28%。明显可见，与两种常用外墙材料相比，气凝胶反射隔热涂料的太阳光反射率和近红外反射率分别提升了20%、207%和25%、225%。这突显了气凝胶涂料在反射性能上的显著优势。
气凝胶反射隔热涂料的导热系数通常较低，这是其优越的隔热性能的关键因素之一。具体的导热系数取决于具体的气凝胶反射隔热涂料的配方和制备工艺，不同厂家和产品可能有略微不同的性能。通常来说，气凝胶本身是一种多孔且轻质的材料，其导热系数相对较低。而在反射隔热涂料中，气凝胶通常被设计成一层隔热层，有效减缓了热量的传导。
表1为气凝胶反射隔热隔热涂料(AC)与两种常用外墙材料( WC、CC )的热物性参数，可见因为AC中的二氧化硅气凝胶具有超轻、超低导热和纳米级多孔结构，其导热系数、干密度和比热容远低于WC和CC。相比于WC、CC两种外墙材料，AC的导热系数分别降低了87%、92%。
气凝胶反射隔热涂料的隔热温差通常取决于多个因素，包括涂料的配方、厚度、表面特性，以及环境条件等。隔热温差是指涂料应用后，建筑表面温度与未涂料表面温度之间的差异。一般而言，气凝胶反射隔热涂料通过其特殊设计的隔热层，可以有效降低建筑表面的温度，从而减缓室内的升温。这种隔热效果有助于提高建筑的能效，降低空调负荷，从而实现节能的目的。
测试结果计算的AC、WC、CC的隔热温差分别为33.8℃、24.6℃、8.89℃，可见气凝胶反射隔热复合涂料的隔热性能远大于其他普通涂料。
由图3还可以看出，在初始阶段，AC的温升曲线斜率远小于其他涂料及参比黑板，且较早的达到了温度动态平衡，最终稳定在 40.3℃ ，而WC和CC则最终分别稳定在49.5℃、65.2℃ ，说明气凝胶反射隔热涂料其较高的太阳光反射率反射了大部分的光辐射能量；其极低的导热系数进一步阻隔了热量向基体的传递，热反射和热阻隔协同作用，得到了较好的隔热效果。
以制冷需求为主且太阳辐射强度较大的夏热冬暖地区为例，针对该地区一字型、T字型、T字型(大户型)3种典型建筑模型，计算气凝胶反射隔热涂料(AC) 与两种常用外墙材料( WC、CC)应用于典型住宅建筑全年制冷能耗。WC、CC的太阳光反射率分别代表目前该地区的新建建筑与老旧建筑。3种典型建筑模型如图4所示。
图4 3种典型建筑的模型
图5所示为3种典型建筑外墙分别应用AC、WC、CC后的全年制冷能耗，由图5可知，使用AC后，建筑的制冷能耗有了显著降低：相比于代表老旧建筑涂料的CC，全年制冷能耗降低了27.70%～34.14%；相比于代表新建建筑涂料的WC，全年制冷能耗降低了8.8%～ 11.4%。
进一步分析可知，使用气凝胶反射隔热涂料（AC）对不同建筑类型的节能效果也不同，如相比于CC，建筑A的全年制冷能耗减少了13 009 kW·h，而建筑B则减少了14 483 kW·h，建筑C减少了13 355 kW·h。
根据上述数据，气凝胶反射隔热涂料表现出出色的隔热性能和卓越的节能效果，适用于建筑领域的节能和减碳措施。特别是在以制冷需求为主的气候区域，其潜在的节能减碳效果更为显著。总体而言，气凝胶反射隔热涂料在建筑领域的应用趋势表现为更加注重可持续性、智能化、多功能性设计以及与绿色认证的结合。这些趋势将推动气凝胶涂料技术的不断创新，为建筑行业提供更可持续、高效的解决方案。
原文整理自《建筑节能》
原文始发于微信公众号（艾邦气凝胶论坛）：气凝胶反射隔热涂料在建筑领域的节能降碳应用
