探究“热反射隔热涂料”的定义
探讨“热反射隔热涂料”的原理、技术和发展,首要问题就是清晰地界定其定义,唯有如此,才能确保后面的阐述不至于“驴唇不对马嘴”。借用伟人的一句话:“定义是个纲,纲举目张”。首先说明:“热反射隔热涂料”为类名,不同文件中具体名称可能有所不同(如“具有热反射隔热功能的防腐涂料”等),以下除特别注明外均采用该类名。
前文我们说过,“热反射隔热涂料”可从狭义和广义两个维度划分:
- 狭义:指具有较高太阳光反射比(Total Solar Reflectance)、半球发射率(Hemispherical Emittance,亦写作Hemispherical Emissivity)、近红外反射比(Near Infrared Reflectance)的涂料。具体指由现行国标、行标所界定的金属表面用和建筑用热反射隔热涂料,详情可参考前文《“热反射隔热涂料”的现行标准》。
- 广义:传统上,广义热反射隔热涂料包括反射型、辐射型、隔绝传导型三类;随着新技术发展,现亦将相变储能型、消融型纳入其中,即包含反射型、辐射型、隔绝传导型、相变储能型、消融型五类。实践中,目前已很少采用单一技术路径,通常为两种或多种路径并举,共同实现热工性能。其中,高反射比(TSR和NIR)和高发射率(HE)已成为“热反射隔热涂料”的标配,几乎所有现行标准均对这两项指标予以明确规定;近年热点产品“辐射制冷涂料”中,“大气窗口发射率(Atmospheric Window Emittance)”又成为独立指标。
而低导热系数则存在争议:一方面产业界不断用低导热系数产品解决实际问题;另一方面,低导热系数产品往往要求具有相当厚度(mm级或cm级),而“热反射隔热涂料”属于薄层涂料(通常μm级),如此薄的涂层即便具有很低的导热系数,实际效果有多大?这成为争议焦点。体现在相关标准中,有些规定了“导热系数”指标,有些则没有。带着共识与争议,我们以现行标准为基准,辅以理论界和产业界的观点,厘清“热反射隔热涂料”的内涵,作为后文立论依据。
现行标准对“热反射隔热涂料”的定义及规定
《“热反射隔热涂料”的现行标准》一文中介绍了相关国家/行业标准,我们从中查找权威定义。所涉标准按时间先后顺序排列如下:
热反射隔热涂料 · 相关标准与技术规范
汇总自 JC/T1040、GB/T 50393、JG/T235、HG/T4341、GB/T 25261 等现行及历史标准 | 定义、关键指标、产品描述
| 1 | JC/T1040-2007 | 《建筑外表面用热反射隔热涂料》 | 热反射隔热涂料 | 适用于通过反射太阳热辐射减少建筑物热荷载的隔热装饰涂料。太阳光(可见光+近红外占热能90%)绝大部分被反射,并通过红外辐射散热。 🔹 太阳反射比:R≥70% (白色≥90%) 🔹 半球发射率:e≥60% (GB/T2680) |
| 2 | GB/T50393-2008 | 《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》 | 热反射隔热防腐蚀涂料 | 三层体系:热反射涂层(高反射粉料) + 隔热中间层(特种空心微球) + 环氧富锌/云母底漆。干膜厚度≥250μm。 🔹 导热系数:≤0.25 W/(m·K) 利用反射与空心微球阻隔热传递。 |
| 3 | JG/T235-2008 | 《建筑反射隔热涂料》 | 建筑反射隔热涂料 | 以合成树脂为基料,与功能性颜填料(红外颜料、空心微珠、金属微粒等)及助剂配制。施涂于建筑物表面,具有较高太阳光反射比和较高半球发射率。 |
| 4 | GB/T25261-2010 | 《建筑用反射隔热涂料》 | 建筑用反射隔热涂料 | 具有较高太阳热反射比和半球发射率,可以达到明显隔热效果的涂料。适用于建筑物表面隔热保温。 |
| 5 | HG/T4341-2012 | 《金属表面用热反射隔热涂料》 | 热反射隔热涂料 | 具有较高太阳光反射比和半球发射率,能达到明显隔热效果的涂料。主要用于储罐、设备、建筑、船舶、车辆等金属外表面降温。 |
| 6 | JG/T402-2013 | 《热反射金属屋面板》 | 热反射金属屋面板 / 热反射涂层 | 表面涂覆热反射涂层用于建筑屋面的金属板材。 ✨ 热反射涂层定义:相同明度下提高近红外反射比,使面板表面温度降低。 |
| 7 | JG/T235-2014 | 《建筑反射隔热涂料》 | 建筑反射隔热涂料 | 以合成树脂为基料,与功能性颜填料及助剂配制,施涂于建筑物外表面,具有较高太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率的涂料。 |
| 8 | JGJ/T287-2014 | 《建筑反射隔热涂料节能检测标准》 | 建筑反射隔热涂料 | 具有较高太阳热反射比和半球发射率,可以达到明显隔热效果的涂料。适用于新建、扩建及既有建筑墙面、屋面的节能性能参数检测。 |
| 9 | JGJ/T359-2015 | 《建筑反射隔热涂料应用技术规程》 | 建筑反射隔热涂料 | 以合成树脂为基料,与功能性颜填料及助剂配制,施涂于建筑物外表面,具有较高太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率。 |
| 10 | GB/T31389-2015 | 《建筑外墙及屋面用热反射材料技术条件及评价方法》 | 建筑热反射涂料 / 热反射金属屋面板 | 用于建筑外墙和屋面,具有较高太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率的材料。包含建筑热反射涂料(施涂于建筑物表面)及热反射金属屋面板(涂覆热反射涂层金属板)。 |
| 11 | GB/T50393-2017 | 《钢质石油储罐防腐蚀工程技术标准》 | 热反射隔热涂料 (性能指标) | 无明确定义,规定关键指标: 🔹 太阳光反射比:白色≥80%,其它色≥60% 🔹 半球发射率:≥85% 🔹 近红外反射比:≥60% |
| 12 | GB/T25261-2018 | 《建筑用反射隔热涂料》 | 隔热中涂漆 / 反射隔热平涂面漆 / 反射隔热质感面漆 | • 隔热中涂漆:较低导热系数,达到隔热保温效果的中间层。 • 反射隔热平涂面漆:较高太阳光反射比和半球发射率,涂层平整均匀装饰效果。 • 反射隔热质感面漆:较高太阳光反射比、半球发射率,立体造型装饰效果。 适用于均一颜色、具有隔热作用的涂料。 |
| 13 | T-CECS 10044-2019 | 《绿色建材评价 反射隔热涂料》 | 反射隔热涂料 | 以合成树脂为基料,采用反射隔热功能材料及颜填料、助剂等配制,具有较高太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率。适用于平涂型和质感型涂料。 |
| 14 | JC/T1040-2020 | 《建筑外表面用热反射隔热涂料》 | 建筑外表面用热反射隔热涂料 | 以合成树脂为基料,与功能性材料及助剂配制,施涂于建筑物外表面。相同明度下具有较高太阳光反射比和半球发射率,达到隔热作用。 |
| 15 | SY/T0319-2021 | 《钢质储罐防腐层技术规范》 | 热反射隔热功能防腐涂料 | 无具体定义,规定性能指标: 🔹 反射率p:白色≥80%,其它色≥60% 🔹 半球发射率E:≥85% 🔹 导热系数:≤0.25 W/(m·K) |
| 16 | GB/T50726-2023 | 《工业设备及管道防腐蚀工程技术标准》 | 热反射隔热涂料 | 提及“热反射隔热涂料”术语,但标准正文未给出明确定义。应用方向为工业设备及管道防腐蚀工程中的隔热反射功能涂料。 |
📌 注:上表中的*1-*4号标准均为已被现行标准替代的被废止的标准,之所以一并列出,一方面是梳理标准出台的历史脉络,另一方面是探究部分指标的出台背景。
以上汇总依据《建筑外表面用热反射隔热涂料》《钢质石油储罐防腐工程技术规范》《建筑反射隔热涂料》《金属表面用热反射隔热涂料》等国家、行业及团体标准整理。具体技术指标请以现行标准原文为准。
半球发射率、太阳光反射比、近红外反射比为核心隔热指标;导热系数反映隔热中间层性能。
具体说说上述标准:
有关“反射性能”的指标
关于“反射率”指标,大致可以 JG/T 402-2013 标准为界:
- 此前的标准: 一般以“太阳反射比”、“太阳光反射比”、“太阳热反射比”作为反射性能指标;
- 随后的变化: 随着研究的深入,JG/T 402-2013 首次规定了“近红外反射比”;此后的标准中大多将反射性能指标细分为“太阳光反射比”和“近红外反射比”。
特例说明:
SY/T 0319-2021除外,该标准中仅有“反射率”指标,后面也没有具体条文说明。那么这里的“反射率”应该如何理解呢?
仍从标准中找答案。我们找到 GB/T 50393-2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》,该规范中当时规定如下:
| 序号 | 标准名称 | 产品名称 | 性能指标 |
| *2 | GB/T 50393-2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》 | 热反射隔热涂料 | 反射率ρ≥70% 半球发射率ℇ≥60% 导热系数ℷ≤0.25W/(cm.K) |
可以看到,该版本中规定的也是“反射率”。在具体的条文说明中有如下表述:
“热反射隔热,即太阳光(可见光和近红外两者占热能的90%)中绝大部分被涂层表面反射掉,把涂层及基体吸收的可见光和近红外及紫外光能以红外辐射方式,通过大气窗口发射到大气外层,以达到降温的目的。所以,规定的技术指标是反射率R≥70%(白色≥90%(GB/T13452.3)),半球发射率e≥60%(GB/T2680)而不是笼统地讲降低温度多少度。”
由此可见,如果笼统地称“反射率”,则应该理解为包含“太阳光反射率”和“近红外光反射率”。
至于说如果按此理解,那SY/T 0319-2021《钢质储罐防腐层技术规范》中的“近红外光反射比”就需要≥80%、而GB/T 50393-2017《钢质石油储罐防腐蚀工程技术标准》中的“近红外光反射比”是≥60%,SY/T 0319-2021的要求会不会太高?
答案是不会,我们可以看看第5项标准HG/T 4341-2012《金属表面用热反射隔热涂料》中的规定:
| 序号 | 标准名称 | 性能指标分类 | 详细要求 |
| 5 | HG/T 4341-2012《金属表面用热反射隔热涂料》 | 太阳光反射比 | 白色≥0.80 其它色≥0.60 |
| 半球发射率 | ≥0.85 | ||
| 近红外光反射比 | 合格品 ≥0.60; 一等品≥0.70; 优等品 ≥0.80; |
该标准中,优等品的“近红外光反射比”就是≥0.80。除此之外,各建筑热反射隔热涂料标准中,也大多将高明度值产品的“近红外反射比”规定为≥0.80。因此,将“反射率”理解为包含“太阳光反射率”和“近红外光反射率”是恰当的。
有关“发射率”的指标
关于“发射率”指标,除 JC/T 1040-2007 规定为“红外发射率”外,其它所有标准均明确为“半球发射率”。至于近年来细化出的体现材料选择性的“大气窗口发射率”指标,在后续行文中再探讨。
如何理解“导热系数”?
在GB/T 50393-2008、GB/T 25261-2018、SY/T 0319-2021三项标准中,除了“反射比”、“半球发射率”指标外,还通过定义、或者设置具体指标的方式,规定了“导热系数”。
- SY/T 0319-2021《钢质储罐防腐层技术规范》中要求“导热系数ℷ≤0.25W/(m.K)”
- GB/T 25261-2018中,一级品要求≤0.08W/(m.K)、二级品要求(0.08,0.15]W/(m.K)。
- GB/T 50393-2017《钢质石油储罐防腐蚀工程技术标准》为代表的大部分标准中没有该指标。这构成了两类标准热工指标方面的最大区别。
不过,虽然GB/T 50393-2017中未规定该指标,其前版GB/T 50393-2008中,却是有相关规定的,具体要求是“导热系数ℷ≤0.25W/(cm.K)”。
细心的你一定已经发现了端倪:SY/T 0319-2021中,“导热系数ℷ≤0.25W/(m.K)”;而在GB/T 50393-2008中,“导热系数ℷ≤0.25W/(cm.K)”。为什么不同呢?
首先,我们看一下GB/T 50393-2008中的条文解释:
隔热,是由于中间涂层中含有经过特种处理的空心微球阻挡热能传递,从而起到隔热作用,所以规定的技术指标是导热系数p≤0.25W/(cm·K)(GB/T10297)。
该解释说明了“隔热”原理,以及具体的指标,但为什么是0.25W/(cm·K)?
让我们来看一下“导热系数”的定义:
导热系数又称为热导率,是指当温度垂直向下梯度为1℃/m时,单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。说人话就是:在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1K,在1s内,通过1㎡面积传递的热量,其国际标准单位是W/(m.K)。
- 1W/(cm·K)=100W/(m·K)
- 则0.25W/(cm·K)=25W/(m.K)
作为参照物,304不锈钢的导热系数大约14.5-16.5W/(m.K)、填充石墨的工程导热塑料的导热系数大约15-30W/(m.K)。很显然,25W/(m.K)是一个相当大的数据,与该标准中“隔热,是由于中间涂层中含有经过特种处理的空心微球阻挡热能传递,从而起到隔热作用,所以规定的技术指标是导热系数p≤0.25W/(cm·K)”的解释不匹配;也与“热反射隔热涂料”在实践中的表现有云泥之别。从这两个方面推断,原意应该是0.25W/(m.K),若如此,则该指标的单位应该是存在笔误。
说到这里,就分享一个我自己被其绊倒栽跟头的故事:
2009年6月,盘锦*孚化工有限公司辽滨分公司对新建18万吨C4综合利用项目中的38台球罐的隔热涂料进行招标,原*化建的邹总担任项目总指挥,在技术谈判阶段,邹总就提出了这个问题:0.25W/(cm·K)就相当于25W/(m.K),你们是什么材料,怎么会有这么高的导热系数?这么高的导热系数,那热量不都进去了吗?还怎么隔热?
天可怜见!我是2009年2月末才加入上海大通公司的,满打满算进公司共3个半月,面对邹总劈过来的三连问,我除了绞尽脑汁回想一下导热系数的定义、除了解释这是国标的规定,其它的我哪能解释得清啊!我哪里知道问题出在标准身上?!即便知道,我敢说吗?!即便敢说,有人信吗?!很显然,我眼睁睁地看着自己就这么华丽丽地被埋了!
不知道是因为我没接下这三板斧,还是因为我们报价相对江苏的某企业更高,还是表现太稚嫩,总之,这个项目我败下阵来了!
直到2年之后的2011年5月,该集团在辽滨新建丁基橡胶/卤化丁基橡胶项目,罐区规模更大,共有4.5万m²,在公司和领导支持下,我才一雪前耻,成功报了一箭之仇!
故事讲完,带着邹总劈出的三连问,那我们不妨来揣度一下为什么会写成0.25W/(cm·K)?
首先:需要说明的是,虽然标准定义是W/(m.K),但W/(cm.K)的单位并不是不存在:对于金银铜等高导热金属材料,其导热系数通常高达100-400W/(m.K),此时,如果仍以W/(m.K)作为单位,则数据过大,因此常以W/(cm.K)作为单位,1W/(cm.K)=100W/(m.K),如此,数据就可简化为1-4W/(cm.K)。
但是,这是针对高导热材料进行的变通,涂料、尤其是需要且具备低导热系数的“热反射隔热涂料”,自然不在此列。
其次:我们知道,导热系数除了前述国际标准单位W/(m.K)外,还有一个非国际标准单位,即cal/(cm·s·℃),表示当材料厚度为1cm、两侧温差为1℃时,1s内通过1cm2面积的热量为1cal。
因为E=P.t
1W=1J/s
1cal=4.184J
所以,1cal/(cm.s.℃)=418.4W/(m.K)
基于前条的逻辑,1cal/(cm.s.℃)=4.184W/(cm.K)。
看到这里,笔误似乎也不是不可以理解?
再次:是不是还有一种可能:即按照导热系数的定义,测试的材料厚度为1m,这对于涂料而言自然是天方夜谭;而在温度不变的情况下,各向同性的均质材料的导热系数是常量,不因厚度、面积、形状等状态的改变而改变。那自然的,1cm厚与1m厚的导热系数也一样。基于思维惯性,那将0.25W/(m.K)等同于0.25W/(cm.K),似乎也完成了逻辑自洽。
或许是因为发现了2008版本中的这个bug,或许是由于很多人认为薄层涂料即便采用低导热系数成分其实际效果也存疑,或许是其它标准中也大多未规定“导热系数”指标,总之,GB/T50393-2017版本中删除了该指标。
不得不说,这是一大憾事!因为这使得“热反射隔热涂料”从国标层面只剩下了“热反射”而没了“隔热”。好在GB/T 25261-2018中重提了“导热系数”的指标,算是保持了概念的完整性。
之所以强调概念的完整性,除了符合文义解释、以及后续行文需要之外,还因为我们不得不追溯并尊重该概念的起源。
“热反射隔热涂料”概念的初始含义
前文我们说过,国内“热反射隔热涂料”实际源于上海大通应用化学研究所(上海大通公司前身)李成章教授团队的“ZL 92 105363.0”号发明专利,专利名称:新颖的隔热涂料组合物。
基于该专利的产品“DT22系列凉凉隔热胶”的出现,标志着我国热反射隔热涂料技术正式走出实验室,从理论研究阶段进入工程应用阶段,并直接催生了“热反射隔热涂料”这个产业。时至今日,“DT22系列凉凉隔热胶”都仍是“热反射隔热涂料”的代名词,在行业内耳熟能详、并享有盛誉。
以JC/T1040-2007《建筑外表面用热反射隔热涂料》、GB/T 50393-2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》、JG/T 235-2008《建筑反射隔热涂料》三项标准的密集颁布作为标志,“热反射隔热涂料”正式成为独立涂料品类,取得了与常规环氧涂料、聚氨酯涂料等工业防腐涂料或乳胶漆等建筑涂料平起平坐的资格。
既然“ZL 92 105363.0”号发明专利作为行业开山鼻祖,那其如何说明该产品的呢?我们看其《专利说明书》:
为克服上述已有技术的不足,本发明的一个目的是:提供一种新颖的隔热涂料组合物,该涂料组合物可涂装、涂饰于房屋、建筑物、各类工业用设备及车、船等外侧表面;可大幅度地及有效地隔绝日光、工业热源等的热辐射和热传导。
该本发明的又一个目的是:提供一种有效地隔绝热源的辐射和传导热的同时,也具优异的粘着力、耐摩擦性、高剥离强度及耐气候性的隔热涂料组合物。
因此,追根溯源,“热反射隔热涂料”自诞生之日起,就具有“反射”和“隔热”功能,这二者才是“热反射隔热涂料”这个概念的题中应有之义。
其它标准的佐证
当然,我们还可以跳脱行业视野,从周边行业的相关表述中得到佐证。譬如,HG/T 5182-2017《石油和化工设备用保温隔热涂料》就明确区分了什么是保温型涂料、什么是隔热型涂料。
| 序号 | 标准名称 | 产品名称 | 定义 |
| 17 | HG/T 5182-2017《石油和化工设备用保温隔热涂料》 | 本标准适用于由树脂、颜填料、助剂、绝热功能材料等制成的具有保温隔热作用的涂料。产品主要用于石油和化工原料储运罐、石油化工设备、输油管线等,起保温、隔热作用。 | |
| 保温隔热涂料 | 具有阻隔设备内部热量向外传递或阻隔外部热量向设备内传递的功能性涂料。阻隔内部热量向外传递的涂料是保温型涂料,阻隔外部热量向内传递的涂料是隔热型涂料。 | ||
实践中的效果
首先我们必须承认,既然存在争议,那争议自然就有其合理性。先来用公式推导一下:
在夏季气象温度35℃时,太阳直射条件下,假设常见的10mm厚的Q345材质钢板:
(1)、若不考虑风冷、外加散热等因素,此时达到稳态热平衡,我们可以计算一下钢板温度:
因为达到稳态热平衡,所以不存在热传导,此时吸收热=对流散热+辐射散热,即:
α*I=hc*(Ts−Ta)+ε*σ*(Ts4−Ta4)
其中:
α为Q345的太阳热吸收率,≈0.85
I为正午太阳辐照强度,按照GB/T2423.24,I为1120±10%(W/m²),按1000 W/m²计
hc为对流换热系数,不考虑风等因素,假设自然对流为0,hc=0W/(㎡.K)
Ts为钢板表面温度(K)
Ta为环境空气温度(K),35℃=308.15K
ε为Q345钢板的发射率,≈0.85
σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数,即黑体辐射常数,=5.67*10-8W/(m2.K4)
则:
0.85*1000=0.85*5.67*10-8*(Ts4−308.154)
Ts≈404.05K=130.9℃
我们再来算算此时钢板背面温度:
因为达到稳态热平衡,所以对于背面来说,从正面传导过来的热=背面散掉的热。
q传=λ*(Ts−Tb)/δ
q散=ε*σ*(Tb4−Ta4)
则:
λ*(Ts−Tb)/δ=ε*σ*(Tb4−Ta4)
ℷ为Q345钢板的导热系数,≈45W/(m.K)
45*(404.05-Tb)/0.01=0.85*5.67*10-8*(Tb4−308.154)
Tb≈403.86K=130.71℃
即:
在无风、无其他影响因素的理想状态下,10mm厚Q345钢板在35℃的太阳直射下,正面理论最高温度可达到130.9℃、背面理论最高温度可以达到130.71℃。由于导热系数很高,正反两面几乎无明显温差。
当然,这是绝对理想状态下的理论数据,实际环境中,一定会存在对流、至少存在自然对流;有风的环境下,对流会有更多散热。此时,数据就会更低。
(2)、若在有风的自然环境下,估算一下钢板所能达到的温度:
前面说过:稳态热平衡时,吸收热=对流散热+辐射散热,即:
α*I=hc*(Ts−Ta)+ε*σ*(Ts4−Ta4)
完全无风的全密闭空间,一般取hc=5,此时钢板表面温度算得Ts≈101.7℃;
工程领域,一般取微风状态下的hc=12,此时Ts≈79.8℃;
工程领域,中等风力状态下取hc=25,此时Ts≈62.1℃;
60-80℃之间的温度是我们日常可以验证的温度范围,因此,hc=12和hc=25时的温度与我们的经验数据基本吻合。
计算背面温度,hc=12时,Tb≈79.6℃,Ts≈79.8℃
hc=25时,Tb≈61.9℃,Ts≈62.1℃
因此,对于10mm厚的Q345钢板,在35℃的太阳直射下,表面温度与背面温度几乎无差异。
通过前面(1)、(2)两步验证了公式适用和逻辑的正确性,下面我们正式进入主题:
(3)、钢板表面涂刷热反射隔热涂料,TSR=80%、IR=80%、HE=85%、hc=12,此时涂层表面温度能达到多少呢?
仍按照前述公式:
α*I=hc*(Ts−Ta)+ε*σ*(Ts4−Ta4)
0.2*1000=12*(Ts−308.15)+0.85*5.67*10-8*(Ts4−308.154)
求得:
Ts≈319.29K=46.14℃
该数据与我们现场实测数据基本吻合。
当然现实情况会比该理论计算复杂,譬如该模型中仅考虑了太阳辐射热的吸收、而未考虑地表辐射热的影响,而地表辐射热的影响有多大,我们都有直观感受,无需赘述。
由于钢板导热系数很高,因此,背面数据与正面相比几乎无差别。
(4)、若涂层导热系数为0.064W/(m.K),厚度为1mm,涂层背面温度是多少?
q=λ涂层*(T正-T背)/δ涂层
0.2*1000=0.064*(319.29-T背)/0.001
求得:T背≈316.15K=43℃
此时,T正-T背=46.14-43=3.14℃。
即若涂层导热系数为0.064W/(m.K)、厚度为1mm,仅通过“低导热系数”这一个影响因子,该涂层能取得3.14℃的隔热温差。
(5)、若涂层导热系数为0.064W/(m.K),厚度为0.38mm,涂层背面温度是多少?
0.2*1000=0.064*(319.29-T背)/0.00038
求得:T背≈318.1K=44.95℃
此时,T正-T背=46.14-44.95=1.19℃。
即若涂层导热系数为0.064W/(m.K)、厚度为0.38mm,仅通过“低导热系数”这一个影响因子,该涂层能取得1.19℃的隔热温差。
(6)、若涂层导热系数为0.064W/(m.K),厚度进一步降低为0.18mm,涂层背面温度是多少?
0.2*1000=0.064*(319.29-T背)/0.00018
求得:T背≈318.73K=45.58℃
此时,T正-T背=46.14-45.58=0.57℃。
即若涂层导热系数为0.064W/(m.K)、厚度为0.18mm,仅通过“低导热系数”这一个影响因子,该涂层能取得0.57℃的隔热温差。
上述(4)-(6)的结论说明:厚度确实是有效发挥“低导热系数”作用的关键影响因素,因此,说薄层涂料中,“低导热系数”作用存疑有其合理性。
但是,说其毫无意义那就有失偏颇,一方面,通过单一因素取得前述效果从技术角度来说殊为不易;另一方面,更关键的是:在实践中,低导热系数的薄层涂料系统应用很广泛,在小到30-50m³、大到3000-5000m³的储罐等静设备上,以及铁路、公路槽罐车等动设备上,乃至航天、雷达等特种设备上,都有广泛、长久使用,地域不分东西南北、季节无论春夏秋冬,都有很好的表现。
譬如在浙江衢州某企业,30m³的石油醚、甲醇、丙酮、异丙醇等罐;50m³的正己烷、氨水、双氧水、30%盐酸等罐,以及100m³的各种介质储罐,共31台,于2020年涂刷上海大通“DT22-5加强型热反射隔热涂料”后,连续3年监测,夏季罐内介质温度保持在36℃之内;因此2024年二期工程中在36台大大小小的储罐表面继续采用该产品。
再比如山东潍坊滨海某企业,于2015年在2台2000m³甲醇罐表面涂刷“DT22-5加强型热反射隔热涂料”,当年夏季实测罐内介质温度约28℃,连续使用10年后,于2025年夏季实测罐内介质温度未超过34℃。正因为具有如此显著的长效隔热防腐功能,该企业从650m³的液氨罐、到2000m³的丙烯罐、到5000m³的不锈钢甲醇罐,数十台储罐都采用了该“DT22-5加强型热反射隔热涂料”控温防腐解决方案。
再举个例子,某航天部门将涂刷了“DT22-5加强型热反射隔热涂料”的装备拉到吐鲁番火焰山进行高温测试,在气象预报温度40℃+、地表温度近70℃的条件下,离地1m的装备内部气相温度未超过预报温度5℃。
该“DT22-5加强型热反射隔热涂料”就是前文(5)核算过的薄层低导热系数热反射隔热涂料,复合涂层总厚度为380μm,导热系数低至0.064W/m.K,兼具长效隔热和防腐功能。
当然,我们必须承认两点:
(1)、之所以有如此效果,要归功于添加的低导热系数功能性材料,譬如玻璃微珠。
这些功能性材料通过三种途径来提升反射隔热表现,一是具备低导热系数;二是这些材料采用特殊的包覆技术,譬如包覆TiO2等高光学性能材料,从而提高反射性能;二是将不同粒径的材料配伍,构成“多重反射结构”,提高宽频谱反射率,从而提高涂层的整体反射率。
因此,降低导热系数的材料同时能够提高反射性能,这到底应该归功于“高反射率”还是“低导热系数”?理论上可能要弄个清清楚楚明明白白,应用中更多是秉承“管它白猫黑猫、抓住耗子就是好猫”的现实主义哲学。
(2)、“热反射隔热涂料”是被动隔热控温,并不具备能耗型控温系统的主动降温功能(“辐射制冷涂料”除外,这在后文中会专门阐述),因此,通常会作为温度控制系统工程中的一个子系统,单独或者与其它系统配合发挥完整作用。
但是,我们不能因为该子系统不能100%覆盖需求而认为其无作用,这点很容易被我们所忽略。
举例子说明:建筑屋顶、外墙、玻璃等涂刷“热反射隔热涂料”后,夏季就会具有明显的体感温差,在相当程度上减少空调、风扇等其它控温子系统的使用;但是,当环境温度达到一定程度时,单靠“热反射隔热涂料”就满足不了温控要求,此时就要开启空调、或打开风扇、或采取其它控温措施。
我们不能因为后面开启空调、风扇而否认前面“热反射隔热涂料”的控温作用,实际上,即便在开启空调、风扇的同时,“热反射隔热涂料”仍然在后面默默地发挥着作用。
工业领域同样如此:譬如在储罐表面涂刷“热反射隔热涂料”后,喷淋水开启的时间显著后延、开启的频率也显著降低。
因此,“热反射隔热涂料”发挥的是基础性作用,只有当该基础性作用不能完全满足需求时,空调、风扇、喷淋水等辅助性、保障性措施才需要显身手。
因此,基于“热反射隔热涂料”的文义、产品起源、相关标准、行业通说、理论数据以及实践中的应用效果,我们认为,将“热反射隔热涂料”做如下定义较为妥当:
热反射隔热涂料是指以合成树脂为基料,与功能性颜填料及助剂等配制而成,具有较高太阳光反射比、近红外反射比、半球发射率和较低导热系数中的一种或多种特征的功能性涂料。
后续行文也将按照该定义展开。