前言：

我國(guó)綠色建筑正在蓬勃發(fā)展，財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)我國(guó)綠色建筑發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》，首次以正式文件形式提出我國(guó)未來(lái)綠色建筑的發(fā)展目標(biāo)，明確到2020年，我國(guó)綠色建筑占新建建筑比重超過(guò)30%。

據(jù)報(bào)導(dǎo)，目前在我國(guó)400多億平方米既有建筑中，90%以上屬于高耗能建筑。我國(guó)是個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)，又是一個(gè)能源短缺大國(guó)，建筑節(jié)能刻不容緩。在高耗能建筑中，門(mén)、窗的能耗占了近50%，所以，建筑節(jié)能的關(guān)鍵是門(mén)窗^[1]。如果將現(xiàn)有門(mén)窗節(jié)能提高到40%，則每年可節(jié)約煤炭1.56億噸，節(jié)約費(fèi)用249.6億元，少向大氣排放灰塵7000萬(wàn)噸。同時(shí)，減少大量有害氣體排放，對(duì)緩解大氣污染和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。因此，采用新型隔熱、保溫門(mén)窗，并對(duì)現(xiàn)有建筑門(mén)窗進(jìn)行節(jié)能改造，是我國(guó)能源形勢(shì)的客觀要求，也是保護(hù)環(huán)境，減少大氣污染的重要舉措。

一 建筑高能耗產(chǎn)生的原因

1.太陽(yáng)光的影響

太陽(yáng)既是天然的光源又是天然的熱源，它每時(shí)每刻以巨大的光和熱向四周輻射，太陽(yáng)光要幾經(jīng)周折才能到達(dá)地球表面，透過(guò)大氣直接到達(dá)地球表面的大陽(yáng)輻射能稱(chēng)為直達(dá)輻射量S。這種直達(dá)輻射量實(shí)際上僅占太陽(yáng)總輻射能的27%。直達(dá)輻射能S可用下式表示：

S=wf(a,b)∮(s.n)

式中：f(a,b)為大氣透射狀態(tài)

∮(s.n)為天空晴朗程度

據(jù)測(cè)算，我國(guó)太陽(yáng)平均總輻射量為1.3卡/c㎡ ?min，亞熱帶地區(qū)的總輻射量為1.8-1.9卡/ c㎡ ?min。

圖1顯示入射太陽(yáng)輻射的波普

太陽(yáng)光譜能量分布：

可見(jiàn)，太陽(yáng)輻射能50%以上是近紅外輻射。這種輻射與建筑物室內(nèi)的相互作用遵循兩個(gè)原理：一是建筑門(mén)窗首先吸收輻射熱，然后再以熱量轉(zhuǎn)移（熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流）的方式將熱量傳遞到室內(nèi)，而使室內(nèi)溫度上升；二是類(lèi)似于“溫室效應(yīng)”，當(dāng)輻射光直接通過(guò)門(mén)、窗進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，由于玻璃是熱的絕緣體，就會(huì)使得室溫逐漸上升。為了維持室內(nèi)的舒適度，就勢(shì)必要開(kāi)空調(diào)降溫。

2.溫差太大產(chǎn)生的影響

前面提到的是太陽(yáng)能直接輻射導(dǎo)致室內(nèi)溫度升高是造成建筑物高能耗的一個(gè)原因，而太陽(yáng)能間接影響是引起建筑物室內(nèi)外溫差大而造成建筑高能耗的另一個(gè)原因，主要表現(xiàn)就是冬冷、夏熱。在北方寒冷的冬季，室外溫度最低可達(dá)-50℃以下；而我國(guó)的夏季，尤其是南方高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，氣溫高，最高可達(dá)40℃以上。由于我國(guó)傳統(tǒng)建筑絕大部分沒(méi)有采取隔熱、保溫措施，冬季取暖不僅消耗大量煤炭、天然氣和電力，而且造成嚴(yán)重的大氣污染。而夏季制冷則直接消耗電能，這就是我國(guó)建筑高能耗的根本問(wèn)題所在。所以，建筑物的隔熱保溫，不僅適用于夏熱冬暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)，也適用于夏季陽(yáng)光強(qiáng)烈地區(qū)等。

二.隔熱保溫是建筑節(jié)能的必選途徑

綠色建筑，是指能夠滿(mǎn)足我國(guó)2006年發(fā)布的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，即建筑物在全壽命周期內(nèi)，最大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材并保護(hù)環(huán)境和減少污染。綠色建筑與一般建筑不同之處在于：綠色建筑將推行本地材料，建筑風(fēng)格將隨著氣候、自然資源和地區(qū)文化的不同而呈現(xiàn)出不同的風(fēng)貌。

門(mén)窗在建筑中是保溫的薄弱環(huán)節(jié)，據(jù)介紹，建筑門(mén)、窗能耗約占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的50%，是建筑總能耗的25%。而綠色建筑可實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能達(dá)50%~60%。兩部委曾下發(fā)通知，利用三年左右時(shí)間，對(duì)全國(guó)規(guī)模以上門(mén)窗企業(yè)進(jìn)行“節(jié)能性能”標(biāo)識(shí)，只有獲得此標(biāo)識(shí)的門(mén)窗產(chǎn)品，方可用于綠色建筑和現(xiàn)有建筑的節(jié)能改造。

三.建筑鋁型材門(mén)、窗用隔熱保溫粉末涂料的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展

1.隔熱保溫基本原理

我們知道，物體內(nèi)和物系之間只要存在溫差，熱量就會(huì)從高溫處向低溫處傳遞，簡(jiǎn)稱(chēng)傳熱。熱量傳遞有三種方式：a.熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）b.熱對(duì)流c.熱輻射。從熱量傳遞的方式可知，隔熱保溫基本原理有兩條：（1）熱反射；（2）熱隔阻

（1）關(guān)于熱反射：實(shí)際上是指太陽(yáng)光的反射。前面提到，太陽(yáng)以輻射形式向地球提供了大量的光和熱。入射的太陽(yáng)輻射能可達(dá)1kw/㎡,，而且太陽(yáng)光輻射幾乎50%以上是紅外輻射（780~250納米）。通常描述一個(gè)表面的反射性能數(shù)據(jù)是太陽(yáng)光的反射值（TSR）^[2]。一般傳統(tǒng)黑色涂層的TSR值約為5%，而白色涂層的TSR值約為75%。這就意味著黑色涂層吸收了大約95%入射輻射熱，而白色涂層只吸收了約25%。顯然白色涂層反射的太陽(yáng)輻射熱遠(yuǎn)大于黑色涂層。

（2）關(guān)于熱隔阻：隔熱的目的是為了保溫，最大限度的減少熱量與冷量的損失。因?yàn)閷?duì)隔熱保溫材料而言要求傳熱速率越低越好。物質(zhì)熱導(dǎo)率的大小表示物質(zhì)的導(dǎo)熱能力。熱導(dǎo)率在數(shù)值上等于溫度梯度為1℃/m單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位導(dǎo)熱面積的熱量，即：

λ=  - Q/（A*dt/dx）

式中： λ—熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)），W/（m·k）或W/（m·℃）；

Q—單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量（導(dǎo)熱速率），W；

A—導(dǎo)熱面積，即垂直于熱流方向的截面積，㎡；

dt/dx—沿x方向的溫度梯度， K/m或℃/m。x方向?yàn)闊崃鞣较颍礈囟冉档偷姆较颍蔰t/dx為負(fù)值。

不同物質(zhì)的熱導(dǎo)率數(shù)值范圍見(jiàn)下表：

2.有機(jī)涂層的隔熱保溫

我國(guó)現(xiàn)有的鋁型材用耐候性粉末涂料，主要是聚酯/TGIC和聚酯/HAA，高檔的超耐候氟碳粉末涂料因價(jià)格等因素影響，應(yīng)用的不多。就涂料花色品種來(lái)看，有高光系列、低光系列、木紋系列、砂紋系列和金屬型系列居多。應(yīng)該說(shuō)上述這些粉末涂料的花色品種都有一定的隔熱保溫性能。如：淺色涂膜，尤其是白顏色的涂層，能反射絕大部分太陽(yáng)輻射光；金屬型粉末涂料幾乎不吸收光能，但能反射可見(jiàn)光和紅外光，而且還可以反射日光中60%以上的紫外光，具有一定的保溫隔熱效果。但是目前我國(guó)還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于隔熱保溫的功能型粉末涂料，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及日益迅速的綠色建筑發(fā)展的需要，開(kāi)發(fā)具有高質(zhì)量、高性能的隔熱、保溫粉末涂料勢(shì)在必行。用于鋁型材、鋁門(mén)窗、鋁幕墻的隔熱、保溫粉末涂料應(yīng)具備以下特點(diǎn)：

a.應(yīng)具有優(yōu)異的耐候性。由于在我國(guó)具有優(yōu)異耐候性的氟碳粉末涂料，大量使用還受到一定的限制，所以，對(duì)現(xiàn)有耐候性聚酯粉末涂料進(jìn)行改性顯得尤為重要，而且已取得很大進(jìn)展。一是在現(xiàn)有合成聚酯中，以間苯二甲酸代替對(duì)苯二甲酸，可使聚酯粉末涂料的耐候性（保光性、抗粉化性）比現(xiàn)有涂料可提高2倍^[3]。二是用現(xiàn)有聚酯用具有超耐候的氟樹(shù)脂進(jìn)行改性，也能大幅提升現(xiàn)有樹(shù)脂的耐候性。

b.隔熱保溫性?xún)?yōu)，這是與普通粉末涂料的主要區(qū)別點(diǎn)。如何做到既隔熱又保溫，目前看來(lái)可采用以下幾種方法：

(1)研發(fā)可發(fā)泡的粉末涂料

這種能發(fā)泡的粉末涂料發(fā)泡機(jī)理是：粉末涂料在120~140℃熔融流平，在160~200℃交聯(lián)固化成膜，在粉末涂料處于熔融膠化過(guò)程中（120~180℃），組分中的發(fā)泡劑與助泡劑產(chǎn)生發(fā)泡效果，即在處于熔融狀態(tài)的涂料中產(chǎn)生球形小氣泡，氣泡逐漸長(zhǎng)大并保持球形。通過(guò)配方設(shè)計(jì)和成膜過(guò)程的控制，就可得到封閉的低泡沫密度的多面體結(jié)構(gòu)。整個(gè)發(fā)泡過(guò)程伴隨有聚酯與固化劑的交聯(lián)反應(yīng)和發(fā)泡劑的分解產(chǎn)生氣體的過(guò)程，使涂料在膠化固化過(guò)程中膨脹發(fā)泡最后成型。這種發(fā)泡型粉末涂料具有優(yōu)異的隔熱、絕熱、保溫性能，導(dǎo)熱系數(shù)最低可達(dá)0.02~0.024w/m.k，而空氣為0.0244w/m.k。

(2)對(duì)現(xiàn)有粉末涂料進(jìn)行改性并填加功能性隔熱、保溫材料

隔熱、保溫粉末涂料不僅在耐候性能上應(yīng)有大幅提升，還要盡量滿(mǎn)足多方面的需要。如：涂料的耐候性、阻燃性和抗菌性等。鑒于上海、北京、沈陽(yáng)等地建筑物的大火教訓(xùn)，防火阻燃粉末涂料在鋁型材、門(mén)窗、幕墻的應(yīng)用顯得尤為重要。所以，保溫、隔熱粉末涂料應(yīng)具有不燃性。南方地區(qū)夏季悶熱、潮濕，霉菌、細(xì)菌大量繁殖、生長(zhǎng)。這類(lèi)地區(qū)使用的粉末涂料也應(yīng)具有抗菌防霉功能。粉末涂料用功能性的隔熱、保溫材料有：硅酸鋁、硼酸、二氧化硅、二氧化鋯、絹云母及石棉等，選擇加入一定量這種隔熱填料可有效反射太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光、紅外光70%以上，并可屏蔽紫外光，能大幅提高涂料的隔熱保溫效果。各種填料的隔熱效果依次是硼酸﹥二氧化硅﹥二氧化鋯﹥石棉。

最近，國(guó)外開(kāi)發(fā)一種能用于粉末涂料環(huán)保型現(xiàn)代雜合顏料^[2]，這種雜合顏料是以復(fù)合型無(wú)機(jī)顏料作為粒子，然后加入預(yù)分散的有機(jī)顏料附在核心粒子的表面上。作為一種由無(wú)機(jī)顏料組分和有機(jī)顏料組分共同處理得到的一種結(jié)合產(chǎn)物TICO；這種雜合顏料卓越性能表現(xiàn)在：具有較強(qiáng)的太陽(yáng)光尤其是近紅外光的反射力。

實(shí)驗(yàn)顯示，采用這種顏料涂層，近紅外反射的TSP值為44%，而普通涂層的TSP值僅為29%。在不改變色度的前提下，兩種不同顏料類(lèi)型的涂層表面最大溫差可達(dá)8℃，這種新型顏料也能為有機(jī)涂層提供優(yōu)良的隔熱保溫效果。

(3)粉末涂料納米化

從現(xiàn)有納米材料特性來(lái)看，納米涂料可以呈現(xiàn)以下重要性能：提高涂料耐候性、耐臟污性和自潔能力，增強(qiáng)涂料的抗菌性和空氣凈化性，改善涂料機(jī)械性能和隔熱保溫性等。北京某研究機(jī)構(gòu)研發(fā)的一種用于玻璃上的納米透明涂層，使用前后溫差可達(dá)3℃~8℃，夏天隔熱、冬天保溫，初步計(jì)算可節(jié)省電能20%~30%，還能有效阻隔95%以上的紫外線，而可見(jiàn)光的透過(guò)率卻高達(dá)90%。

結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)建筑耗能情況令人堪憂，本文分析了建筑高能耗產(chǎn)生的原因，認(rèn)為建材的隔熱保溫是建筑節(jié)能的必選途徑。從隔熱保溫基本原理出發(fā)，提出了隔熱保溫粉末涂料的概念，并闡述了發(fā)泡粉末涂料、功能性隔熱保溫材料、粉末涂料納米化等鋁型材用隔熱保溫粉末涂料的可行性方案。“綠色建筑正提倡，隔熱保溫是方向”。我國(guó)即有建筑中，絕大多數(shù)屬于高能耗建筑，不僅造成巨大的能源浪費(fèi)，還造成環(huán)境嚴(yán)重污染。用粉末涂料涂裝的鋁型材、鋁合金建筑門(mén)窗可極大降低鋁合金制品的導(dǎo)熱系數(shù)，尤其是采用具有隔熱保溫性能的粉末涂料裝飾鋁合金型材、門(mén)、窗、幕墻等，更能顯著提高建筑物的節(jié)能、環(huán)保效果，其市場(chǎng)應(yīng)用前景將十分廣闊。