许多住宅建筑是在1980年前建造的-在能源被认为忽略不计的年代。现在情况发生了根本的变化,因为能源价格有了实质性的上涨。如今的挑战是减少能源消耗,并以更负责、更聪明的方式来使用现有能源。在现代化的建筑物中有最高的能源节约的可能性,这是因为老的建筑物需要的能量比新的住宅建筑物多三倍。在私人家庭,所需能源的大约75%是用于加热。建筑物最大热损失发生在外墙和屋顶。ECKART公司果断研制了红外线反射颜料,当将其加入简单的墙面漆中后,为建筑物提供了一种提高能源效率的方法。
与其他金属相比,铝有最高的热反射性能。红外线反射颜料利用了铝颜料的这种突出性能而获得了最大的反射红外线的能力。红外线反射颜料是一种环境友好型产品,因为它不含溶剂和水污染物(符合生态标致的要求)。已有粉状颜料或已准备好的颜料浓缩浆(表1),只要简单搅拌加入到透明内用墙面漆中即可。为了尽可能最大程度地确保颜料稳定,红外线反射颜料应在低剪切作用力的情况下小心加入涂料中。高剪切力可能会破坏颜料而影响效果。通过添加有机彩色颜料可以获得所要求的色调(图1)。反射红外线的性能不会因为染色而受到影响。这种涂料可以采用所有平常的施工方法进行施工。红外线反射颜料能用于多种用途,尤其是内用墙面漆,但也能用于木器涂料、外用涂料和卷材涂料等。
红外线反射颜料能使热能或从人体散发出的热反射回室内,而不是被墙面和屋顶吸收。从墙面反射回屋内的热导致人体热舒适度的提高。高效率的红外线反射颜料根据热水瓶原理工作-在冬天,热反射回屋内而留在室内;在夏天,红外线反射颜料会防止热进入室内。红外线反射颜料尤其适合用于现代化的高能效建筑物,因为不需再进行其他的施工工作。
当颜料加量约为10%时,红外线反射颜料的反射值约为50%。作为对照,白色内用墙面漆在中红外区的反射值只有5%;即95%的热能被墙面吸收。涂料中使用的红外线反射颜料量越多,墙面漆的反射值越高(表2)。如果条件理想且在墙面漆中加入10%的红外线反射颜料,大约能节约22%的加热成本。
在提高反射值方面,表面也起着重要作用。在光滑表面上施涂含有红外线反射颜料的墙面漆能获得最好的反射值。结果见图2。
表1:红外线反射颜料的粒径和固体含量
类型 |
平均粒径(um) |
固体含量(%) |
||
D10 |
D50 |
D90 |
||
白色红外线反射颜料IReflex5000 |
24 |
50 |
74 |
100(粉状) |
白色红外线反射颜料SHINEDECOR IReflex5000 |
24 |
50 |
74 |
35(颜料浓缩浆) |
表2:含有红外线反射颜料墙面漆的反射值
墙面漆中红外线反射颜料的百分含量 |
可获得得反射值(%) |
0(不含有红外线反射颜料的内用墙面漆) |
5 |
5 |
30 |
10 |
50 |
18 |
70 |
由位于魏玛的包豪斯大学进行的研究
为了提高红外线反射颜料的效率,与位于德国魏玛的包豪斯大学(建筑物理教研组)合作时进行了广泛的研究。研究是在一个尺寸为9.84×9.84×8英尺的特殊气候室内进行。该房间的墙面和屋顶涂上标准的内用涂料,及含有红外线反射颜料的内用墙面漆。在房间的不同墙面安装能控制实际表面温度的NTC传感器。特别是针对本研究安装了一个传感器,并通过地面供热来控制室内温度;设定值是69.8℉。
为了检查建筑物构造的影响,模拟了不同的墙面构造及与其有关的表面温度。为了模拟在墙体构造影响下的外墙表面温度,设定了以下U值9(隔热系数):
- 美国老的建筑物1.64W/m2K:R值大约是R-3;
- 美国70年代的建筑物1.11W/m2K:R值大约是R-5;
- 美国新型低能耗住宅0.12W/m2K:R值大约是R-47。
为了测量热舒适度,使用了名为Feelix的人造模型(图3)。Feelix身上覆盖了一种特殊的塑料,下面有7000m的电缆,从而使其能仿真人体皮肤的温度和感觉。通过采用不同的控制模式,就能仿真表面温度、热流或甚至是舒适感。
研究是基于德国DIN 4108-2标准,这是一个有关下列条件下达到绝热(热桥)最低要求的标准:
- 地热;
- 户外温度23℉;
- 室内温度69.8℉;
- 使用红外线反射颜料,反射值为50%;
- Feelix的热流密度为:q=70.2 W/m2。
结果表明施涂含有红外线反射颜料的内用墙面漆能大大降低由墙体向外传输的热损失。施涂该涂料后,墙面能将热反射回室内。“人体”因为热交换只需要给出较少的能量,从而感觉不太冷。Feelix的热舒适感提高、提供的热输出降低。因此,只需较少的加热能量来维持恒定水平的热舒适感。魏玛的包豪斯大学进行的研究的结果强调了在老的建筑物或低能耗现代化建筑物领域都有高的节约能源的可能性(表3)。
表3:估算降低的热传递损失
构造 |
建筑物类型 |
外墙温度 |
使用反射值为50%的红外线反射颜料节约的能量 |
有两层外墙和屋顶的房间 |
老建筑物 |
58.46℉ |
22% |
70年代的建筑物 |
61.52℉ |
19% |
|
超低能耗房 |
67.28℉ |
16% |
|
有一层外墙的房间 |
老建筑物 |
58.46℉ |
17% |
70年代的建筑物 |
61.52℉ |
17% |
结论
研究证明提高内用墙面漆的反射值会节能。由于节能的可能性明显取决于外墙的表面温度,建筑物的隔热性很重要。魏玛的包豪斯大学进行的研究的结果强调了高的节约能源的可能性,尤其是在老的建筑物领域。建筑物的隔热性越差,使用红外线反射颜料能节约更多的能量。