本研究評估了三種不同的無(wú)機填料如何影響外墻涂料對陽(yáng)光的反射能力。雖然外墻面涂料具有更好的太陽(yáng)反射率和熱輻射性能可以為建筑使用者節約能源，但改變反射填料可能會(huì )對涂料的物理和機械性能產(chǎn)生無(wú)意的影響。在調整配方時(shí)，必須考慮成本節約與功能性能之間的平衡。適當的開(kāi)發(fā)和測試工作可以幫助公司放心地進(jìn)行這些調整。

1 為什么反射率和熱輻射很重要

　　圖1 中的圖表說(shuō)明了太陽(yáng)反射率和熱輻射之間的區別。涂層反射太陽(yáng)能、熱量和陽(yáng)光的能力可以防止熱量被吸收到建筑結構中。涂層的熱輻射是指它將熱量從建筑物表面輻射出去的能力。減少進(jìn)入建筑物的太陽(yáng)熱和輻射熱，可以降低能源使用量，延長(cháng)暖通空調設備的使用壽命。

圖1太陽(yáng)反射率和熱輻射率示意圖

圖2 城市熱島

　　在宏觀(guān)層面上，對暖通空調系統的需求減少可以提高旺季的電網(wǎng)穩定性，并改善空氣質(zhì)量?？照{使用量的減少也減少了為城市供電所需的化石燃料發(fā)電量，吸收熱量的減少也減少了城市熱島效應（圖2）。

　　當城市環(huán)境中的溫度高于周邊地區時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生城市熱島。地表溫度高會(huì )導致空氣溫度升高，尤其是在夜間。熱島會(huì )增加與熱有關(guān)的不適、疾病和死亡。它們還會(huì )導致空調使用量增加，從而增加能源成本和空氣污染。城市熱島對弱勢社區的影響更大。

　　測試太陽(yáng)反射率的方法有多種，包括美國建筑標準協(xié)會(huì )（ASTM）的測試方法以及美國涼爽屋頂評級委員會(huì )（CRRC）的測試方法。表1 列出了各種產(chǎn)品的使用方法。

表1 太陽(yáng)能反射率測試方法

2什么是 CRRC

　　涼爽屋頂評級委員會(huì ) (CRRC) 是一個(gè)非營(yíng)利性組織，致力于開(kāi)發(fā)公平、準確和可信的方法，用于評估和標注屋頂和外墻產(chǎn)品的熱輻射特性。CRRC 的使命是將與涼爽表面相關(guān)的客觀(guān)、科學(xué)信息引入有關(guān)熱島、極端高溫和建筑環(huán)境中能源使用影響的重要討論和明智決策中。表2 墻面涂料配方

3 對照配方

　　本研究采用了標準的外墻面乳膠涂料篩選配方。本研究的變量是 3% 的三種不同填料：氧化鋅、碳酸鈣和二氧化鈦。除了 3% 的填料變量外，所有配方都含有 5%的二氧化鈦。配方在 Lightnin LIV08 高速密煉機內混合?；旌衔锏臄嚢柁D速為 500 r/min，在最后一個(gè)循環(huán)中加入 Texipol 時(shí)轉速增至 800 r/min。表2 列出了全部配方。

表2  墻面涂料配方

4物理性能測試

　　氧化鋅涂層具有最高的物理性能。所有涂料都具有非常好的物理性能，適用于乳膠墻面涂料的應用。圖3-圖8顯示了物理性能比較。碳酸鈣試品具有最高的粘度。這可能會(huì )影響應用中的噴灑速率。所有涂層均通過(guò)了低溫柔韌性測試（表3）。

表3  低溫柔韌性

圖3 粘度（cPs）

圖4  ASTM D624，C型抗撕裂強度（磅/英寸）

圖5 ASTM D412 C型模具，斷裂應力中值（磅/平方英寸）

圖6-ASTM D412 C型模具，100%伸長(cháng)率下的應力（psi）

圖7 ASTM D412 C型模具，300%伸長(cháng)率下的應力（psi）

圖8 ASTM D412C型模具，斷裂伸長(cháng)率（%）

5實(shí)驗室老化測試

　　CRRC根據ASTM D7897《屋頂材料實(shí)驗室污垢和風(fēng)化標準實(shí)施規程》提供快速評級，以模擬自然暴露對太陽(yáng)反射率和熱輻射的影響?？焖僭u級包括一個(gè)可選的產(chǎn)品評級過(guò)程，當屋頂涂料產(chǎn)品在經(jīng)歷三年的自然天氣時(shí)，該過(guò)程為其提供臨時(shí)實(shí)驗室老化值。

　　然而，CRRC目前不提供外墻面涂料產(chǎn)品的快速評級，因為ASTM D7897是專(zhuān)門(mén)針對屋頂涂料產(chǎn)品的。尋求CRRC評級的外墻產(chǎn)品在三個(gè)不同的氣候區以90°朝南的角度暴露在自然中風(fēng)化三年。然而，本研究使用了ASTM D7897程序作為代理，以表明污垢和紫外線(xiàn)暴露如何影響所評估配方的太陽(yáng)反射率和熱輻射率。

圖 9  ASTM D7897 中的污物處理儀器

圖10 在瓷磚上使用的太陽(yáng)能反射儀裝置

圖11 ASTM D7897模擬現場(chǎng)暴露總結

　　試品尺寸為 4 英寸×4 英寸，在此基礎上進(jìn)行初始太陽(yáng)反射率和熱輻射測量。 初始測量結束后，將試品放入 QUV（紫外老化試驗箱） 老化 24 h。在 QUV 老化 24 h后，使用一種液體、粘土和其他成分的混合物弄臟試品，這種混合物類(lèi)似于北美發(fā)現的土壤/泥土，方法是將土壤混合物直接噴灑到正在老化的試品上。 圖9 展示了用于該測試的儀器。土壤干燥后，將試品放回 QUV 中再老化 24 h。QUV 老化結束后，取出試品并在紅外燈下烘干。再次測量太陽(yáng)反射率和熱輻射率。圖10 顯示了本研究使用的便攜式反射儀裝置。圖11 提供了 ASTM D7897 所規定的模擬現場(chǎng)曝曬的概要。

　　綜上結果模擬了暴露于外部環(huán)境三年后的太陽(yáng)反射率和熱輻射率，表明了測試材料保持結構冷卻的效果。這些測量值可用于CRRC評級程序，直到三年現場(chǎng)老化結果可用，此時(shí)這些結果將用于評級程序。

圖12 反射率和熱輻射率

圖13 太陽(yáng)反射系數（SRI）

圖14初始氧化鋅涂層

圖15 污損的氧化鋅涂層

圖16初始CaCO3涂層

圖17污損的CaCO3涂層

圖18初始TiO2涂層

圖19污損的TiO2涂層

　　本研究的太陽(yáng)反射率和熱輻射數據如圖 12 所示，太陽(yáng)反射系數（SRI）如圖 13 所示。圖 14-19 分別顯示了三種涂層在污損和老化前后的情況。

　　總之，含 8% 二氧化鈦的批次表現最好，初始太陽(yáng)反射率為 0.82，熱發(fā)射率為 0.90，SRI 為 103。按照 ASTM D7897 標準進(jìn)行污損化處理后，批次3的太陽(yáng)反射率為 0.71，熱輻射值為 0.90，SRI 為 87；其次是含有氧化鋅的批次1和含有碳酸鈣的批次 2。

　　與其他兩批相比，第3批明顯更白、更亮。含有全部二氧化鈦的第3批可以幫助建筑物在夏季和炎熱的日子里保持涼爽，從而節約能源。在三個(gè)批次中，碳酸鈣的效果最差，但它通常用作此類(lèi)涂料的填料，而且價(jià)格低于其他填料。所有批次的涂料在此應用中都具有優(yōu)異的物理性能。

　　作為外墻涂料，二氧化鈦可為建筑物帶來(lái)最佳的能源效率。成本和重力問(wèn)題促使人們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)部分替代品，同時(shí)還能獲得反射和熱輻射性能。

　　在過(guò)去的十年中，技術(shù)和測試程序得到了極大的改進(jìn)。這使我們能夠更好地預測墻面或屋頂涂層的性能。

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