摘要：      本文主要探讨了外墙隔热涂料在上海中心城区既有建筑外立面改造工程中的应用研究。对建筑外墙隔热涂料的概念、标准、隔热机理、耐火性能、指标控制以及产品其它性能等方面的研究进展进行了调研和总结，并结合上海市工程实际应用，探讨了建筑外墙隔热涂料作为一种节能材料，在实现建筑能源节约、资源节约、节能减排和保护环境等方面的技术性能与实际应用效果。为促进建筑外墙隔热涂料的应用与我国既有住房节能改造工程的技术进步提供技术依据。

关键词： 外墙隔热涂料；隔热机理；隔热性能；耐火性能；外墙透气性；上海中心城区在用外墙隔热涂料产品。

 

引言

近年来，随着外墙隔热涂料的技术发展与逐步成熟，在既有建筑节能改造工程中的应用也越来越多，已逐步成为我国建筑节能领域的一种重要建筑材料。

对于热工设计时以保温为主的地区，如严寒地区和寒冷地区，外墙外保温不仅合理而且适用，因此发展速度较快。但对于热工设计时以隔热为主的夏热冬冷地区，如上海地区，目前外墙外保温技术仍存在着进一步完善的空间。根据房屋围护结构太阳辐射热平衡方程，针对不同地区的气候特点，合理选择和使用外墙隔热涂料，组成建筑外保温复合体系，既保温又隔热，还能与上海中心城区既有建筑的外立面改造工程相结合，能够较好地达到室内热环境舒适、节能降耗、修复建筑物外观以及美化环境等多种目的。

因此，本文通过对外墙隔热涂料的概念定义、隔热机理、隔热性能、耐火性能、对外墙透气性以及部分实际应用产品的情况介绍等方面的内容进行研究，以探讨外墙隔热涂料在上海中心城区既有建筑外立面改造工程中应用的适用性与可行性。

1 外墙隔热涂料的概念与标准

1.1 基本概念

中文名称：外墙隔热涂料

英文名称：thermal insulation coatings

定义：外墙隔热涂料是指以合成树脂为基料，与功能性颜填料（如红外颜料、空心微珠、空心玻璃粉、金属微粒等）及助剂等配制而成，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，起耐高温和隔热作用的特殊涂料。

1.2 技术标准

（1）隔热性能的指标控制

目前我国对外墙隔热涂料的控制标准主要有：现行国家标准《建筑用反射隔热涂料》（GB/T 25261-2010）和现行行业标准《建筑反射隔热涂料》（JG/T 235-2014）、《建筑外表面用热反射隔热涂料》（JC/T 1040-2007）三本标准规范。其中，各标准对于隔热涂料隔热性能的主要控制指标如下表所示：

表1 我国现行标准对隔热涂料隔热性能的控制指标

项   目	性能指标
	GB/T 25261-2010	JG/T 235-2014		JC/T 1040-2007
太阳光反射比，白色	≥0.80	≥0.80		≥0.83
半球发射率	≥0.80	≥0.80		≥0.85
隔热温差，℃	—	≥10		—
隔热温差衰减 （白色），℃	—	WM型	设计确定	—
		WQ型	≤12
耐人工气候老化性 （W类：400h） （S类：500h）	—	—		外观	不起泡、不剥落、无裂纹
				粉化/级	≤1
				变色（白色 和浅色）/级	≤2
				太阳反射比 （白色）	≥0.81
				半球发射率	≥0.83

由上表可知：太阳光反射比以及半球发射率两项指标是外墙隔热涂料的主要控制指标。目前现行国标《建筑用反射隔热涂料》（GB/T 25261-2010）和现行行标《建筑反射隔热涂料》（JG/T 235-2014）对外墙隔热涂料的太阳光反射比以及半球发射率的性能指标要求均为不小于0.80。而《建筑外表面用热反射隔热涂料》（JC/T 1040-2007）对外墙隔热涂料的太阳光反射比以及半球发射率的性能指标要求较高，不仅正常情况下为不小于0.83/0.85，同时对隔热涂料的耐人工气候老化性技术指标提出了要求。在满足超过400h的人工耐老化后，太阳光反射比以及半球发射率的性能指标仍须达到0.81/0.83的技术标准。

由此可知，《建筑外表面用热反射隔热涂料》（JC/T 1040-2007）对建筑外墙隔热涂料的技术性能指标要求明显高于其它两本技术标准。

（2）外墙涂料其它性能的指标控制

目前市面上较为常见以合成树脂为基料制备而成的外墙隔热涂料。其中，大多数为合成树脂乳液型外墙涂料，指由合成树脂乳液为基料与颜料、体质颜料研磨分散后加人各种助剂配制而成的外墙涂料。其主要品种有：苯-丙乳液、丙烯酸酯乳液、硅-丙乳液等；少数为溶剂型外墙涂料，指由合成树脂溶液为基料配制的薄质外墙涂料。其主要品种有：丙烯酸酯树脂、氯化橡胶树脂、丙烯酸硅树脂、聚氨酯丙烯酸树脂等。

有鉴于环保要求的限制，目前溶剂型外墙涂料的应用已越来越少。因此，外墙隔热涂料在满足相关隔热性能技术指标的基础上，还应满足《合成树脂乳液外墙涂料》（GB/T 9755-2001）等上述外墙涂料相关现行技术标准的要求，如下表所示：

表2 合成树脂乳液型外墙涂料主要技术指标

项   目	技术指标
	优等品	一等品	合格品
在容器中状态	搅拌混合后呈均匀状态，无硬块
施工性	刷涂两道无障碍
低温稳定性	不变质
涂膜外观	涂膜外观正常
干燥时间（表干）/h       不大于	2
对比率（白色和浅色）     不小于	0.93	0.90	0.87
耐水性	96h无异常
耐碱性	48h无异常
耐洗刷性，次            不小于	2000	1000	500
耐玷污性（白色和浅色）/% 不大于	15	15	20
耐人工老化性，h （白色和浅色） 粉化，级        不大于 变色，级        不大于	600h不起泡、不剥落、无裂纹 1 2	400h不起泡、不剥落、无裂纹 1 2	250h不起泡、不剥落、无裂纹 1 2
涂层耐温变性（5次循环）	无异常

 

2 外墙隔热涂料的隔热机理

传热有三个基本方式，即热传导、对流和辐射。建筑物的传热往往不限于某种单独的传热方式，一般为热传导、对流和辐射三种方式联合作用的结果。目前外墙隔热涂料的隔热机理主要是根据热传导原理对传热方式进行阻隔和断热，主要可分为三种方式：阻隔、反射和辐射。在一种外墙隔热涂料中，可能采用一种或多种隔热机理对热传播进行阻隔。目前，在我市静安区已完成的项目中，主要采用的是反射型外墙隔热涂料。

2.1 阻隔型隔热涂料

（1）隔热机理

阻隔型隔热保温涂料一般是采用低热导率的材料加工而成，或者是在涂层中引入空气降低热导率。其隔热机理是通过对热量的阻抗作用，实现良好的隔热和保温效果。阻隔型隔热材料的特点是：导热系数低、堆积密度小、介电常数小以及抗腐蚀性优良等。

通过选择韧性好、耐碱、耐水、抗风化、成膜性好的基料，辅以适当的分散剂、阻燃剂和成膜助剂等，使隔热骨料粘合在一起，在设备或墙体表面涂抹一层具有一定厚度的涂料涂膜，从而达到保温、隔热的功能。轻骨料一般选用密度较小、气孔率高、内部疏松的材料组成。

（2）研究进展

目前，对阻隔型隔热涂料的研究多集中在硅酸盐类复合涂料。主要成分是硅酸盐纤维材料及天然矿物纤维材料，将其与助剂、填料按一定比例配制，用粘结剂将其粘接到一起，经松散、混合、打浆、鼓泡而加工成粘稠状浆体。

2003年，富思特制漆（北京）有限公司的吴飞等人^[1]使用废旧的聚苯乙烯板材作为骨料，制得的涂料保温性能良好。2003年，武汉工业学院的杨晓鸿^[2]以空心玻璃珠为填料，丙烯酸乳液为基料，制得的保温涂料中空、质轻，保温效果非常好。

2004年，辽宁省辽中县水利局化工设备厂的孙书静^[3]采用温石棉、珍珠岩、废硅酸盐纤维、熟石膏作为填料，采用无机和有机黏合剂、渗透剂（发泡剂）经特殊两步法工艺制备了保温、隔热、阻燃、防冻的硅酸盐复合保温涂料，该涂料内部是封闭的网孔状结构，因此在保温层内部不会形成沟状的热流，从而使导热系数得到明显降低。

2010年，吴邦俊^[4]等人选用空心玻璃微珠、硅藻土、漂珠3类导热系数比较低的材料作为填料，通过实验比较了3类不同的材料对太阳光能的阻隔能力，实验结果表明，在涂料中添加适量的空心玻璃微珠或硅藻土，可以有效的提高涂层的隔热能力。

2012年，青岛理工大学的王永娟^[5]等人以高科技特殊粉体混合耐水性和耐候性极佳的环保型高分子聚合物及添加剂复合成保温隔热涂料，其特殊的空心粉体结构可有效阻隔太阳光长、短波85%～90%的热源，大幅降低短波吸收率，可以达到优异的隔热保温效果。

（3）优缺点分析

优点：阻隔型隔热涂料原材料容易得到，生产设备简单易得，投入少产量大，施工方便。

缺点：减少热量对流和热辐射效应的效果很差，保温层较厚，易吸水，无法抗振动，寿命短，还需要另设一个防水和外部的安全层来实现稳定的保温系统。

2.2 反射型隔热涂料

（1）隔热机理

太阳的辐射光谱通常分为紫外区、可见光区和近红外区3个光谱区，太阳的能量主要集中在400～1800nm的可见光区和近红外区。反射型涂料能有效的反射此波长范围内的太阳热，因而能大大降低暴露在太阳热辐射下的建筑物的表面温度。

反射型隔热涂料就是采用一定的生产工艺将金属或金属氧化物、树脂及填料制备成高反射率的涂膜，使照射到建筑物外表面的大部分太阳光能得到反射，从而可以达到隔热、降温的作用。反射型隔热涂料的导热系数一般较低，可对热量的传导起到阻碍作用，其反射性能与涂膜厚度无关，只与涂膜表面的反射率有关，与阻隔型涂料绝热原理完全不同。

（2）研究进展

近几年，对反射型隔热涂料的研究较多，取得了显著的进展。中国石油集团工程技术研究院的张彦军^[6]等人将丙烯酸树脂、钛白粉、颜填料、溶剂、助剂按一定配比配置了涂料，将该涂料涂敷在铝板试片上，制备的涂层厚度为120μm，与没有涂层的铝板试片进行热工性能对比试验，结果表明：涂敷了该涂料的铝板的正面最大温差为13℃，其背面最大温差为12.2℃，隔热性能优异。

2009年，中国兵器工业第五九研究所的周学梅^[7]等人以彩色空心陶瓷微珠为颜填料，制备了反射率较高的彩色涂料，并与染色的空心微珠涂层进行了对比实验，实验结果表明：采用彩色空心陶瓷微珠制成的涂料热稳定性及耐候性得到了大幅度的提高，其隔热性能明显优于用色浆包裹的空心微珠。

2010年，中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室的王静^[8]等人利用纯丙和苯丙乳液为基料，制备了具有热反射和低导热协同作用的隔热涂料。通过对颜填料太阳光反射率和隔热性能的研究，选择以空心玻璃微珠和金红石型二氧化钛为颜填料，实验结果表明：该涂料性能优异，可见光反射比达到90%以上，半球发射率大于85%，隔热指数大于60%。

2011年，中国地质大学的王夏夏^[9]等人采用二氧化钛、空心玻璃微珠、云母粉及高岭土作为颜填料，制得的涂料具有良好的隔热效果。

（3）优缺点分析

优点：反射型隔热涂料和基材有良好的附着力，与底漆中间漆有良好的相容性，良好的耐候性，使用常用的溶剂，无刺激性气味，大大减少施工对环境的影响，隔热效果明显优于阻隔型隔热涂料。

缺点：绝大多数反射隔热涂料是溶剂体系，但目前的建筑涂料中广泛使用的是水性涂料。因此，水性反射隔热涂料的广泛应用是涂料工作者的新研究项目。

2.3 辐射型隔热涂料

（1）隔热机理

辐射型隔热涂料是将建筑物吸收的太阳光能（紫外光、可见光、近红外光能）以通过辐射的形式发射到空气中，从而起到良好的隔热作用。辐射型隔热涂料的隔热机理与其他两类隔热涂料有显著的不同：其他两类隔热涂料只能使热能的传递的速度减慢，但不能对太阳光起到阻挡作用，而辐射型隔热涂料是将吸收的热量以热发射的形式辐射掉，从而使涂层内外以同样的速率降温。

（2）研究进展

目前对辐射型隔热涂料的研究在我国还处于起步阶段，研究报道并不是很多。1998年，沃群鸣^[10]以金属氧化物Al₂O₃、TiO₂等细粉作为填料加入到硅酸盐结晶相中，制备了高性能的红外辐射涂料，对5～15μm波段内红外线的辐射能力可以达到85%以上。

2003年，郑其俊^[11]等人制备出的红外辐射型涂料在8～13.5μm波段内平均发射率>90%，在0.3～2.5μm波段范围测得的反射率在50%～70%之间。

2007年，冯春霞^[12]等人通过固相烧结的方法，将Fe₂O₃、MnO₂、NiO、Co₂O₃、CuO等金属氧化物细粉制备成红外辐射材料，将发射率较高的A、B试样与堇青石制备成堇青石-过渡金属氧化物红外辐射复合材料，将制得的堇青石-过渡金属氧化物红外辐射材料作为填料制备成辐射型隔热涂料，实验结果表明：添加40%质量分数试样B制备的堇青石-过渡金属氧化物复合红外辐射材料在8～14μm的红外发射率可以达到95.4%；以TBH为成膜基料，添加2.0g堇青石-过渡金属氧化物红外辐射材料为填料制备的隔热涂料的热反射率可以达到73.2%。

2012年，重庆建筑工程职业学院的彭红^[13]等人采用单掺、复掺试验方法，优化辐射型功能填料的掺量，获得辐射型外墙隔热涂料的最佳配方。绝对温升、半球发射率等性能测试表明，辐射型外墙隔热涂料对建筑物吸收的热量具有一定的发射功能，可以使室内的降温速率大大提高，其隔热降温性能优异，是一种主动降温型隔热涂料。

（3）优缺点分析

优点：辐射型隔热涂料相比前两种类型的涂料，能够以热辐射的形式将吸收的热量辐射出去，促使室内与室外以同样的速度冷却。

缺点：辐射型隔热涂料原材料选取难度大，烧结工艺的选择比较复杂，要实现稳定的发射率还需要进一步研究。

3 外墙隔热涂料的隔热性能

根据理论研究和实验室试验测试的结果，外墙隔热涂料的隔热性能有着较好的表现，采用恰当的组分配比和施工工艺，隔热温差可以达到4℃以上。

根据机械科学研究总院刘侃2012年发表的硕士论文《水性隔热涂料的研制》^[14]，选用细度2500目的空心玻璃微珠，配置空心玻璃微珠含量占涂料总量的0%、4%、8%、12%、25%、32%水性隔热涂料，试验结果见下图所示：

图1 空心玻璃微珠含量对涂料导热系数的影响

由上图可知，随着空心玻璃微珠的增加，水性隔热涂料的导热系数逐渐减少，并在12%时达到最小值，即此时隔热效果最好，为0.0934。继续添加空心玻璃微珠，导热系数有上升并趋于平缓的趋势。

根据华南理工大学2012年林创发发表的硕士论文《轻质聚合物空心微球的改性及其在外墙隔热节能涂料的应用》^[15]，通过对外墙隔热涂料的配方和工艺研究，初步确定了涂料中所用增稠剂为纤维素类增稠剂，用量为0.55%（质量百分含量）；润湿剂用量为0.3%（质量百分含量）；分散剂用量为1.4%（质量百分含量）；纳米TiO₂/轻质聚合物空心微球复合粒子用量为10%（质量百分含量）。

当涂膜厚度达到500μm时，制备出了导热系数为0.40W/（m·K）、反射率高达87%以上、涂料密度为0.75g/cm³，隔热温差可达到4℃以上的隔热涂料，具体参数详见下表3：

表3 隔热涂料基本性能检测表

检测项目	检测结果
容器中状态	无硬块、搅拌后呈均匀状态
施工性	多次涂刷无障碍
低温稳定性（三次循环）	不变质
干燥时间	表干≤2h，实干≤24h
涂膜外观	正常
密度	≤0.85g/cm3
反射率	≥0.85
对比率	≥93
导热系数	0.40W/(m·K)
隔热温差	≥4℃

 

4 外墙隔热涂料的耐火性能

目前既有房屋外墙节能修缮项目中使用最多的是水溶性反射型外墙隔热涂料，与普通外墙涂料相比，其组分中增加了钛白粉等颜料和空心玻璃珠（粉）。钛白粉和空心玻璃珠根据《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624-2012一般归为不燃材料，不会增加外墙涂料在消防安全方面的风险。

因此，相比于普通外墙涂料，仅仅增加钛白粉等颜料和空心玻璃珠（粉）组分的水溶性反射型外墙隔热涂料，不会增加在消防安全方面的风险；这种隔热涂料的耐火性能不低于目前普通的外墙涂料。

5 外墙隔热涂料的对外墙透气性方面的影响

反射型外墙隔热涂料，在施工完成后干燥成膜，涂层形成一层气孔均匀分布的膜状结构。这种涂料膜层可以透过水蒸气，一般不会影响外墙的透气性，而对外墙墙体透气性影响较明显的是外墙腻子层。选用合适的外墙腻子，配合外墙隔热涂料施工，建筑内因为外墙透气性降低而引发室内结露、发霉的风险是可以显著降低的。

6 上海中心城区在用外墙隔热涂料产品的性能分析^[1]

目前，在上海中心城区既有建筑外立面改造工程中，使用的外墙隔热涂料中选取两种典型产品进行比较分析：一种是由华侠华工科技有限公司生产的华侠牌建筑反射隔热涂料，一种是由立邦涂料（中国）有限公司生产的外墙反射隔热保温涂料。根据两家生产企业各自提供的产品相关资料，两种产品的隔热机理与技术性能如下：

6.1 华侠牌建筑反射隔热涂料

华侠牌建筑反射隔热涂料是一种通过控制材料的太阳能反射率、红外辐射率及热导率，获得高反射率、高辐射率以及低导热率的涂层材料。一方面，利用高反射率将太阳光中的可见光和红外光能量反射掉；另一方面，利用高辐射率将吸收的能量以热辐射的方式耗散，减少传入内部环境的热量；同时，通过低导热率进一步阻隔热量向内部传递，从而最大限度地保持内部环境的问题，起到节能的作用。该产品的技术特点主要有：

（1）产品具有良好反射率和发射率，能较好地降低热辐射吸收系数ρ值，

增加当量热阻附加值，从而具有较好的保温性能；

（2）较好的抗沾污性能，漆面可洗刷，清洗维护较为简单；

（3）具有一定的防霉抗藻性；

（4）具有较好的耐候性、保色性和良好的附着力；

（5）耐人工老化600h，具有较好的使用寿命。

6.2 立邦牌外墙反射隔热保温涂料

立邦牌反射隔热外墙涂料是一种采用改性丙烯酸乳液，添加具有高热反射系数的空心微球，配制而成的外墙乳胶漆。产品具有较好的热反射系数和半球发射率，降温效果可达10～15℃（如表4所示）。同时，还具有较好的抗污染和户外耐久性。

表4 工程实测降温效果

测定地点	一般涂装	高反射率涂装	温度差
屋顶里面温度	52℃	37℃	15℃
钢筋温度（屋顶下1m）	45℃	35℃	10℃

 

该产品的技术特点主要有：

（1）特殊的反应型丙烯酸结构，成膜后具有较好的耐候性，保护与装饰效

果较为持久；

（2）漆膜具有较好的热反射性能，隔热性能效果较好；

（3）具有一定的防霉抗藻性；

（4）漆膜具有一定的呼吸性能，防水性能及水蒸汽透过性较好；

（5）遮盖力较强，施工简单、方便；

（6）与牢固底材的附着力较好，不易脱落；

（7）具有较好的抗酸雨功能。

6.3 两种涂料产品的技术性能检验报告对比

根据涂料生产企业提供的资料显示，由华侠华工科技有限公司生产的华侠牌建筑反射隔热涂料，经石油和化学工业专用涂料颜料质量检测中心检验后合格；由立邦涂料（中国）有限公司生产的外墙反射隔热保温涂料，经国家建筑工程材料质量监督检验中心检验后合格。二种涂料产品检测报告所参考的技术标准均为：《建筑用反射隔热涂料》（GB/T 25261-2010）、《合成树脂乳液外墙涂料（优等品）》（GB/T 9755-2001）和《建筑用外墙涂料中有害物质限量（水性外墙面漆）（色漆）》（GB 24408-2009）。根据两家涂料生产企业提供的资料，其具体技术性能的差别如表5所示：

表5 两种涂料产品的技术性能检验结果汇总

序号	检测项目		标准值	华侠牌建筑反射隔热涂料	立邦牌外墙反射隔热保温涂料
1	太阳光反射比，白色		≥0.80	0.87	0.83
2	半球发射率		≥0.80	0.89	0.88
3	在容器中状态		无硬块，搅拌后呈均匀状态	无硬块，搅拌后呈均匀状态	无硬块，搅拌后呈均匀状态
4	施工性		刷涂二道无障碍	刷涂二道无障碍	刷涂二道无障碍
5	低温稳定性		不变质	不变质	不变质
6	干燥时间（表干），h		≤2	通过	≤1
7	涂膜外观		正常	正常	正常
8	对比率（白色和浅色）		≥0.93	0.94	0.93
9	耐水性		96h无异常	96h无异常	96h无异常
10	耐碱性		48h无异常	48h无异常	48h无异常
11	耐洗刷性，次		≥2000	2000次通过	2000次通过
12	耐人工老化性，h	白色和浅色	600h不起泡、不剥落、无裂纹	600h不起泡、不剥落、无裂纹	619h不起泡、不剥落、无裂纹
		粉化，级	≤1	0	0
		变色，级	≤2	0	0
13	耐玷污性（白色和浅色），%		≤15	15	11
14	涂层耐温变性（5次循环）		无异常	无异常	无异常
15	挥发性有机化合物（VOC）含量，g/L		≤150	57	—
16	游离甲醛，mg/kg		≤100	33	—
17	乙二醇醚和醚酯总和，%		≤0.03	未检出	—
18	重金属， mg/kg	铅（Pb）	≤1000	未检出	—
		镉（Cd）	≤100	未检出	—
		六价铬（Cr6+）	≤1000	未检出	—
		汞（Hg）	≤1000	未检出	—

7 结论

根据上述分析，本文初步得出以下几方面结论：

（1）隔热机理   外墙隔热涂料在隔热机理方面，逻辑合理、论证科学，具有较好的科学性与可行性；

（2）隔热性能   根据实验室测试结果显示，部分外墙隔热涂料的隔热性能良好，可有效地满足建筑物在隔热和保温方面的需求；

（3）防火性能   相对于普通外墙涂料，仅仅增加钛白粉等颜料和空心玻璃珠（粉）组分的水溶性外墙隔热涂料不会增加在消防安全方面的风险。

 

随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，人们对节能减耗的意识逐渐的增强，建筑外墙隔热材料作为一种新型的环保功能材料具有非常广泛的应用前景。随着科研人员对隔热机理不断的的深入研究，更多新型的隔热涂料将被开发研制出来，建筑外墙隔热涂料将会得到更好、更快、更多元化的发展。

参考文献

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[1] 此章节下的信息内容均源于涂料生产企业提供的资料。