前言：

我國綠色建筑正在蓬勃發展，財政部、住房和城鄉建設部聯合發布了《關于加快推動我國綠色建筑發展的實施意見》，首次以正式文件形式提出我國未來綠色建筑的發展目標，明確到2020年，我國綠色建筑占新建建筑比重超過30%。

據報導，目前在我國400多億平方米既有建筑中，90%以上屬于高耗能建筑。我國是個能源消費大國，又是一個能源短缺大國，建筑節能刻不容緩。在高耗能建筑中，門、窗的能耗占了近50%，所以，建筑節能的關鍵是門窗^[1]。如果將現有門窗節能提高到40%，則每年可節約煤炭1.56億噸，節約費用249.6億元，少向大氣排放灰塵7000萬噸。同時，減少大量有害氣體排放，對緩解大氣污染和保護生態環境具有重要意義。因此，采用新型隔熱、保溫門窗，并對現有建筑門窗進行節能改造，是我國能源形勢的客觀要求，也是保護環境，減少大氣污染的重要舉措。

一 建筑高能耗產生的原因

1.太陽光的影響

太陽既是天然的光源又是天然的熱源，它每時每刻以巨大的光和熱向四周輻射，太陽光要幾經周折才能到達地球表面，透過大氣直接到達地球表面的大陽輻射能稱為直達輻射量S。這種直達輻射量實際上僅占太陽總輻射能的27%。直達輻射能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

∮(s.n)為天空晴朗程度

據測算，我國太陽平均總輻射量為1.3卡/c㎡ ?min，亞熱帶地區的總輻射量為1.8-1.9卡/ c㎡ ?min。

圖1顯示入射太陽輻射的波普

太陽光譜能量分布：

可見，太陽輻射能50%以上是近紅外輻射。這種輻射與建筑物室內的相互作用遵循兩個原理：一是建筑門窗首先吸收輻射熱，然后再以熱量轉移（熱傳導、熱對流）的方式將熱量傳遞到室內，而使室內溫度上升；二是類似于“溫室效應”，當輻射光直接通過門、窗進入室內時，由于玻璃是熱的絕緣體，就會使得室溫逐漸上升。為了維持室內的舒適度，就勢必要開空調降溫。

2.溫差太大產生的影響

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

二.隔熱保溫是建筑節能的必選途徑

綠色建筑，是指能夠滿足我國2006年發布的《綠色建筑評價標準》，即建筑物在全壽命周期內，最大限度的實現節能、節地、節水、節材并保護環境和減少污染。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，建筑風格將隨著氣候、自然資源和地區文化的不同而呈現出不同的風貌。

門窗在建筑中是保溫的薄弱環節，據介紹，建筑門、窗能耗約占建筑圍護結構能耗的50%，是建筑總能耗的25%。而綠色建筑可實現建筑節能達50%~60%。兩部委曾下發通知，利用三年左右時間，對全國規模以上門窗企業進行“節能性能”標識，只有獲得此標識的門窗產品，方可用于綠色建筑和現有建筑的節能改造。

三.建筑鋁型材門、窗用隔熱保溫粉末涂料的現狀和未來發展

1.隔熱保溫基本原理

我們知道，物體內和物系之間只要存在溫差，熱量就會從高溫處向低溫處傳遞，簡稱傳熱。熱量傳遞有三種方式：a.熱傳導（導熱）b.熱對流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）關于熱反射：實際上是指太陽光的反射。前面提到，太陽以輻射形式向地球提供了大量的光和熱。入射的太陽輻射能可達1kw/㎡,，而且太陽光輻射幾乎50%以上是紅外輻射（780~250納米）。通常描述一個表面的反射性能數據是太陽光的反射值（TSR）^[2]。一般傳統黑色涂層的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輻射熱遠大于黑色涂層。

（2）關于熱隔阻：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。因為對隔熱保溫材料而言要求傳熱速率越低越好。物質熱導率的大小表示物質的導熱能力。熱導率在數值上等于溫度梯度為1℃/m單位時間內通過單位導熱面積的熱量，即：

λ=  - Q/（A*dt/dx）

式中： λ—熱導率（導熱系數），W/（m·k）或W/（m·℃）；

Q—單位時間內傳導的熱量（導熱速率），W；

A—導熱面積，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方向為熱流方向，即溫度降低的方向，故dt/dx為負值。

不同物質的熱導率數值范圍見下表：

2.有機涂層的隔熱保溫

我國現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格等因素影響，應用的不多。就涂料花色品種來看，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。應該說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輻射光；金屬型粉末涂料幾乎不吸收光能，但能反射可見光和紅外光，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。但是目前我國還沒有專門用于隔熱保溫的功能型粉末涂料，隨著我國經濟的發展、科技的進步以及日益迅速的綠色建筑發展的需要，開發具有高質量、高性能的隔熱、保溫粉末涂料勢在必行。用于鋁型材、鋁門窗、鋁幕墻的隔熱、保溫粉末涂料應具備以下特點：

a.應具有優異的耐候性。由于在我國具有優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，對現有耐候性聚酯粉末涂料進行改性顯得尤為重要，而且已取得很大進展。一是在現有合成聚酯中，以間苯二甲酸代替對苯二甲酸，可使聚酯粉末涂料的耐候性（保光性、抗粉化性）比現有涂料可提高2倍^[3]。二是用現有聚酯用具有超耐候的氟樹脂進行改性，也能大幅提升現有樹脂的耐候性。

b.隔熱保溫性優，這是與普通粉末涂料的主要區別點。如何做到既隔熱又保溫，目前看來可采用以下幾種方法：

(1)研發可發泡的粉末涂料

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

(2)對現有粉末涂料進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有大幅提升，還要盡量滿足多方面的需要。如：涂料的耐候性、阻燃性和抗菌性等。鑒于上海、北京、沈陽等地建筑物的大火教訓，防火阻燃粉末涂料在鋁型材、門窗、幕墻的應用顯得尤為重要。所以，保溫、隔熱粉末涂料應具有不燃性。南方地區夏季悶熱、潮濕，霉菌、細菌大量繁殖、生長。這類地區使用的粉末涂料也應具有抗菌防霉功能。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光中的可見光、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，國外開發一種能用于粉末涂料環保型現代雜合顏料^[2]，這種雜合顏料是以復合型無機顏料作為粒子，然后加入預分散的有機顏料附在核心粒子的表面上。作為一種由無機顏料組分和有機顏料組分共同處理得到的一種結合產物TICO；這種雜合顏料卓越性能表現在：具有較強的太陽光尤其是近紅外光的反射力。

實驗顯示，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，兩種不同顏料類型的涂層表面最大溫差可達8℃，這種新型顏料也能為有機涂層提供優良的隔熱保溫效果。

(3)粉末涂料納米化

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

結語

國內建筑耗能情況令人堪憂，本文分析了建筑高能耗產生的原因，認為建材的隔熱保溫是建筑節能的必選途徑。從隔熱保溫基本原理出發，提出了隔熱保溫粉末涂料的概念，并闡述了發泡粉末涂料、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”。我國即有建筑中，絕大多數屬于高能耗建筑，不僅造成巨大的能源浪費，還造成環境嚴重污染。用粉末涂料涂裝的鋁型材、鋁合金建筑門窗可極大降低鋁合金制品的導熱系數，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、窗、幕墻等，更能顯著提高建筑物的節能、環保效果，其市場應用前景將十分廣闊。