浅谈国内隔热涂料研究

发表时间:2019/4/4   来源:《知识-力量》2019年7月上   作者:王涛 蔡德威 高建丰
[导读] 随着我国建筑规模不断扩大,建筑节能已是迫在眉睫。本文介绍了阻隔型、反射型、辐射型保温隔热建筑涂料的研究现状,结合建筑涂料的保温隔热原理,分析原油储罐保温中存在的问题,对储罐隔热涂料未来展望进行叙述。 关键词:

(浙江海洋大学,浙江 舟山 316022)
摘要:随着我国建筑规模不断扩大,建筑节能已是迫在眉睫。本文介绍了阻隔型、反射型、辐射型保温隔热建筑涂料的研究现状,结合建筑涂料的保温隔热原理,分析原油储罐保温中存在的问题,对储罐隔热涂料未来展望进行叙述。
关键词:建筑涂料;保温隔热;储罐保温

 
          引言
          截至目前,中国建筑面积超过600亿平方米,新建筑面积为每年16亿至20亿平方米。根据中国建筑能耗研究报告(2018)成果展示中,全国建筑能耗占全国能源消费比重的20.6%,建筑碳排放占全国能源碳排放的19.4%,其绝大部分源于暖气、空调采暖和制冷。在“十一五”和“十二五”期间节能减排下,全国建筑能耗及碳排放增速相比“十五”期间显著下降,且建筑碳排放年均增速相比建筑能耗又进一步放缓,“十八大”以来较“十五”期间增速下降约74%。这些数据表明虽然增速下降,但能耗总量依然巨大,优化建筑物保温隔热体系势在必行。
          1 保温隔热建筑涂料的研究现状
          1.1阻隔型保温隔热涂料
          阻隔型保温隔热涂料具有低热导率和高热阻的特性,主要选取低导热率的材料作为隔热原料,或将空气引入涂膜,佐以高气孔率小密度的功能性矿物填料与粘结剂加工制成涂料。阻隔型保温涂料通常与涂料涂层的厚度成正比关系。故涂料中各组分导热系数的大小和实际涂层的厚薄决定了阻隔型保温涂料的隔热性能的好坏。
          丁逸栋等(2017)将 气凝胶颗粒磨成粉末并与润湿剂,分散剂,部分消泡剂混入去离子水中搅拌制得浆料。随后依次假如加入钛白粉,远红外陶瓷粉,空心玻璃微珠等低速搅拌均匀得到 气凝胶复合型隔热涂料。该涂料最多能与空板相差12℃,并发现当添加的钛白粉与空心玻璃微珠的比例为1:1时,涂层的隔热性能最好,最高相差9℃。当添加质量分数为5%的 气凝胶、5%的钛白粉、5%的空心玻璃微珠和 10%的红外陶瓷粉时,复合隔热涂层具有良好的隔热性能。涂层干膜厚度为 60微米时,与未涂覆的空白样板对比,温度最高可降低14.8 ℃。[1]
          赵玥等(2018)发现当涂层厚度为180μm 时,TiO2/空心玻璃微珠复合涂层表面漫反射效果明显优于单一功能填料的涂层,其最高隔热温差可达12.3℃,隔热效率95.2%。[2]
          1.2反射型保温隔热涂料
          太阳以电磁波的形式将能量传递到地球,这被称为太阳辐射能。太阳辐射能根据波长分布称为太阳辐射谱,其中0.4~0.76μm为可见光区,能量为50%; 0.76μm以上是红外区域,占43%;紫外区小于0.4μm,占7%,即太阳能93%集中在0.4μm以上的区域。因此,反射隔热涂层在0.4μm或更大的带中的反射率越高,涂层的隔热效果越好。制取反射型隔热涂料需要对光高反射性需要如金属、金属氧合物或者空心微珠等,并且本身具有低导热率、孔隙结构的性质的材料作为涂层填料,然后与结合剂等助剂加工便得到涂料,从而涂在建筑物表面能够反射太阳辐射,阻止热量进入建筑物。
          耿思瑶等(2018)以金红石型TiO2和纳米CuO为基础,利用络合沉淀法制备了具有核壳结构的CuO/TiO2复合粉体,其中当铜、钛的添加比为0.6时,将其与改性树脂复配制得反射隔热涂层。当涂料内粉体固含量为20%时,该涂料具有良好的反射能力(NIR=50.27%,NI-SR=54.21%),其与普通涂层相比最大可差11℃。[3]
          反射热障涂层的反射特性与涂层的厚度有关,但在涂层达到一定厚度后,反射特性不再改善。赵陈超(2018)对多色反光隔热涂层干膜厚度对反射隔热性能影响的实验发现,当干膜厚度达到200μm时,多色反射隔热涂层样品可以实现良好的日光反射。随着涂膜厚度的进一步增加,反射效果没有明显改善,并且隔热温度逐渐升高。


当干膜厚度为1000μm时,绝热温差高达17.1℃。[4]
          1.3辐射型保温隔热涂料
          辐射型隔热涂料原理与反射型涂料类似,即将建筑接受的光和热通过辐射的方式将热量传递至大气达到隔热目的,虽然效果较之反射型隔热涂料要好,但因为其成本较高,无法大面积使用,所以在建筑上应用不多。
          宋子杨与胡志强(2018)以石墨烯为改性原料发明了一种水性辐射型涂料,该涂料具有高红外发射率和极低导热系数、比热的性质,从而达到隔热保温目的,而且形成的外墙具有较高的机械强度。在一定的原料比与实验条件下,其导热系数最低可降至0.075。[5]
          2 油罐保温中存在的问题
          在石油和天然气储存过程中,当温度升高时,储罐中的油气体积膨胀,一些油气从罐中蒸发出来。当温度降低时,油罐中的油和气体减少,油罐外部的一部分空气进入油箱。此外,储存温度越高,油气蒸发越严重。在油罐没有收发作业的情况下,当外部空气温度和压力在一天的升降周期变化时,油箱中的气体空间温度,油气蒸发速率,油气浓度和蒸汽压力也会发生变化。由排出石油蒸气和吸入空气的过程引起的油气损失称为小呼吸损失。昼夜温差的变化和油罐所在区域的日照强度是影响小呼吸损失的主要因素之一。露天油罐在夏季长时间的阳光暴晒下,尤其是沿海地区昼夜温差大,罐内的能量聚集在油气界层的表面,加快了油品尤其轻烃组分的挥发,导致能源损耗。
          (1)罐顶喷淋水系统。储罐喷淋装置装设在油罐顶部,当夏季温度较高时对油罐不断均匀地喷淋,水顺着罐壁流下带走油罐接收的热量,降低气相空间温度,减少油罐呼吸损耗。该系统能够明显降低气相空间温度,但罐内油温不易降低、积水可能造成罐壁腐蚀,增大不安全风险。
          (2)切换油罐降温。夏季当运行油罐油品温度升高时,可通过切换至备用油罐来降低供油母管的温度。该方法虽然可以明显降低母管温度,但治标不治本,当备用罐温度升高便无法解决,其次增发了大呼吸损耗以及人员的工作量。
          (3)隔热涂料。在罐壁涂上隔热涂料能够明显降低油品温度,而且涂料具有相当的绝缘防腐蚀等性质。该方法虽然操作简单、降温效果优良,但是缺乏耐候长效性,其次成本较大。
          3 油罐隔热涂料展望
          我国石化行业储罐数量巨大,即使小呼吸损失也造成了巨大的能源浪费,所以性能优良的隔热涂料必不可少。针对当前隔热涂料的优缺点,对油罐隔热涂料有以下几点展望:
          (1)加强隔热涂料的耐候长效性,研发性能优良的成膜物质和填料,提高隔热涂料的热反射率,降低其导热系数,延长涂料使用寿命,增大经济效益。
          (2)加强隔热涂料的复合性。复合性隔热涂料具备阻隔型和反射型涂料的优点,但目前复合涂料的大规模制作工艺仍然不高。探究新型复合工艺,对增大填料和基质的相容性和整体涂料的性能有着重大意义。
          (3)规定油罐隔热涂料的行业标准,制定统一涂料性能测试方式,能够隔热涂料行业的发展,加快新型油罐用隔热涂料的研发进程。
参考文献
[1]丁逸栋,刘朝辉,王飞,贾艺凡,舒心.SiO_2气凝胶复合型隔热涂层的制备及性能研究[J].表面技术,2017,46(05):99-105.
[2]赵玥,张建生,张士康,谢娟.TiO_2/空心玻璃微珠反光隔热涂层的制备与性能研究[J].化工新型材料,2018,46(11):242-244.
[3]耿思瑶. 多彩建筑隔热保温涂层的制备与性能[D].江南大学,2018.
[4]赵陈超.多色彩建筑外墙反射隔热涂料技术优化研究[J].建材与装饰,2018(33):51-52.
[5]宋子扬,胡志强. 一种水性辐射型外墙涂料[P]. 山东:CN108570275A,2018-09-25

 

投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: