引言

近年來，隨著我國國內城鎮化進程的不斷推進，城鎮建筑規模持續擴大，城鎮內不透水面占比持續增加，城市熱島效應日益突出，這加大了維持適宜冷熱環境而導致的能源損耗，因此如何降低太陽輻射能對建筑內環境的干擾，提高建筑內冷熱環境的穩定性，降低能源損耗，已逐步成為建筑節能的研究熱點。

作為一種新型建筑涂料，建筑反射隔熱涂料可通過增強建筑外墻對太陽輻射能的有效反射，降低建筑外墻對太陽輻射能量的吸收，減少外墻表面熱累積，提升建筑內冷熱環境的穩定性，實現建筑節能。國內外學者圍繞建筑反射隔熱涂料開展了大量研究，并取得一定的研究成果：鈦白粉、空心玻璃微珠能有效提升涂料的反射特征，提高涂料反射隔熱性能。建筑反射隔熱涂料的成膜樹脂應盡量少含—C—O—C—，C==O等吸熱基團，降低對太陽輻射的吸收作用，提升成膜樹脂的穿透性。不透水表面噴涂合適的建筑反射隔熱涂料將有助于降低空調能耗。涂料在350~2500nm區間內的光譜反射率直接影響到涂料反射隔熱性能的高、低。白色涂料具有高反射特征；涂料的反射、吸收特征受施工厚度影響較大；加入填料與色漿有助于提升反射隔熱涂料的耐候性。建筑反射隔熱涂料易受外界不可控因子影響，涂料表面易被粉塵覆蓋，涂料內部組分理化特征則易受溫度、降水等多因子綜合作用，致使建筑反射隔熱涂料的性能產生減損。當前針對建筑反射隔熱涂料的研究多側重于涂料的理化組分信息，而針對建筑反射涂料性能在時間尺度上的演化規律的研究相對較少。

建筑反射隔熱涂料性能的減損是影響特定時間區間內建筑節能效果的關鍵因素。為研究分析建筑反射隔熱涂料性能在時間維度的演化規律，以高光譜為主要技術手段，結合吸收峰深度、數學方法等光譜處理方法，定量分析涂料光譜反射特征、吸收特征，研究涂料反射特征、吸收特征在時間維度上的演化規律，從而為建筑反射隔熱涂料的設計、制作、施工提供基礎技術支撐。

2、實驗部分

2.1 實驗設計

為研究分析建筑反射隔熱涂料的反射特征、吸收特征在時間維度的演化規律。試驗板材為硅鈣板，底漆選用廣州美涂士建材股份有限公司生產的外墻保抗堿底漆，涂料采用廣州富美奧涂料有限公司生產的建筑反射隔熱涂料。實驗基于建筑反射隔熱涂料施工規范制作涂料樣本。首先將硅鈣板板面采用砂紙打磨，然后涂一層底漆，將其置于通風、干燥處，待底漆完全風干后再涂一層底漆，采用同一處理方法風干，待底漆完全風干后再采用砂紙進行打磨；最后采用涂抹器制作涂料樣本，涂料樣本厚度變化范圍為0.1~2.5mm，厚度間隔為0.1mm，共25個樣本。

涂料樣本制作完成后，立刻測定各樣本的光譜，并將首測的光譜作為標準，然后將涂料樣本垂直置于室外，距地高度為1.5m，并定期測定涂料的光譜，以研究分析涂料性能的變化規律。

2.2光譜數據采集

地物光譜反射率易受光照強度、入射角度及其他不可控因子的影響，為減弱其他因素對光譜測量的影響，選擇在實驗室內開展建筑反射隔熱涂料光譜數據的測定，涂料光譜數據測量模式如圖1所示。用地物光譜儀進行光譜測量，可測定300~2500nm區間的涂料反射光譜，光譜分辨率為1nm。于不同的四天開展涂料光譜的測量。涂料樣本光譜測定前先用標準白板進行標定與優化，光照垂直于涂料樣本，分別在涂料樣本的不同位置進行光譜采集，共采集10條光譜，取其平均值作為涂料樣本的光譜。

圖1室內涂料樣本光譜采集方式示意圖

2.3光譜預處理方法

為避免涂料光譜曲線間的干擾，明確分析各涂料光譜的變化，將涂料光譜置于以橫軸為時間、縱軸為波長的圖譜坐標內。為便于定量分析建筑反射隔熱涂料光譜的反射、吸收特征在時間維度的減損規律，以首次測定的涂料光譜為標準，分別將4月—10月份測定的涂料光譜與首次測定的光譜進行除法、減法處理，以定量分析涂料反射率的減損規律；針對涂料光譜的吸收特征的減損規律，選用去包絡線、吸收峰深度法對涂料進行光譜處理，以研究分析涂料吸收特征的減損特征。借助ENVI5.1專業軟件對光譜進行去包絡線處理，然后基于去包絡線提取光譜的吸收峰深度，其具體計算公式如式（1）

Di=1-Ri （1）

式（1）中，Di為位于inm處的吸收峰深度，Ri為位于inm處去包絡線的值。

3、結果與討論

3.1光譜分析

為便于直觀分析建筑反射隔熱涂料光譜反射率隨時間的變化規律，將0.1~2.5mm厚度的反射隔熱涂料的光譜利用圖譜形式展示，如圖1所示，其中厚度為0.4和0.5mm的建筑反射隔熱涂料受外界環境影響較大，其光譜與其他厚度的光譜在近紅外區域的差異較大，為客觀反映建筑反射隔熱涂料光譜反射率或涂料性能的減損規律，將0.4和0.5mm的涂料光譜不納入分析范圍。

圖2 3月—10月0.1~2.5mm厚度的涂料光譜圖

由圖2可知，0.1~2.5nm厚度的建筑反射隔熱涂料光譜反射率均隨時間的遞增而逐步減弱，350~1650nm區域的光譜反射特征減弱特征明顯，而位于1650~2250nm的近紅外區域光譜反射率的減弱幅度相對較少，而位于2250~2500nm的反射率則呈先降低后增加的趨勢；3月、4月、5月、10月測得的各厚度反射隔熱涂料的光譜反射率都隨厚度的增加先逐步增加，但厚度達到1.0mm后，建筑反射隔熱涂料的光譜率無明顯增加，這表明厚度對涂料光譜反射率或涂料性能的影響具有較強的穩定性。

綜上可知，建筑反射隔熱涂料的光譜反射率在350~2250nm區域內隨時間的增加而呈降低趨勢，而在2250~2500nm內則呈先降低后增加的趨勢；厚度對涂料光譜反射率或涂料性能的影響有較強的穩定性。

圖3 3月—10月0.1~2.5mm厚度涂料光譜的吸收峰深度圖

圖3為建筑反射隔熱涂料的反射光譜的吸收峰深度，由圖3可知，涂料在350~430與2200~2350nm區間內具有較強的吸收特征，而在其他區間的吸收特征則相對較弱。在3月、4月、5月、10月采集的光譜于2200~2350nm區間吸收峰深度隨涂料厚度的增加而逐步增加，且各厚度涂料光譜的吸收峰深度的差異隨時間的增加而逐步減弱，當厚度達到1.0mm后，厚度對涂料吸收峰深度的影響達到飽和；位于350~430nm區間的吸收峰深度隨時間增加的減弱幅度相對較小。從整體分析可知，位于350~430nm區間的吸收峰隨時間的增加而逐步降低，而位于2200~2350nm區間的吸收峰隨時間的增加則呈先增加而降低的趨勢，究其原因是涂料表面受外界因素影響覆蓋有其他雜質，從而影響了涂料的光譜特征；綜上可知，建筑反射隔熱涂料的吸收峰深度隨時間的增加而降低，而涂料光譜吸收峰在不同光譜區間呈現不同的變化規律。

3.2涂料反射光譜特性

減損特征圖4是4月—10月各建筑反射隔熱涂料光譜反射率與3月光譜反射率的比值。由圖4所示，從涂料光譜的整體分析可知，各建筑反射隔熱涂料的光譜反射率比值在時間尺度上呈遞減的趨勢；單一厚度涂料的各月光譜在350~2500nm內的反射率比值的變化規律具有較高的一致性；涂料光譜反射率比值在350~950nm區間的減弱幅度較大，其次為950~1750nm區間的光譜反射率比值。綜上可知，涂料的光譜反射率比值在時間維度呈遞減趨勢，尤其在350~950nm區間具有明顯變化；各厚度涂料光譜反射率比值的變化趨勢具有較強的一致性。

圖4 4月—10月光譜除以3月光譜反射率

為分析建筑反射隔熱涂料的光譜特征的降幅規律，將各月建筑反射隔熱涂料的光譜反射率逐月相減，其結果如圖5所示。由圖5可知，各建筑反射隔熱涂料的光譜反射特征的減弱幅度隨時間的增加呈先增加后降低的趨勢，且在5月達到最高，這表明建筑反射隔熱涂料的性能隨時間的增加而降低；在1950~2500nm區間，建筑反射隔熱涂層的光譜特征的減弱幅度隨時間的增加呈先增加后減少的趨勢，3月—4月、4月—5月、5月—10月內各建筑反射隔熱涂料光譜的減弱幅度隨厚度的增加而增加，這表明涂料厚度的增加有助于保持建筑反射隔熱涂料的性能。在950~1950nm區間內的涂料光譜減弱幅度隨時間的增加而呈持續降低的規律；在350~950nm涂料光譜減弱幅度隨時間的增加而呈先升后降的規律，3月—4月、4月—5月、5月—10月內各建筑反射隔熱涂料的減弱幅度隨厚度的增加而逐步減弱。綜上可知，涂料光譜反射率的減弱幅度在時間維度上呈先增后降的趨勢；涂料厚度對涂料光譜反射率的減弱幅度具有較強影響，不同光譜區間具有不同的變化規律。

圖5 各月涂料光譜逐次遞減圖

從圖2—圖5可知，建筑反射隔熱涂料的光譜反射率隨時間的增加而降低，光譜反射率的降低幅度隨時間的增加呈先增后減的規律，且在可見光區間的降低幅度明顯高于近紅外；建筑反射隔熱涂料的吸收峰深度隨時間的增加而降低，而涂料光譜吸收峰在不同光譜區間呈現不同的變化規律；厚度對涂料光譜反射率或涂料性能具有重要影響且擁有較強的穩定性，厚度對涂料光譜反射率的減弱幅度具有較強影響，不同光譜區間具有不同的變化規律。單一厚度的建筑反射隔熱涂料的光譜反射率隨時間變化的一致性，隨時間的增加而變弱。

3.3討論

建筑反射隔熱涂的性能是建筑節能效果的主要評價指標，然而受外界光照、氣象及其他因素的影響，建筑反射隔熱涂料的反射隔熱性能會受到不同程度的減損，因此建筑反射隔熱涂料性能的演化是建筑在一定時段內節能效果的重要基礎資料。然而當前研究多偏重于涂料組分的研究偏多，少見針對開展涂料室外外置實驗的相關研究，為探尋外置建筑反射隔熱涂料在時間尺度上的減損特征，以地面實驗采集的數據為基礎，定量分析建筑反射隔熱涂料的反射特征、吸收特征在時間尺度的演化特征，從而為涂料的維護與建筑節能的評價提供基礎理論與方法，結果表明：涂料光譜反射率在時間維度的變化規律受波長影響較大：其中，位于350~2250nm區間的建筑反射隔熱涂料的反射率整體隨外置時間的增加而呈先增后降的規律，而在2250~2500nm區間的涂料反射率則隨時間的增加而呈先降后升的規律，究其原因是由于涂料表面易受土壤顆粒、灰塵等粉塵覆蓋影響，對光的穿透性具有較強影響，因而在不同區間呈現不同的演化規律；在涂料光譜的吸收峰深度方面，單一厚度的建筑反射隔熱涂料的光譜反射率隨時間變化的一致性，隨時間的增加而變弱。涂料光譜反射率的減弱幅度在時間維度上呈先增后降的趨勢，且厚度對涂料光譜反射率的減弱幅度具有較強影響。

盡管本研究借助高光譜技術研究分析了不同厚度涂料性能的演化規律，但仍存在不足具體如下：

（1）雖然研究深入分析了各厚度涂料的演化規律，確認了涂料施工厚度變化區間，但未構建用于描述建筑反射隔熱涂料在時間尺度上的減損特征的模型，仍需進一步深入研究。

（2）本研究將涂料樣本置于同一高度，未能分析高度對建筑反射隔熱涂料性能減損的影響，而涂料距地面的高度也是影響涂料減損的因子，因此，仍需開展后續實驗分析。

4、結論

通過分析0~2.5mm厚度的涂料的光譜反射率隨時間增加的變化規律，研究建筑反射隔熱涂料性能隨時間的減損性能，以期為建筑反射隔熱涂料的施工參量提供基礎方法與理論支撐，研究結論如下：

（1）在350~2250nm波段區間內，建筑反射隔熱涂料的光譜反射率隨時間的增加而降低；光譜反射率的降低幅度在1月—5月內呈增加趨勢，而在5月—10月內呈遞減規律，且光譜反射率在可見光區間的降低幅啡明顯高于近紅外區域。

（2）建筑反射隔熱涂料的吸收峰深度隨時間的增加而降低，降低幅度在0~0.163內。

（3）厚度對涂料光譜反射率或涂料性能具有重要影響且擁有較強的穩定性，厚度對涂料光譜反射率的減弱幅度具有較強影響。單一厚度的建筑反射隔熱涂料的光譜反射率隨時間變化的一致性，隨時間的增加而變弱。

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審核編輯 黃宇