可用于古建筑的红外反射涂料的特性描述和热性能评价外文翻译资料

 2022-08-02 12:46:19

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可用于古建筑的红外反射涂料的特性描述和热性能评价

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标题

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可用于古建筑的红外反射涂料的特性描述和热性能评价

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21

  1. 关键词:外表面改造;反光涂层;古建筑;热性能;可逆性

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摘要

  1. 本文对欧洲研究项目EFFESUS最近开发的两种红外反射涂料进行了特性描述与评价。
  2. 对它们的热性能，耐久性，与古建筑材料的相容性和可逆性都进行了分析。广泛研
  3. 究的结果都表明新涂料具有提高古建筑热性能、保护其视觉完整性和文化价值的潜
  4. 力，这些研究包括有对选定的基材的实验室分析，对大型传统砖石模型的测量和热
  5. 力学模拟，以及在伊斯坦布尔的一座古建筑上的实际应用。除了通过处理后表面的热
  6. 应力减少来证明其反射性能外，新涂层的特点还包括低视觉冲击性、易于涂装、材料兼容性、
  7. 涂装后的可逆性以及耐用性。

1. 介绍

  1. 反射涂层是一种能反射一定比例的红外(IR)表面辐射的稳定溶液。它们有助于在城市
  2. 层面上缓解热岛现象的影响，同时减少夏季的制冷需求，并改善建筑内的室内热舒适性。
  3. 文献中包含了大量的科学研究成果，旨在设计有效缓解气候变化和随之而来的热岛效应
  4. 的解决方案，通过使用高反射率材料制作“冷屋顶”、城市道路和建筑表面结构[1]的方
  5. 法。在两篇综述文章[2；1]中广泛讨论了冷涂层技术的发展、环境性能和能源性能。第一
  6. 代冷涂料由浅色高反射率(高于0.8)的天然材料(一般为天然石材骨料)和可行走表面组
  7. 成，其主要应用于屋顶和人行道上[1；3；4]。然后，最近被开发出来的第二代非白色材料
  8. 的反射率比第一代涂料更高，用于历史悠久的屋顶和幕墙[1]。这些材料的特点是在太阳光
  9. 谱的不可见光区域(通常在红外附近) 具有比传统的有色涂层更高反射率，因此当暴露于太
  10. 阳辐射下时，其表面温度(Ts)会降低[1；5]。
  11. 文献综述表明，涂层温度的降低和城市热岛效应取决于多种复杂因素[1；6]：(一)
  12. 所在地的地貌;(二)城市布局和植被设计; (三)人为热强度; (四)当地天气情况;
  13. (五)朝向;(六)城市建筑环境和建筑表面特征;(七)室内外温度的差值。一般来说，
  14. 这些涂料应用于建筑表面结构(屋顶和幕墙)的好处在于减少Ts[7]、能量需求[8]、
  15. 与暖通空调操作相关的制冷负荷和二氧化碳当量排放[9;10]，以及改善了夏季室内
  16. 热舒适条件[11]。此外，对红外反射涂料的能量性能进行的实验研究和数值分析发
  17. 现，在不同的气候条件下，在建筑表面结构(外墙[12]和冷屋顶[11])上应用涂料在夏
  18. 季的效益和冬季的损失之间存在潜在的平衡。因此，适当的设计和应用以及充分的实
  19. 验测试是评价其热性能的关键[1；13；14]。
  20. 文献中还包括通过实验室测量、计算机模拟和现场测试来支持新型红外涂料的开
  21. 发和性能优化的实例[1；8；6；9；10；11；12]。尽管这些涂料在广泛的建筑应
  22. 用中具有很高的能效，但现有的商业产品通常不适合用于古建筑，因为在古建筑
  23. 中，使用涂料改造需要与原始建筑元素的整体融合，因此需要满足对视觉和建筑
  24. 的影响较小的条件[15]。
  25. 文化遗产应当为子孙后代保留下来，任何对其处理措施的应用和随后的移除都应
  26. 该使建筑完好无损。创新商业产品通常需要与传统瓷砖有相同的外观，其主要由
  27. 具有高太阳反射率(0.75%)的冷粘土瓷砖组成, 这是因为陶瓷产品具有高的热发射
  28. 率()和化学物理耐久性[1]。尽管如此，为在冷屋顶上使用而特别开发的涂料
  29. 与古建筑并不兼容[1]。
  30. 在这种背景下，新涂料的开发和测试是欧洲研究项目EFFESUS (欧盟历史街区可持
  31. 续发展的能源效率)的具体任务。该涂料与古建筑材料兼容，能够减少建筑表面对
  32. 红外辐射的吸收，降低夏季制冷能耗，对建筑结构无侵入性影响。除了具有高反
  33. 射性外，涂料还必须满足在古建筑上应用的特定的要求(即物理化学相容性、耐久
  34. 性、可逆性、低视觉影响)。本研究对与古建筑材料兼容的两种新型红外反射涂料
  35. 配方进行了表征，通过实验室测试和建筑能耗模拟的方法，评估和最大化这两种
    配方的性能。最后，在土耳其伊斯坦布尔的一座古建筑上，在当地的气候条件下
  36. 进行了测试。

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2. 材料和方法

  1. 为了实现实验工作的两个主要目标:1)验证开发的红外涂料与文化遗产适用性和
  2. 兼容性以及2) 确定在热性能(降温)、与文化遗产的兼容性(或可逆性和美观影
  3. 响)和耐久性方面最合适和性能更好的涂层, 以下部分实验步骤的详细描述:

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    1. 欧洲文化遗产建筑中常用石材的选择与表征;
    2. 两种红外反射涂料的研制与应用;
    3. 涂装后的石材理化特性;
    4. 可逆性和视觉冲击力;
    5. 实验室规模的耐久性试验;
    6. 大型模型墙体上单层涂层的热性能评价;
    7. 在实验室中对同一涂层进行热力学模拟，以评价其能量和热性能;
    8. 两种涂料在实际条件下的应用，并对其热性能、耐久性和可逆性进行评价。

基材的选择和表征

就孔隙率和孔径分布而言，以下四种石材被认为是欧洲文化遗产建筑中最常用的材料

的代表：

  1. 维拉马约砂岩；(B)伊斯坦布尔石(与伊斯坦布尔案例研究中使用的相同)；(C)

A

M

实心粘土砖；(D)石灰砂浆(图1)

图1所示。(一) 维拉马约砂岩;(b)伊斯坦布尔石;(c)实心粘土砖;(d)石灰砂浆

所选的底物在以下测试中进行了表征:

D

  • 用X-射线粉末衍射仪进行矿物学分析，使用飞利浦Xlsquo;Pert Pro MPD pw3040/60型铜

阳极衍射仪，从2~75˚2Theta、40kV和40 mA连续扫描1h；

  • 岩相学研究，根据标准EN12407[17]，在高倍率(X63)双目放大镜和具有透射和反射光的偏光显微镜(尼康Eclipse6400POL)的帮助下，对薄片(尺寸25x40mm，厚度30micro;m)进行岩相学研究;
  • 用压汞测孔仪(Micromeritics的AutoporeIV9500)测量孔隙率、密度、平均孔径和孔径分布；
  • 大气压吸水率，符合粘土砖和石灰砂浆标准EN 13755[18]和EN772-21[19]。

两种新型红外反射涂料的研制及在选定基材上的应用

使用两种不同的方法合成了两种不同的涂层:

  • 涂层1:通过溶胶凝胶法合成的二氧化硅薄膜，使用二氧化硅醇盐前体和氧化铟锡(

ITO)纳米颗粒。在酒精中溶解后，这些前体水解形成硅烷醇[20];

  1.  涂层2:含有不同粒度ITO的水基溶液和/或乙醇溶液，加入不同浓度和比
  2. 例的SiO2和TiO2。

2.3涂装后的石材理化表征

  1. 涂覆后样品的表征包括：
  2. 常压下的吸水性，根据衬底表征程序(2.1节)
  3. 水蒸气渗透性，由ISO 788[21]“杯法”测定;
  4.  水接触角，用水滴形状分析仪测量，如标准EN15802[22]所定义;
  5.  附着力，根据ASTM D3359[23]中的规定，通过在涂层膜上的切口处施加和移除
  6. 压敏胶带来评估附着力;
  7.  根据ASTM E-903[24]，使用双光束分光光度计(从250 nm到2500 nm)测量太阳
  8. 反射率。

2.4涂料的可逆性和视觉冲击力

  1. 除了基质的相容性外，研究还测试了对历史悠久的石材表面处理的进一步要求，
  2. 即可逆性。因此在两层涂层涂抹之前，分别以3%和15%的比例在样品上涂抹文化
  3. 遗产保护中常用的两种底漆，甲基纤维素和Paraloidreg;。在将底漆和底漆/涂层系
  4. 统(即底漆和涂层的组合)涂抹在不同的样品之前和之后，以及在清洗之后，对底漆
  5. 和底漆/涂层系统进行了比色表征。用PCE-TCR200色度计在每个样本上的三个随机
  6. 位置测量L*、a*和b*值。清洗后，在尼康放大镜下对底漆进行分析，同时对底漆/
  7. 涂层体系进行扫描电镜和能谱分析(SEM/EDS，FEI Quant200型)。

2.5样品的耐久性试验

  1. 耐久性试验分析了样品在特定试剂存在下的影响:
  2.  盐结晶;
  3.  紫外线(UV)光;
  4.  冻结/解冻循环;
  5.  润湿/干燥循环.
  6. 按照标准EN 12370[25]的规定，在44个立方体试样上测试了不同石材对可溶性
  7. 盐结晶的抵抗力，每个立方体试样的边长为40 mm，一半用涂层1处理，一半用
  8. 涂层2处理。此外，每组有两个样品暴露在荧光紫外灯(UVA-340型)和水中。
  9. 经过2000小时的老化和4h的光循环和4h的冷凝循环，最后遵循ISO11507[26]
  10. 对颜色评估。共制备了48个边长为50mm的立方体试样，其中一半用涂层1处理(
  11. 每种石材类型6个试样)，另一半用涂层2处理(每种石材类型6个试样)，以评估
  12. 冻融循环的效果。然后，根据对所有面和边缘的检查，对EN12371[27]中的标本
  13. 进行分类。继续进行实验，直到两个或以上样品显示“有一个碎片或几个小裂
  14. 缝(le;0.1mm2宽)或小碎片断裂(le;30mm2)”(标准中报告的刻度点3)。使用涂料
  15. 和未使用涂料的样品经过反复的润湿/干燥循环，以表征基板对热湿变化的影响。
  16. 在放置在Heraeus HC-0033湿室之前，制备6个立方体样品，每个样品的侧边为40~
  17. 50mm，并标记任何可见的缺陷。在气温(Ta)为20°C、相对湿度(RH)为40%的情况
  18. 下进行6h，然后在Ta为60°C、相对湿度(RH)为90%的情况下进行8h为一个实验周
  19. 期。在完成5次、12次、19次、26次和30次润湿-干燥循环后，目测检查证实在任
  20. 何测试样品中都没有平均尺寸大于15毫米的剥离、剥落或碎裂。

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2.6大型模型墙的热工性能评价

  1. 进一步的实验室测试是为了在传统砖石结构(宽1.5米，高1.2米，深0.48米)
  2. 的真实模型上进行传感器测量[28]。这些砖是在一个大型的“砖窑”中加热矿物
  3. 粘土制成的[29；30；31]。这堵墙是用商业水硬性石灰砂浆粘结的三层砖建造的。
  4. 然后，在内外表面都涂上了厚度为0.04m的特殊修复砂浆，使其表面特性与伊斯
  5. 坦布尔案例研究的表面特性相似。每种材料的厚度和导热系数(lambda;值)值如表1
  6. 所示。
  7. 表1。厚度(s)和热导率模型墙(lambda;)

Material

s

[m]

lambda;

[W/mK]

Brick

0.44

0.47

Hydraulic lime mortar

-

0.83

Restoration mortar

0.04

0.80
  1. 该模型在实验室中保存了大约9个月(2014年11月- 2015年7月)，以确保热湿
  2. 平衡和内部相对湿度的均匀性，符合[32；33；34]的要求。在没有涂层的第一次
  3. 测试后，涂层1被应用到外表面。测试的目的是评估:(一)涂层降低热流;(二) 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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