● 李璐 于晶雪 李力/文

一、前言

《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》進(jìn)一步明確了未來(lái)一段時(shí)期綠色低碳發(fā)展的目標(biāo)和舉措，推動(dòng)形成綠色發(fā)展方式成為未來(lái)發(fā)展的主旋律?！毒G色建筑發(fā)展“十四五”規(guī)劃》中指出，到2025 年，綠色建筑面積占比要達(dá)到100%，新建建筑能效提升，執(zhí)行比例達(dá)到100%。低碳時(shí)代到來(lái)之際，隨著節(jié)能環(huán)保理念漸漸深入人心，踐行生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展理念，未來(lái)綠色建筑、裝配式建筑將實(shí)現(xiàn)新突破，成為發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。

傳統(tǒng)的建筑玻璃斷熱能力較差，建筑能耗的40%以上消耗在玻璃門(mén)窗上，所以建筑節(jié)能是我國(guó)乃至全世界的節(jié)能降碳的主題，而我國(guó)已建成的建筑物大多未使用節(jié)能玻璃，造成較大的能耗。稀土斷熱涂料能夠在3 小時(shí)內(nèi)快速降溫，大幅降低室內(nèi)空調(diào)內(nèi)耗。其在建筑玻璃、汽車(chē)玻璃等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)。

在實(shí)際應(yīng)用于推廣與客戶(hù)反饋中，筆者發(fā)現(xiàn)，由于我國(guó)幅員遼闊的特點(diǎn)，各個(gè)地區(qū)氣候條件差異較大，不同氣候區(qū)斷熱涂料所形成涂層產(chǎn)品的傳熱系數(shù)和遮蔽系數(shù)存在差異，為更好滿(mǎn)足斷熱涂料斷熱能力的評(píng)定，編制組向中國(guó)稀土學(xué)會(huì)、中國(guó)涂料工業(yè)協(xié)會(huì)提交立項(xiàng)申請(qǐng)書(shū)并接受了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制的下達(dá)任務(wù)。

中國(guó)稀土學(xué)會(huì)、中國(guó)涂料工業(yè)協(xié)會(huì)組織天津包鋼稀土研究院有限責(zé)任公司，中稀產(chǎn)業(yè)發(fā)展（天津）集團(tuán)有限公司，包頭稀土研究院，中稀易涂科技發(fā)展有限公司，中國(guó)涂料工業(yè)協(xié)會(huì)，瑞科稀土冶金及功能材料國(guó)家工程研究中心有限公司，湖南易涂聯(lián)達(dá)科技有限公司，天津庭窗之星建材有限公司，江蘇川東建設(shè)集團(tuán)有限公司，智途（大連）節(jié)能科技有限公司，廣東省六建集團(tuán)有限公司江蘇分公司，四川一縱建設(shè)工程有限公司，南京神稀捷威科技有限責(zé)任公司，成都易山遠(yuǎn)景科技有限公司，成都品悅稀品科技有限公司，山東億圖環(huán)保科技有限公司等國(guó)內(nèi)15 家主要稀土斷熱涂料研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)和設(shè)計(jì)院、建設(shè)公司等用戶(hù)單位，共同對(duì)T/CSRE 15001—2022 T/CNCIA 01022—2022 《建筑玻璃用稀土斷熱涂料》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研制。編制組查閱相關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)進(jìn)行了充分調(diào)研。與包頭市宏博特科技有限責(zé)任公司、包頭稀土產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)、中稀易涂科技發(fā)展有限公司、中稀天馬新材料科技股份有限公司、中國(guó)涂料工業(yè)協(xié)會(huì)、包頭稀土研究院、智途（大連）節(jié)能科技有限公司等主要生產(chǎn)企業(yè)和客戶(hù)單位進(jìn)行了交流，調(diào)研并了解國(guó)內(nèi)外建筑玻璃用稀土隔熱涂料的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，廣泛收集數(shù)據(jù)，形成標(biāo)準(zhǔn)的征求意見(jiàn)稿發(fā)至參與單位廣泛征求相關(guān)意見(jiàn)。根據(jù)反饋回來(lái)的意見(jiàn)和建議進(jìn)行匯總和處理，完善標(biāo)準(zhǔn)，并多次與業(yè)內(nèi)專(zhuān)家交換意見(jiàn)，形成審定稿。

2022 年6 月23 日由中國(guó)稀土學(xué)會(huì)和中國(guó)涂料協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布，于2022 年6 月23 日起實(shí)施，是稀土領(lǐng)域首個(gè)由上下游行業(yè)組織聯(lián)合發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定使其能適應(yīng)國(guó)內(nèi)各稀土斷熱涂料生產(chǎn)企業(yè)和用戶(hù)的實(shí)際需求，并滿(mǎn)足下游行業(yè)的發(fā)展需要。本文將對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀等進(jìn)行介紹和解析。

二、建筑玻璃斷熱涂料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及分類(lèi)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求與日俱增，并對(duì)提高現(xiàn)有能源利用率以及發(fā)展節(jié)能環(huán)保設(shè)備提出了很高要求。對(duì)于住宅和辦公建筑，目前主要用電消耗在于采用空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，如西照朝向的房間，在夏天室內(nèi)最高溫度可達(dá)40℃。這主要是由于傳統(tǒng)的玻璃材質(zhì)隔熱能力較差，在太陽(yáng)照射下，能量透過(guò)玻璃傳遞到室內(nèi)，并導(dǎo)致室內(nèi)溫度提高。因此，研究如何提高玻璃的隔熱性對(duì)建筑節(jié)能環(huán)保具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于太陽(yáng)光的阻隔有多種方法，但科研和生產(chǎn)中通用的方法具體來(lái)說(shuō)有以下幾種：1.著色玻璃，但這種玻璃在實(shí)現(xiàn)隔熱效果的同時(shí)會(huì)大幅犧牲可見(jiàn)光透過(guò)率，并呈現(xiàn)明顯的顏色；2.Low-E玻璃，也被稱(chēng)為低熱輻射玻璃，是目前最為常用的建筑隔熱玻璃。但這類(lèi)玻璃造價(jià)不菲、表面層壽命低且存在光污染問(wèn)題；3.紅外線吸收材料諸如透明金屬氧化物，鎢青銅類(lèi)與稀土硼化物材料。以氧化銦錫（ITO）和氧化錫銻（ATO）為代表的一類(lèi)金屬氧化物半導(dǎo)體材料中，ITO 成本高昂，ATO 隔熱性能不足；鎢青銅類(lèi)材料中，銫鎢青銅材料雖可實(shí)現(xiàn)800～2500 nm 的全譜高效吸收，然而在加熱條件下，會(huì)發(fā)生不可逆的氧化反應(yīng)并喪失其紅外吸收性能。稀土斷熱涂料以新型稀土納米材料為基礎(chǔ)，具有優(yōu)異的耐酸堿性，稀土元素自身的外層電子提供了大量自由電子，當(dāng)入射光的光子激發(fā)時(shí)，自由電子與入射光子發(fā)生共振，從而在宏觀上表現(xiàn)為吸熱能力。稀土材料特殊的LSPR 效應(yīng)，當(dāng)受到特定波段的光的激發(fā)時(shí)會(huì)引起自由電子集體振蕩,使其自身的吸收和散射顯著增強(qiáng)，因此稀土斷熱涂料是可直接吸收紅外光和紫外光而不影響可見(jiàn)光透過(guò)的一類(lèi)新型涂料，將其直接涂在玻璃表面，可實(shí)現(xiàn)高透過(guò)率前提下95%紅/紫外線斷熱效果，在斷熱效果、便捷度及穩(wěn)定性等方面均大幅領(lǐng)先目前市場(chǎng)上的玻璃貼膜、Low-E 玻璃及中空玻璃等同類(lèi)產(chǎn)品。

此外，通過(guò)對(duì)稀土元素種類(lèi)以及摻雜量的調(diào)控，可以進(jìn)一步控制入射光子發(fā)生共振的波長(zhǎng)范圍，更好解決了現(xiàn)有材料環(huán)境穩(wěn)定性不足與無(wú)法對(duì)紅外線進(jìn)行光譜吸收的卡脖子問(wèn)題。

三、標(biāo)準(zhǔn)制訂主要內(nèi)容及依據(jù)

1.術(shù)語(yǔ)和定義

本標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于“建筑玻璃用稀土斷熱涂料”給出了定義，即在建筑玻璃表面施涂后形成平整透明涂層，具有較高的可見(jiàn)光透過(guò)率和近紅外線阻斷效果的稀土基涂料。

2.分類(lèi)和標(biāo)記

在實(shí)際應(yīng)用于推廣及客戶(hù)反饋中我們發(fā)現(xiàn)，由于我國(guó)幅員遼闊的特點(diǎn)，各個(gè)地區(qū)氣候條件差異較大，不同氣候區(qū)斷熱涂料所形成涂層產(chǎn)品的傳熱系數(shù)和遮蔽系數(shù)存在差異，特別是南方地區(qū)，以高溫高濕環(huán)境為主。筆者團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了全國(guó)各地的大量產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集和分析，結(jié)合用戶(hù)反饋，本標(biāo)準(zhǔn)按照不同氣候特征將各個(gè)城市大體劃為不同氣候分區(qū)，并對(duì)不同氣候區(qū)公共節(jié)能建筑的可見(jiàn)光透射比、紅外透過(guò)率、霧度和遮蔽系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行限制。針對(duì)寒冷地區(qū)、濕熱地區(qū)及強(qiáng)紫外線地區(qū)，各項(xiàng)指標(biāo)的要求根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r有所區(qū)分。

按產(chǎn)品屬性將產(chǎn)品分為溶劑型（S）和水性（W），按建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)將行政區(qū)分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)、Ⅶ區(qū)，按產(chǎn)品名稱(chēng)代號(hào)、組成屬性、建筑氣候區(qū)劃順序標(biāo)記。例如，REDR-BL-W-Ⅰ，表示建筑氣候Ⅰ區(qū)的水性稀土斷熱涂料產(chǎn)品。

3.技術(shù)要求

本標(biāo)準(zhǔn)編制時(shí)，主要參考了相關(guān)生產(chǎn)以及下游客戶(hù)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和用戶(hù)采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合了生產(chǎn)和使用的實(shí)際需求，對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)要求，在物理性能、光學(xué)性能以及有害物質(zhì)限量方面做出了詳細(xì)規(guī)定。根據(jù)實(shí)際工況，添加了凍融穩(wěn)定性、耐溫變形、耐洗刷性等指標(biāo)，光學(xué)性能根據(jù)建筑氣候分區(qū)情況做出指標(biāo)區(qū)分，依據(jù)客戶(hù)建議增設(shè)了霧度指標(biāo)，并均得到合理可行的印證。具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 光學(xué)性能

由于稀土斷熱涂料產(chǎn)品的特殊性以及稀土所發(fā)揮的特殊作用，標(biāo)準(zhǔn)在化學(xué)成分方面對(duì)稀土總量做出了規(guī)定，產(chǎn)品中稀土化合物（以REO 計(jì)）質(zhì)量分?jǐn)?shù)需控制在0.3%～25%之間。

4.標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

本標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)是在對(duì)比了GBT 29501-2013《隔熱涂膜玻璃》與JGT 338-2011《建筑玻璃用隔熱涂料》后，根據(jù)實(shí)際工況及客戶(hù)反饋數(shù)據(jù)做出了指標(biāo)增設(shè)與調(diào)整改動(dòng)。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)涂料的基本性能的測(cè)評(píng)主要包括使用前、成膜時(shí)、成膜后、老化后4 個(gè)方面，考察成膜時(shí)的涂膜外觀和干燥時(shí)間，成膜后的耐水、耐酸堿、硬度、附著力，紫外老化性能以及光學(xué)性能，包括可見(jiàn)光透射比、可見(jiàn)光透射比保持率、遮蔽系數(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)按照不同氣候特征劃分氣候分區(qū)，并在光學(xué)性能方面增設(shè)了可以更好反應(yīng)隔熱效果的近紅外透過(guò)率以及實(shí)際涂刷中客戶(hù)均較在意的霧度指標(biāo)；在物理性能方面，根據(jù)實(shí)際操作中反饋的寒冷及炎熱地區(qū)的溫度差異較大，以及運(yùn)輸過(guò)程中的溫度變化等問(wèn)題，本標(biāo)準(zhǔn)新增了凍融穩(wěn)定性指標(biāo)；由于涂料涂刷于建筑玻璃外側(cè)，收集大量客戶(hù)反饋后增加了耐洗刷性指標(biāo)，并對(duì)耐紫外老化性提出了更高的要求，以符合大部分客戶(hù)的實(shí)際需求。

涂料行業(yè)涉及的有害物質(zhì)較為復(fù)雜，而《建筑玻璃用隔熱涂料》中規(guī)定的有害物質(zhì)限量要求為墻面涂料及外墻涂料，不適用于本產(chǎn)品。此外，近年來(lái)涂料行業(yè)對(duì)環(huán)境、健康和安全越來(lái)越重視，因此本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)水型及溶劑型做出了要求，詳見(jiàn)表2。

表2 有害物質(zhì)限量的限量值要求

四、應(yīng)用案例

建筑玻璃用稀土斷熱涂料經(jīng)市場(chǎng)推廣，全國(guó)各省市已有經(jīng)銷(xiāo)商200 余家，并逐步形成較多實(shí)際應(yīng)用案例。如：濟(jì)南西站、上海寶鋼、廣州太古匯、國(guó)家基因庫(kù)、南京稅務(wù)局、中衛(wèi)沙坡頭機(jī)場(chǎng)、蘇州希爾頓酒店、昆山市政務(wù)服務(wù)中心、常州市武進(jìn)區(qū)吾悅廣場(chǎng)等，通過(guò)應(yīng)用稀土斷熱涂料，均實(shí)現(xiàn)了可觀的節(jié)能效果。

據(jù)專(zhuān)家統(tǒng)計(jì)：每節(jié)約1 度電，就相應(yīng)節(jié)約了0.4千克標(biāo)準(zhǔn)煤，減少污染排放0.272 千克碳粉塵、0.997千克二氧化碳（CO2）、0.03 千克二氧化硫（SO2）、0.015 千克氮氧化物（NOX），即節(jié)約1 度電=減排0.997 千克二氧化碳。涂刷稀土斷熱涂料后，經(jīng)過(guò)建模計(jì)算，每年每平方米稀土斷熱涂層玻璃通過(guò)節(jié)約用電而減少的二氧化碳排放量約為18 千克，相當(dāng)于兩棵樹(shù)一年二氧化碳吸收量。

以常州市武進(jìn)區(qū)吾悅廣場(chǎng)項(xiàng)目為例，根據(jù)常州武進(jìn)區(qū)全年日照強(qiáng)度、日照時(shí)長(zhǎng)、室外氣溫等氣象數(shù)據(jù)以及涂刷前后玻璃隔熱性能的實(shí)地測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果，系統(tǒng)性地分析吾悅廣場(chǎng)在涂刷了稀土斷熱涂層后的節(jié)能性能，吾悅廣場(chǎng)4000 平方米穹頂玻璃涂刷稀土斷熱涂層后，每年可因隔熱額外節(jié)省電能75000 度，可減少碳排放近61 噸。

再以南京江寧謀獨(dú)棟別墅為例，該別墅的玻璃實(shí)際面積 397 平方米，分東西南北四個(gè)面。參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2015），以及《建筑門(mén)窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》（JGJ/T 151-2008）規(guī)定，對(duì)于夏季太陽(yáng)輻射能量透過(guò)玻璃的計(jì)算公式為：Q=SHGF * SC，其中：

（1）SHGF 為陽(yáng)光輻射系數(shù)，反映直射玻璃組件的陽(yáng)光強(qiáng)度,國(guó)標(biāo)規(guī)定夏季直射陽(yáng)光強(qiáng)度取平均值為 630w 每平方米每秒，正南、正西垂直面為315w 每平方米每秒。

（2）SC 為玻璃綜合遮陽(yáng)系數(shù)，未覆膜時(shí)高透型中空玻璃遮陽(yáng)系數(shù)為0.7，在納米處理后，根據(jù)國(guó)家光學(xué)玻璃質(zhì)檢中心出具的報(bào)告，取值為 0.25 * 0.7=00.175

按照每天日照時(shí)間 8 小時(shí)，空調(diào)制冷天數(shù) 150天，取得保守估計(jì)年度太陽(yáng)輻射能量阻隔為：315*（0.7～0.175）*8*150/1000=198.45（kW·h）,參考中央空調(diào)機(jī)組綜合能效比平均值 2.5，全年每平方米可節(jié)省空調(diào)耗電量約為 79.38 度。

項(xiàng)目南向玻璃為 143 平方米，143 * 79.38=11351.34 度；西向玻璃為68.87 平方米，西、南兩面為主要太陽(yáng)照射面，68.87 * 79.38=5466.9 度；東、北面均日照射按照 3 小時(shí)，同樣制冷計(jì)算為 150 天。垂直輻射為264w 每平方米每秒。264 *（0.7～0.175）* 3 * 150/1000=62.37（kW·h）,同理，全年每平方節(jié)電為 24.95 度。北、東兩面面積為 186.8 平方米，186.8 * 24.95=4660 度 。

總計(jì)：21478 度，參考電費(fèi) 1 元每度，全年可節(jié)省 21478 元。

隨著人們對(duì)居住要求的提高和建筑水平的進(jìn)步，各種玻璃在住宅中應(yīng)用的比例呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)。尤其是近年來(lái)，為了改善房間的外視景觀，許多住宅和公共建筑都采用近乎密閉的大玻璃窗等、落地玻璃門(mén)、陽(yáng)臺(tái)外飄窗，這就增大了玻璃的使用量。目前，我國(guó)公共建筑總面積大約為 45 億平方米，其中 99%都屬于高能建筑。據(jù)國(guó)家權(quán)威統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)估算，中國(guó)有過(guò) 150 億平方米的玻璃節(jié)能隔熱改造市場(chǎng)，需要維護(hù)的玻璃面積還將以 6%到 10%的速度遞增。

在未來(lái)幾年里，國(guó)家將全面普及推廣節(jié)能建材，這將構(gòu)成至少5000 億市場(chǎng)的利潤(rùn)空間。中國(guó)將全面推廣節(jié)能與綠色建筑工作，今后 5 年將新增節(jié)能建筑面積約 30 億平方米,平均每年新增節(jié)能玻璃約 1.2億平方米,國(guó)內(nèi)節(jié)能玻璃的市場(chǎng)規(guī)模有望擴(kuò)大 10 倍。

五、小結(jié)

T/CSRE 15001—2022 T/CNCIA 01022—2022《建筑玻璃用稀土斷熱涂料》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了建筑玻璃用稀土斷熱涂料產(chǎn)品的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則與標(biāo)識(shí)、包裝、運(yùn)輸和貯存和隨行文件，滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)及應(yīng)用企業(yè)的需求。該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后，能夠規(guī)范稀土斷熱涂料的質(zhì)量要求，不但為建筑玻璃用稀土斷熱涂料產(chǎn)品的指標(biāo)控制提供指導(dǎo)意義，而且還將為其他施涂于建筑玻璃表面的透明斷熱涂料提供最基本的技術(shù)依據(jù)；基于本標(biāo)準(zhǔn)的制定，將會(huì)對(duì)于不同建筑氣候分區(qū)建立不同的指標(biāo)，對(duì)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步將產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用；為各不同氣候地區(qū)的產(chǎn)品應(yīng)用提供指導(dǎo)意義。

當(dāng)前，競(jìng)逐碳中和已經(jīng)成為全世界發(fā)展的主旋律，碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的設(shè)立將加速推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色低碳轉(zhuǎn)型。2021 年10 月發(fā)布的《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》指出，要加強(qiáng)綠色低碳重大科技攻關(guān)和推廣應(yīng)用，期待《建筑玻璃用稀土斷熱涂料》標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施能夠推動(dòng)新型節(jié)能材料的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)做出一份貢獻(xiàn)。