Protektor kerámiafesték hővisszaverése
A legtöbb országban az építőipar energiafelhasználása a teljes energiafogyasztás körülbelül egyharmadát teszi ki. A fejlődő országokban a lakóépületek építése a villamosenergia-fogyasztás több mint felét jelenti. A gazdasági növekedés várhatóan növeli a lakossági villamosenergia-keresletet, például az elektromos világítás, a légkondicionálás és az egyéb berendezések számára.
A lakossági hűtés energiafogyasztása egyre növekvő tendenciát mutat világszerte, és elsősorban a forró éghajlati viszonyokkal jellemezhető országokat érinti.
A légkondicionálás kiterjedt használata gazdasági szempontból fontos tényező. A hűtés iránti növekvő villamosenergia-kereslet növeli a villamosenergia-fogyasztási csúcsterhelést, amely több fosszilis tüzelőanyag elégetéséhez vezet, növelve az energiaköltségeket és a szennyezettség szintjét. Ezenkívül komoly aggodalomra adnak okot a légkondicionáló berendezések használatával kapcsolatos beltéri levegőminőség problémák.
Légkondicionálás csökkentése
A légkondicionálás iránti kereslet csökkentése érdekében a hővisszaverő bevonatok az utóbbi években nagy érdeklődésre tettek szert. A hővisszaverő bevonatokat nagy hővisszaverő képesség (SR-solarreflectance) és a termikus infravörös tartományban magas kibocsátási értékek jellemzik. Ezek a bevonatok lehetnek tetőfedő bevonatok és fal homlokzati festékek.
A Protektor festék nagy szilárdságú, kis sűrűségű adalékanyagok, amelyek vízálló és kémiailag stabil mész-szóda-boroszilikát üvegből készülnek. Különböző alkalmazásokban használják őket, beleértve az autóipart, a hajózási ipart, az olaj- és a gázipart, valamint az építőipart.
Üreges alakjuk miatt már évek óta Protektor kerámiafestéket használnak a festékiparban a hőszigetelés biztosításához. Ezeket a festékeket magas páratartalmú helyiségekben, pl. konyhákban és fürdőszobákban a páralecsapódást megakadályozó festékként értékesítik. A páralecsapódással szembeni ellenállás a festéknek a hagyományos festékekhez képest magasabb felületi hőmérsékletének köszönhető. A napfény visszaverődését a látható és az infravörös sugárzás szórásával érik el.
A tenger szintjén a napsugárzás spektrális energiaeloszlása az alábbi ábrán látható:
Ezt az energiát általában három tartományra osztják:
- Az ultraibolya tartomány, 200-400 nm között, a napfény energiájának 5%-át teszi ki.
- A látható spektrum vagy látható fény, 400-700 nm között, a napfény energiájának 46%-át teszi ki.
- A közeli infravörös tartomány, 700-2500 nm között, a napfény energiájának 49%-át teszi ki.
Normál előfordulási gyakoriság esetén a teljes napsugárzás kb. 1,3 kW/m².
A pigment általi sugárzás szórás a pigment törésmutatója és annak a gyantának a törésmutatója közötti különbség függvénye, amelyben a pigmentet diszpergálták. Minél nagyobb a különbség, annál jobb visszaverődés. A közönséges szerves gyanták törésmutatói 1,45 és 1,60 közé esnek. A kereskedelemben kapható pigmentek törésmutatói 1,4 és 2,8 között változnak.
A rutil titán-dioxid (TiO2), a látható fény visszaverésében a leghatékonyabb fehér pigment magasabb törésmutatójának (2,8), valamint annak köszönhetően, hogy a részecskemérete éppen a látható tartomány átlagos hullámhosszának fele.
Az üreges szerkezetük miatt a Protektor kerámiafestéknek alacsony a törésmutatója, közel az 1,0-hez, amely sokkal alacsonyabb, mint a közönséges gyanták törésmutatója, így számítani lehet a látható spektrum és a közeli infravörös tartomány szórási hatékonyságra.
A Protektor kerámiafesték a napfény visszaverésére vonatkozó hatásának számszerűsítésére kísérleteket terveztek:
6 festéket állítanak elő, amelyeknek a Pigment mennyiség koncentrációja (Pigment VolumeConcentration) megegyező mértékben 65%. A TiO2 értékét 15%-ra állítják be, a fennmaradó 50% kalcium-karbonát vagy S22 minőségű 3M Üveg mikrogömb (3M GlassMicrospheres) a következő táblázat szerint:
| Festék # | CaCO3 | S22 |
|---|---|---|
| 1 | 50 | 0 |
| 2 | 40 | 10 |
| 3 | 30 | 20 |
| 4 | 20 | 30 |
| 5 | 10 | 40 |
| 6 | 0 | 50 |
A bevonat teljes napfény-visszaverését UV-Vis-NIR spektrofotométerrel és egy integrálógömbbel mérjük, az ASTM E903-96 előírásai szerint.
Vizsgálati berendezés:
CARY 500 Spektrofotométer + Labsphereintegrálógömb
Vizsgálati eredmények:
Vizsgálati eredmények
A napfény visszaverésének mértékét az ASTM E903-96 módszerével és az ASTM G173-03 napsugárzásra vonatkozó referencia táblázatával számítjuk:
| A minta | Teljes visszaverődés | UV | Látható | KözeliIR (infravörös) |
|---|---|---|---|---|
| 0% Protektor kerámiafesték S22 | 78,4 | 82,6 | 87,9 | 69,0 |
| 50% Protektor kermáiafesték S22 | 82,9 | 86,4 | 90,4 | 75,4 |
A napfény visszaverésének javulása a közeli infravörös tartományban domináns, ami a teljes napenergia közel 50%-át teszi ki. A napból származó hőt visszaverő tetőfesték épületek belső hőmérsékletére gyakorolt hatásának értékelésére további házon belüli vizsgálatot fejlesztettek ki. Két kis házat építettek, a tetőket normál festékkel (jobb oldalon) és a napból származó hőt visszaverő festékkel (a bal oldalán) festették le.
A tetőket lámpafénynek tették ki az alábbiak szerint:
A tetőket lámpafénynek tették ki
Hőelemeket helyeztek el a házakban. A hőmérsékleteket egy bizonyos időtartam alatt rögzítették. Állandó állapotban a napból származó hőt visszaverő festékkel lefestett házban átlagosan 5-6°C-kal alacsonyabb hőmérsékletet mérhető.
Javasolt festék indítóanyagok:
| Nyersanyag | Sűrűség (g/cm3) | Súly | Súly % | Térfogat % | Térfogat % | Száraz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Víz | 1,00 | 47,64 | 22,18 | 23,82 | 0,00 | |
| Nedvesítő és diszpergáló szer | 1,16 | 0,87 | 0,40 | 0,37 | 0,23 | |
| TiO2 | 4,10 | 61,50 | 28,62 | 7,50 | 15,00 | |
| Akrilgyanta diszperzió | 1,09 | 81,88 | 38,11 | 37,56 | 31,72 | |
| Protektor kerámiafesték S22 | 0,22 | 11,00 | 5,12 | 25,00 | 50,00 | |
| Sűrítő anyag 1 | 1,05 | 2,21 | 1,03 | 1,05 | 1,00 | |
| Sűrítő anyag 2 | 1,04 | 9,45 | 4,40 | 4,55 | 2,00 | |
| Habzásgátló | 1,00 | 0,29 | 0,14 | 0,15 | 0,05 | |
| Összesen | 1,07 | 214,85 | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
Abban az esetben, ha a festéket nagynyomású, levegő nélküli szórással alkalmazzák, nagyobb nyomásállóságú Protektor kerámiafestékre van szükség, mint például az S38-ra, a levegőmentes szórási körülmények melletti fennmaradásához:
| Nyersanyag | Sűrűség (g/cm3) | Súly | Súly % | Térfogat % | Térfogat % | Száraz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Víz | 1,00 | 47,64 | 21,38 | 23,82 | 0,00 | |
| Nedvesítő és diszpergáló szer | 1,16 | 0,87 | 0,39 | 0,37 | 0,23 | |
| TiO2 | 4,10 | 61,50 | 27,60 | 7,50 | 15,00 | |
| Akrilgyanta diszperzió | 1,09 | 81,88 | 36,74 | 37,56 | 31,72 | |
| Protektor kerámiafesték S38 | 0,38 | 19,00 | 8,53 | 25,00 | 50,00 | |
| Sűrítő anyag 1 | 1,05 | 2,21 | 0,99 | 1,05 | 1,00 | |
| Sűrítő anyag 2 | 1,04 | 9,45 | 4,24 | 4,55 | 2,00 | |
| Habzásgátló | 1,00 | 0,29 | 0,13 | 0,15 | 0,05 | |
| Összesen | 1,07 | 222,85 | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
Következtetések:
- A napfény visszaverési tulajdonságok mellett a Protektor kerámiafesték hozzájárul a bevonatok hővezető képességének csökkentéséhez üreges szerkezetük és az abban fellépő részleges vákuum miatt.
- A napból származó hőt visszaverő bevonatok használata a Protektor kerámiafesték alkalmazásával olyan olcsó megoldás, amely hozzájárulhat a hűtési terhelés csökkentéséhez a légkondicionált épületekben, így energiát takarít meg.
- A nem légkondicionált lakóépületekben a beltéri termikus kényelem feltételeinek javítása a maximális hőmérsékletek csökkentésével érhető el.
- Ezenkívül ugyanezt a technológiát át lehet ültetni olyan nem lakossági alkalmazásokra is, mint például a hűtő tároló teherautók és raktárak, olaj- és gáztartályok, kriogén tartályok és tartálykocsik, ahol szükség van a belső hűvösséget megtartására.