工程热物理所随机光子超材料辐射调控薄膜方面取得进展
- 2020/4/27 10:53:54 25986
- 来源：工程热物理研究所
【仪表网 仪表研发】在世界能源消耗中，建筑物能源消耗始终占有很大的比重。减少建筑能耗一直是能源领域的研究热点问题。通过对太阳光和室温物体热辐射的有效调控是改善建筑物能耗的有效途径。节能玻璃的使用可以有效地减少门窗热量损失，其中Low-E玻璃已成为目前市场上发展快、应用广、市场前景好的建筑节能产品。
节能玻璃要具备两个节能特性：保温性和隔热性。
保温性
玻璃的保温性(K值)要达到与当地墙体相匹配的水平。对于我国大部分地区,按现行规定,建筑物墙体的K值应小于1。因此，玻璃窗的K值也要小于1才能“堵住”建筑物“开口部”的能耗漏洞。在窗户的节能上,玻璃的K值起主要作用。
隔热性
而对于玻璃的隔热性(遮阳系数)要与建筑物所在地阳光辐照特点相适应。不同用途的建筑物对玻璃隔热的要求是不同的。对于人们居住和工作的住宅及公共建筑物,理想的玻璃应该使可见光大部分透过，如在北京，冬天红外线多透入室内,而夏天则少透入室内,这样就可以达到节能的目的。
近日，中国科学院工程热物理研究所研究员张航团队基于表面等离激元增透效应和米氏散射原理协同作用，研究出一种针对太阳辐射和室温辐射频谱的辐射调控技术。基于该技术，通过特殊的金属纳米填料在高分子基体中的高效分散制成的辐射调控薄膜对可见光表现出极强的透射率，但对室温物体所发射的红外辐射表现出类似于金属薄膜的强反射。
由于两种选择性透射机制同时起作用，在达到同样的室温红外反射率的同时，可见光的透射率明显高于基于PVD和CVD的连续金属基膜层来实现选择性的Low-E玻璃，从而实现了更高的太阳能热利用效率。
温室模拟实验表现出镀有辐射调控薄膜的玻璃屋比未镀辐射调控薄膜的玻璃屋温度提高大约8℃，可节约取暖能源的消耗，具有大规模应用前景。与现有的Low-E产品相比，该辐射调控薄膜具有高透光性(>85%)、低雾度(仅3.6%)及抗紫外性能，其性能强、制备工艺简单、成本低、使用方便。
节能玻璃的种类
吸热玻璃
吸热玻璃是一种能够吸收太阳能的平板玻璃，它是利用玻璃中的金属离子对太阳能进行选择性的吸收，同时呈现出不同的颜色。有些夹层玻璃胶片中也掺有特殊的金属离子，用这种胶片可以生产出吸热的夹层玻璃。吸热玻璃一般可减少进入室内的太阳热能的20%～30%，降低了空调负荷。吸热玻璃的特点是遮蔽系数比较低，太阳能总透射比、太阳光直接透射比和太阳光直接反射比都较低，见光透射比、玻璃的颜色可以根据玻璃中的金属离子的成分和浓度变化。可见光反射比、传热系数、辐射率则与普通玻璃差别不大。
热反射玻璃
热反射玻璃是对太阳能有反射作用的镀膜玻璃，其反射率可达20%～40%，甚至更高。它的表面镀有金属、非金属及其氧化物等各种薄膜，这些膜层可以对太阳能产生一定的反射效果，从而达到阻挡太阳能进入室内的目的。在低纬度的炎热地区，夏季可节省室内空调的能源消耗，它同时具有较好的遗光性能，使室内光线柔和舒适另外，这种反射层的镜面效果和色调对建筑物的外观装饰效果都较好。热反射玻璃的遮蔽系数、太阳能总透射比、太阳光直接透射比和可见光透射比都较低。太阳光直接反射比、可见光反射比较高，而传热系数、辐射率则与普通玻璃差别不大。
低辐射玻璃
低辐射玻璃又称为Low-E玻璃，是一种对波长在4.5～25um范围的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃，它具有较低的辐射率。在冬季，它可以反射室内暖气辐射的红外热能，辐射率一般小于0.25，将热能保护在室内。在夏季马路、水泥地面和建筑物的墙面在太阳的暴晒下，吸收了大量的热量并以远红外线的形式向四周辐射。低辐射玻璃的遮蔽系数、太阳能总透射比太阳光直接透射比、太阳光直接反射比、可见光透射比和可见光反射比等都与普通玻璃差别不大，其辐射率传热系数比较低。
中空玻璃
中空玻璃是将两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并对周边粘接密封，使玻璃层之间形成有干燥气体的空腔，其内部形成了一定厚度的被限制了流动的气体层。由于这些气体的导热系数大大小于玻璃材料的导热系数，因此具有较好的隔热能力。中空玻璃的特点是传热系数较低，与普通玻璃相比，其传热系数至少可降低40%，是实用的隔热玻璃。我们可以将多种节能玻璃组合在一起，产生良好的节能效果。
真空玻璃
真空玻璃的结构类似于中空玻璃，所不同的是真空玻璃空腔内的气体非常稀薄，近乎真空其隔热原理就是利用真空构造隔绝了热传导，传热系数很低。根据有关资料数据，同种材料真空玻璃的传热系数至少比中空玻璃低15%。 6.普通玻璃。普通玻璃可以通过贴膜产生吸热、热反射或低辐射等效果。由于节能的原理相似，贴膜玻璃的节能效果与同功能的镀膜玻璃类似。
资料来源：百科、工程热物理研究所
资料来源：百科、工程热物理研究所
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