工程熱物理所隨機光子超材料輻射調控薄膜方面取得進展

　　【儀表網 儀表研發】在世界能源消耗中，建筑物能源消耗始終占有很大的比重。減少建筑能耗一直是能源領域的研究熱點問題。通過對太陽光和室溫物體熱輻射的有效調控是改善建筑物能耗的有效途徑。節能玻璃的使用可以有效地減少門窗熱量損失，其中Low-E玻璃已成為目前市場上發展快、應用廣、市場前景好的建筑節能產品。
 

 

　　保溫性
 

　　玻璃的保溫性(K值)要達到與當地墻體相匹配的水平。對于我國大部分地區,按現行規定,建筑物墻體的K值應小于1。因此，玻璃窗的K值也要小于1才能“堵住”建筑物“開口部”的能耗漏洞。在窗戶的節能上,玻璃的K值起主要作用。
 

　　隔熱性
 

　　而對于玻璃的隔熱性(遮陽系數)要與建筑物所在地陽光輻照特點相適應。不同用途的建筑物對玻璃隔熱的要求是不同的。對于人們居住和工作的住宅及公共建筑物,理想的玻璃應該使可見光大部分透過，如在北京，冬天紅外線多透入室內,而夏天則少透入室內,這樣就可以達到節能的目的。
 

　　近日，中國科學院工程熱物理研究所研究員張航團隊基于表面等離激元增透效應和米氏散射原理協同作用，研究出一種針對太陽輻射和室溫輻射頻譜的輻射調控技術。基于該技術，通過特殊的金屬納米填料在高分子基體中的高效分散制成的輻射調控薄膜對可見光表現出極強的透射率，但對室溫物體所發射的紅外輻射表現出類似于金屬薄膜的強反射。
 

　　由于兩種選擇性透射機制同時起作用，在達到同樣的室溫紅外反射率的同時，可見光的透射率明顯高于基于PVD和CVD的連續金屬基膜層來實現選擇性的Low-E玻璃，從而實現了更高的太陽能熱利用效率。
 

　　溫室模擬實驗表現出鍍有輻射調控薄膜的玻璃屋比未鍍輻射調控薄膜的玻璃屋溫度提高大約8℃，可節約取暖能源的消耗，具有大規模應用前景。與現有的Low-E產品相比，該輻射調控薄膜具有高透光性(>85%)、低霧度(僅3.6%)及抗紫外性能，其性能強、制備工藝簡單、成本低、使用方便。
 

　　節能玻璃的種類
 

　　吸熱玻璃
 

　　吸熱玻璃是一種能夠吸收太陽能的平板玻璃，它是利用玻璃中的金屬離子對太陽能進行選擇性的吸收，同時呈現出不同的顏色。有些夾層玻璃膠片中也摻有特殊的金屬離子，用這種膠片可以生產出吸熱的夾層玻璃。吸熱玻璃一般可減少進入室內的太陽熱能的20%～30%，降低了空調負荷。吸熱玻璃的特點是遮蔽系數比較低，太陽能總透射比、太陽光直接透射比和太陽光直接反射比都較低，見光透射比、玻璃的顏色可以根據玻璃中的金屬離子的成分和濃度變化。可見光反射比、傳熱系數、輻射率則與普通玻璃差別不大。
 

　　熱反射玻璃
 

　　熱反射玻璃是對太陽能有反射作用的鍍膜玻璃，其反射率可達20%～40%，甚至更高。它的表面鍍有金屬、非金屬及其氧化物等各種薄膜，這些膜層可以對太陽能產生一定的反射效果，從而達到阻擋太陽能進入室內的目的。在低緯度的炎熱地區，夏季可節省室內空調的能源消耗，它同時具有較好的遺光性能，使室內光線柔和舒適另外，這種反射層的鏡面效果和色調對建筑物的外觀裝飾效果都較好。熱反射玻璃的遮蔽系數、太陽能總透射比、太陽光直接透射比和可見光透射比都較低。太陽光直接反射比、可見光反射比較高，而傳熱系數、輻射率則與普通玻璃差別不大。
 

　　低輻射玻璃
 

　　低輻射玻璃又稱為Low-E玻璃，是一種對波長在4.5～25um范圍的遠紅外線有較高反射比的鍍膜玻璃，它具有較低的輻射率。在冬季，它可以反射室內暖氣輻射的紅外熱能，輻射率一般小于0.25，將熱能保護在室內。在夏季馬路、水泥地面和建筑物的墻面在太陽的暴曬下，吸收了大量的熱量并以遠紅外線的形式向四周輻射。低輻射玻璃的遮蔽系數、太陽能總透射比太陽光直接透射比、太陽光直接反射比、可見光透射比和可見光反射比等都與普通玻璃差別不大，其輻射率傳熱系數比較低。
 

　　中空玻璃
 

　　中空玻璃是將兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并對周邊粘接密封，使玻璃層之間形成有干燥氣體的空腔，其內部形成了一定厚度的被限制了流動的氣體層。由于這些氣體的導熱系數大大小于玻璃材料的導熱系數，因此具有較好的隔熱能力。中空玻璃的特點是傳熱系數較低，與普通玻璃相比，其傳熱系數至少可降低40%，是實用的隔熱玻璃。我們可以將多種節能玻璃組合在一起，產生良好的節能效果。
 

　　真空玻璃
 

　　真空玻璃的結構類似于中空玻璃，所不同的是真空玻璃空腔內的氣體非常稀薄，近乎真空其隔熱原理就是利用真空構造隔絕了熱傳導，傳熱系數很低。根據有關資料數據，同種材料真空玻璃的傳熱系數至少比中空玻璃低15%。 6.普通玻璃。普通玻璃可以通過貼膜產生吸熱、熱反射或低輻射等效果。由于節能的原理相似，貼膜玻璃的節能效果與同功能的鍍膜玻璃類似。
 
資料來源：百科、工程熱物理研究所