透明隔熱涂料在節(jié)能玻璃中的應(yīng)用

透明隔熱涂料在玻璃表面涂敷形成均勻的透明涂膜，涂膜中的納米導(dǎo)電粒子含有一定濃度的電子空穴，而引起自由載流子的吸收，具體表現(xiàn)在太陽光譜中，波長在400～800nm的可見光區(qū)，涂膜透過率不受影響；波長在小于400nm的紫外線區(qū)，涂膜吸收率為90%左右；波長在800～2500nm的近紅外區(qū)域， 由于太陽入射光的頻率高于涂膜中納米導(dǎo)電粒子的振動頻率，引起了其離子的高反射，對分布于紅外波段占43%左右的太陽能量起反射阻隔作用。由此可見，納米透明隔熱涂料對太陽光譜具有選擇性，從而表現(xiàn)出具有吸收紫外線，透過可見光，阻隔紅外熱輻射的綜合性能。

納米透明隔熱涂料結(jié)合了尖端的納米粒子技術(shù)和微層涂敷技術(shù)，應(yīng)用于建筑物的玻璃表面，在不改變玻璃的透光性的情況下，能有效屏蔽紅外熱輻射和吸收紫外線，而且兼顧了整體性和美觀性。只要在玻璃表面涂敷形成微米厚的透明整體涂膜，玻璃施工前后的溫差達(dá)3～9℃，尤其是在日照強(qiáng)度較高、隔熱需求最強(qiáng)烈的中午前后表現(xiàn)更為出色，極大程度地降低了空調(diào)制冷電能消耗，節(jié)能達(dá)35％左右，隔熱效果顯著。為了實(shí)現(xiàn)玻璃通體的透明性，產(chǎn)品選用了透明高分子樹脂為成膜物，采用比頭發(fā)絲還細(xì)幾百倍的納米導(dǎo)電超細(xì)粒子作為功能材料，讓納米導(dǎo)電超細(xì)粒子均勻分布于透明樹脂涂漠中，最大限度保持玻璃門窗整體的優(yōu)美外觀，從室內(nèi)朝外看施工后的玻璃呈現(xiàn)出淡淡的藍(lán)色，晶瑩剔透，即使在夜晚也能讓人擁有清晰透明的視野。加之其較高的紫外線阻隔率，不僅為住戶提供了一個安全的“陽光保護(hù)傘”，更為玻璃景觀設(shè)計帶來了更多靈感和創(chuàng)造空問。同時，納米透明隔熱涂料在保證可見光透過的同時，還能有效反射波長較長的室內(nèi)暖氣熱輻射，有利于采暖效果和阻擋室內(nèi)熱能通過玻璃門窗傳導(dǎo)外泄，減少冬季室內(nèi)能量的損耗，以達(dá)到“冬曖夏涼”的節(jié)能效果。

節(jié)能玻璃，分為涂層型節(jié)能玻璃、結(jié)構(gòu)型節(jié)能玻璃及吸熱玻璃。結(jié)構(gòu)型節(jié)能玻璃又分為中空玻璃、真空玻璃多層玻璃。而涂層型節(jié)能玻璃又分為熱反射玻璃，低輻射玻璃；透明隔熱涂料應(yīng)用在建筑玻璃表面成為節(jié)能涂膜玻璃。

熱反射玻璃的優(yōu)點(diǎn)是，可見光及部分波長為0.3-2.5um的近紅外光能透射，但3-12um的遠(yuǎn)紅外不能通過也就是說允許足夠的太陽光射入室內(nèi)，還能把大部分太陽光反射掉，減少室內(nèi)熱量的積累，降低通風(fēng)及空調(diào)的費(fèi)用，其缺點(diǎn)是熱反射玻璃帶來了一定程度的光污染問題。熱反射玻璃的色調(diào)取決于通過玻璃的可見光與反射可見光的光譜合成，既和平板玻璃的種類有關(guān)，也和膜的構(gòu)成有關(guān)。由于熱反射玻璃對表面平整度有極高的要求，所以只能采用優(yōu)質(zhì)浮法玻璃，而且只能在其非錫面才能鍍出優(yōu)質(zhì)的反射玻璃。

低輻射玻璃是在平板玻璃表面鍍覆特殊的高可見光透過率金屬氧化物薄膜，使照射到玻璃上的遠(yuǎn)紅外光（4.5-25um）被膜層反射，從而降低了玻璃的熱輻射通過量。目前較成熟的低輻射玻璃的生產(chǎn)方法主要有在線高溫?zé)峤獬练e法和離線真空磁控濺射法。磁控濺射法屬于物理氣相沉積法（PVD），自動化程度高，其膜層易控制，但該工藝設(shè)備投資大，生產(chǎn)周期長，因?yàn)橐籽趸�，要做成中空玻璃�?yīng)用，且不能進(jìn)行熱彎鋼化處理，目前，用磁控濺射法生產(chǎn)低輻射鍍膜玻璃的主要廠家有德國萊寶，美國BOC等公司。

涂膜玻璃，國外在這方面的研究較早，日本、韓國，特別是日本在透明隔熱涂料方面已經(jīng)申請了較多專利。國內(nèi)近幾年也在進(jìn)行透明隔熱涂料的研制，南京工業(yè)大學(xué)、上海、廣州等地一些企業(yè)已有透明隔熱涂料出售。用透明隔熱涂料制成的涂膜玻璃生產(chǎn)工藝較為簡單，不需要昂貴的設(shè)備投資，而且施工工藝也比貼膜簡單，但目前同行業(yè)企業(yè)由于受到材料性質(zhì)和生產(chǎn)工藝的限制， 規(guī)模化生產(chǎn)的比較少。

節(jié)能玻璃透射曲線圖

節(jié)能涂膜玻璃通過阻隔不同波長范圍的熱能量，達(dá)到最終的隔熱效果。

如果涂膜層是顏色深，而不含其它隔熱層，則能阻擋可見光波段的部分熱量。但膜層的透明性就很差，影響視覺效果和采光要求。而含有多種納米金屬氧化物的涂料成膜后，能隔熱絕大部分的紅外光線透過，尤其是熱量集中的近紅外部分，同時對可見光線允許透過，不影響涂層的透明性，不僅隔熱效果好，而且透光率高。

透明隔熱玻璃涂料的特點(diǎn)是在保證高透光性的前提下，可以阻擋太陽光中的大部分紅外光進(jìn)入室內(nèi)，從而在炎熱天氣，可以大大減少太陽光熱量進(jìn)入室內(nèi)。一般使用該涂料后，與未涂隔熱涂料的建筑空間比相差8~13˚C。
1、透光隔熱原理

節(jié)能涂膜玻璃的主要功能是節(jié)能，其節(jié)能性究竟如何？根據(jù)建筑節(jié)能行業(yè)的慣常概算方法進(jìn)行計算分析。

透過窗玻璃組件傳遞熱能有兩條途徑：對流傳導(dǎo)，輻射直接透過。

對流傳導(dǎo)所傳遞的熱能為Q1，這其中還包括玻璃吸收個波段的輻射后再放出的熱量。太陽能直接輻射透過的熱能為Q2，這部分熱能僅指可見光、近紅外輻射直接透過的熱量。所傳遞的總熱能Q為兩者傳熱之和，可由下式表示：

Q  = U值×(T內(nèi)-T外)  +  太陽輻射系數(shù)×Sc

 Q1對流傳導(dǎo)部分    Q2太陽直接輻射部分

式中U值可看做是玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/m2℃。在相同的室內(nèi)、外溫差下，玻璃的U值越低則通過對流傳導(dǎo)傳遞的熱能越少。

Sc是玻璃的遮陽系數(shù)，地面太陽輻射系數(shù)為630w/m2。Sc高則進(jìn)入室內(nèi)的太陽能多，反之則少。在北方地區(qū)宜選用這樣系數(shù)Sc略高的窗玻璃，而在南方地區(qū)則應(yīng)選用Sc低的窗玻璃�？刂撇Ａ�Sc的有效方法是：在玻璃表面上鍍膜，或在制造玻璃的過程中加入色劑形成著色玻璃。

下圖是節(jié)能涂膜玻璃和普通玻璃表面的電鏡圖對比。

節(jié)能涂膜玻璃微觀表面（致密平滑）

      電鏡放大500倍                         電鏡放大10,000倍

    為了綜合評價節(jié)能涂膜玻璃產(chǎn)品的性價比，研究人員采購了大量的同類產(chǎn)品，進(jìn)行了全方位的比較。

    下表是研究人員從南方某大型Low-E玻璃廠拿到的一款型號為SG-500型在線Low-E玻璃樣及其檢測報告，以及國內(nèi)某知名企業(yè)生產(chǎn)的鍍膜玻璃樣品，綜合比較的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示，Low-E玻璃數(shù)據(jù)來自其檢測報告，普通鍍膜玻璃數(shù)據(jù)為實(shí)測數(shù)值，節(jié)能涂膜玻璃的數(shù)據(jù)為國家玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測的數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品性能對比表

下圖是根據(jù)以上參數(shù)，假定在夏季室外35℃，冬季室外-5℃，室內(nèi)維持20℃時，各玻璃的隔熱性能對比圖。

隔熱性能對比圖

從上圖可以看出，節(jié)能涂膜玻璃的節(jié)能效果良好，相對于普通中空玻璃，夏季節(jié)能35.91%，冬季節(jié)能70.26%，節(jié)能涂膜玻璃相對于Low-E中空夏季節(jié)能22.28%，冬季節(jié)能15.44%。

因此，節(jié)能涂膜玻璃不但具有良好性能，同時在價格方面也具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。
     產(chǎn)品應(yīng)用案例分析

節(jié)能涂膜玻璃的應(yīng)用，核心是能源的節(jié)約，對用戶來講，是對建筑能耗成本的節(jié)約。以南京某建筑為例，對應(yīng)用節(jié)能涂膜玻璃前后的成本進(jìn)行分析。

南京市宣武區(qū)某地產(chǎn)項(xiàng)目B區(qū)商務(wù)辦公樓，剪力墻結(jié)構(gòu)，地上33層，地下1層，建筑面積為14000m2，建筑總高度103.7m。該項(xiàng)目建成與2008年并投入使用。其中，門窗幕墻面積2900 m2，原玻璃采用6+12A+6普通中空玻璃。

根據(jù)中國氣象網(wǎng)公布的南京市氣溫資料現(xiàn)實(shí)，夏季平均高溫31℃，夏季平均低溫23℃，冬季平均高溫8.6℃，冬季平均低溫0.3℃，假如，要維持室內(nèi)溫度為20℃。

根據(jù)建筑能耗的損失可以計算得到如下數(shù)據(jù)：

假設(shè)，我們對該建筑進(jìn)行節(jié)能改造，采用節(jié)能涂膜玻璃鍍膜，每平米按65元計算，業(yè)主方需要支付相關(guān)費(fèi)用18850元。

在南京經(jīng)過一個夏季后，所節(jié)約的成本完全可以抵消其投入。在假定穩(wěn)定氣溫的情況下，收回成本的時間為51.8天。

透明隔熱涂料近年來發(fā)展很快，節(jié)能涂膜玻璃由于具有良好的節(jié)能效果和優(yōu)異的性價比必將在未來的建筑節(jié)能領(lǐng)域具有光明的發(fā)展前景。