纳米透明隔热涂料在建筑节能中的应用

纳米透明隔热涂料在建筑节能中的应用

洪 晓1 ,潘新华2
(⒈ 北京国邦技术发展中心,北京 100044;⒉ 美国天普大学物理系,费城 PA 19122 USA )

前言
随着新修订的《节约能源法》的贯彻实施,节约能源成为我国发展经济的一项长远战略方针。目前,我国建筑能耗占能源总消耗的1 / 3 左右,建筑单位面积采暖能耗是国际气候条件相近发达国家的2 ~3 倍。因此,建筑节能新技术的研究开发和新产品的推广应用,是推动建筑节能工作的有效途径。我们通过多年的研究开发,成功地将纳米透明隔热涂料应用于建筑玻璃上,有效阻隔太阳通过透明玻璃的红外热辐射,可让8 0 % 的可见光透过进入室内被物体所吸收,同时又能将9 0 % 以上的室内物体所辐射的长波保留在室内,达到“冬暧夏凉”的节能效果,为建筑节能开辟了一条新途径。

1. 纳米透明隔热涂料的应用机理
玻璃作为透明材料被广泛应用于建筑中,它不仅是良好的透明材料,也是一种良好的热导性材料。为保证玻璃的采光透明和赋予玻璃的相关热学功能,纳米透明隔热涂料在玻璃表面涂敷形成均匀的透明涂膜,涂膜中的纳米导电粒子含有一定浓度的电子空穴,而引起自由载流子的吸收,具体表现在太阳光谱中,波长在4 0 0 ~8 0 0 n m 的可见光区,涂膜透过率不受影响;波长在小于4 0 0 n m 的紫外线区,涂膜吸收率为90% 左右;波长在800~2500nm 的近红外区域,由于太阳入射光的频率高于涂膜中纳米导电粒子的振动频率,引起了其离子的高反射,对分布于红外波段占4 3 % 左右的太阳能量起反射阻隔作用。由此可见,纳米透明隔热涂料对太阳光谱具有选择性,从而表现出具有吸收紫外线,透过可见光,阻隔红外热辐射的综合性能。

2. 纳米透明隔热涂料的应用性能
纳米透明隔热涂料结合了尖端的纳米粒子技术和微层涂敷技术,应用于建筑物的玻璃表面,在不改变玻璃的透光性,能有效屏蔽红外热辐射和吸收紫外线,而且兼顾了整体性和美观性。只要在玻璃表面涂敷形成2 0 μ m 左右厚的透明整体涂膜,玻璃施工前后的温差达6 ~8 ℃,尤其是在日照最历害、隔热需求最强烈的中午前后表现更为出色,最大程度地降低了空调制冷电能消耗,节能达3 5 % 左右,隔热效果显著。为了实现玻璃通体的透明性,产品选用了透明高分子树脂为成膜物,采用比头发丝还细几百倍的纳米导电超细粒子作功能材料,让纳米导电超细粒子均匀分布于透明树脂涂漠中,最大限度保持玻璃门窗整体的优美外观,从室内朝外看施工后的玻璃呈现出淡淡的蓝色,晶莹剔透,即使在夜晚也能让人拥有清晰透明的视野。加之其9 0 % 的紫外线阻隔率,不仅为住户提供了一个安全的“阳光保护伞”,更为玻璃景观设计带来了更多灵感和创造空间。同时,纳米透明隔热涂料在保证可见光透过的同时,还能反射波长较长的室内暖气热辐射,有利于采暖效果和阻挡室内热能通过玻璃门窗传导外泄,减少冬季室内能量的损耗,以达到“冬暧夏凉”的节能效果。

3. 纳米透明隔热涂料的环境友好性
环境友好型产品是指在其寿命周期内通过采用先进的技术,能经济地满足用户功能和使用性能的要求,同时实现节省资源和能源,减少或消除环境污染,且对劳动者(生产者和使用者)具有良好保护的产品。随着人们环保意识的不断加强,人们选择使用环境友好型产品的意望越来越强烈,目前在全球的生产和消费领域已形成了一股绿色浪潮。纳米透明隔热涂料为满足产品功能的需求,采用高分子透明树脂分散体和纳米导电超细粒子为主要原材料,高分子透明树脂和纳米导电超细粒子以水为分散介质,在生产和使用过程中物理性能稳定,基本没有化学反应发生,无毒无害,没有“废渣”、“废液”、“废气”排放,生产过程清洁,原材料中不含对人体有害的成分,符合现代人对家居环保的要求,属环境友好型产品。

4. 纳米透明隔热涂料的经济性
目前对既有建筑中的玻璃节能改造的途径有二种选择。一是采用节能玻璃:比如利用由2 片或3 片玻璃与空气层组合而成的中空玻璃,这种中空玻璃保温性能较好,但隔热效果欠佳;又如在玻璃表面镀上一层金属、非金属及其氧化物薄膜的镀膜玻璃,其对太阳热具有一定的反射效果,但严重影响可见光的透明和带来“光污染”,无法得到广泛应用;低辐射(L O W – E )玻璃对可见光有较高的透射率,红外阻隔性也较好,但每平方米3 0 0 多元的价格普通住宅难以普及应用。另一种是在玻璃上贴膜,目前质量较好的贴膜均来自进口,如3 M 公司推出的一种极景建筑隔热防爆膜,但每平方米价格也要2 0 0 多元人民币,目前只有高档汽车玻璃上使用,而国内生产的贴膜质量良莠不齐,颜色过深的贴膜影响玻璃的透光性,颜色适中的贴膜对玻璃的隔热贡献又不大。纳米透明隔热涂料作为一种新型高科技产品,良好的隔热性可以减小空调负荷,改善室内的建筑热稳定性和热舒适度,在创造价值的同时也美化了环境,具有极佳的社会和环境效益。同时产品整体性强,使用寿命可达1 0 年,没有维护费用,每平方米的价格仅为十几元,具有经济、快捷、环保、优效等特点。

5. 纳米透明隔热涂料的应用前景
有关专家称,在整个建筑的能量损失中,约7 0 % 是在门窗上损失的,所以说致力于节能玻璃的开发与应用是现今建筑节能的重中之重。由于我国对建筑门窗的节能不够重视,导致目前4 0 0 m 2 的建筑中,9 5 % 以上用的是不节能玻璃,而且在每年新增加的2 0 亿m 2 的建筑规划中,也没有设计使用节能玻璃。新颁布的《节约能源法》提出的建筑节能目标是,到2010 年,全国新增建筑的1/3 达到节能50% 的目标;到2020年,全国新增建筑全部达到节能6 5 % 的目标。按2 0 1 0 年的目标计算,今后3 年将新增节能建筑面积约25 亿m 2,若要达到节能法所规定的要求,建筑节能所需的节能玻璃面积约4亿m 2,平均每年节能玻璃的平均需求量约1.3 亿m 2,这还不包括既有建筑玻璃的节能改造。由此可见,纳米透明隔热涂料的推广应用,是继中空玻璃、L O W – E 玻璃为代表的节能玻璃之后成为未来几年行业中最“耀眼”的亮点。

6. 结语
随着科学技术和社会经济的快速发展,能源和环境成为全社会日益瞩目的两大问题,从而为节能和环保提出了更高要求。建筑物的门窗玻璃、顶棚玻璃、汽车玻璃、船舶玻璃等透明载体除了要求有较高的可见光透过外,还需要对太阳热辐射能够有效地阻隔,以降低内部空间的温度。由于普通玻璃对太阳光的透过不具有选择性,在充足可见光透过的同时,太阳光谱中的红外热也会随之传递。因此,利用纳米透明隔热涂料对不同频谱的太阳光透过具有选择性,有效地解决了一直困扰建筑玻璃既保证透明又隔热节能的技术难题。纳米透明隔热涂料在普通玻璃、有机玻璃等透明载体表面的开发应用,不但经济实用,而且节能环保。纳米透明隔热涂料可采用专业工具刷涂或淋涂施工,涂层薄,无接缝,施工简便。涂料与玻璃基材粘接力好,涂膜硬度高,无空鼓,韧性好,使用寿命长,具有较高的节能经济效益,极具市场开发潜力。

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