CN100503766C - 碱土金属硫酸盐作为夜间降温材料的应用 - Google Patents
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Abstract
碱土金属硫酸盐作为夜间降温材料的应用，涉及一种碱土金属硫酸盐的新用途：先将碱土金属硫酸盐研磨成60目粉体，然后按碱土金属硫酸盐∶丙烯酸或有机硅粘结剂＝1∶(0.05-0.10)质量比量取后混合搅拌均匀，制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的基材试片上，置于室内环境中晾干，用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其发向发射率为0.92-0.95，吸收率为0.35-0.41；采用辐射致冷实验装置测得其辐射致冷效果为8-12℃；涂覆于炎热地区的建筑物表面，形成固体后，其对房屋内部夜间降温效果在4-6℃。本发明材料来源广泛，天然矿物或碱土金属氧化物与硫酸的反应产物均可、加工制作和使用简单对环境无毒无害，具有辐射致冷和反射降温双重作用，使炎热地区不消耗能源就降温5-12℃。具有很大的经济和社会价值。
Description
技术领域
碱土金属硫酸盐作为夜间降温材料的应用，涉及一种碱土金属硫酸盐的新用途，属于材料科学与能源工程科学技术领域。
背景技术
建筑物的冬暖夏凉是人类追求的梦想，但实际上往往是冬冷夏热，因为一方面在于太阳对同一地点入射角在冬、夏发生了较大变化，另一方面在于建筑材料的太阳吸收率和热发射率不能随季节变化而产生变化。为了营造建筑物内的舒适环境，人们只能以采暖制冷达到目的。如此就大量消耗了宝贵的矿物能源，且污染环境，还加剧了温室效应。据统计，美国建筑能耗已占全美总能耗的38％，我国建筑能耗占全国总能耗也已上升到27.8％，能源和环境保护形势逼人。
为节约能源，人们采取了多种方式对建筑物进行保温隔热处理，但只能起到节省很小部分能源的作用。要建筑物成为冬暖夏凉的空间，一直是人们的一种追求，但至今并没有实现。众所周知，太阳能是一种永久性、洁净能源，充分利用太阳能对建筑节能具有重大意义。
对于地球上的炎热地区来说，建筑物需要解决减少太阳热吸收和提高自身热发射的问题(当然，相反对于寒冷地区，建筑物需要解决加强太阳热吸收和降低自身热发射的问题)。由此可知，针对炎热地区研究出一种能大量反射太阳辐射(即低太阳吸收率)，大量发射自身热量(即高热发射率)的材料，即低吸收/发射比的材料，是满足营造建筑物热舒适环境的需要的关键。
业内人士都知道，碱土金属硫酸盐，如硫酸铍用于电镀，硫酸镁通常用于农业肥料，硫酸钙用于建筑粉刷，硫酸锶用于烟火，硫酸钡用于医药，硫酸镭用于荧光剂。他们均用于辐射致冷以外的领域。
发明内容
本发明的目的在于公开一种碱土金属硫酸盐的新用途，具体是将具有低吸收/发射比的碱土金属硫酸盐材料作为建筑物表面涂料，可使炎热地区需要降温环境在不消耗矿物能源的情况下温度下降5-12℃。
为了达到上述目的，本发明经过对碱土金属硫酸盐性能的长期研究发现碱土金属硫酸盐具有较低的吸收/发射比。业内人士都知道大气层对不同波长的电磁波有不同的透射率，透射率较高的波长段称为“大气窗口”，8-13μm波段就是一个人们感兴趣的大气窗口，因为常温下的物体热辐射主要集中在这一波段。通过辐射换热，物体在不耗能的情况下，将自身热量以8-13μm的电磁波形式排放到宇宙深空绝对零度空间，达到自身冷却的目的，这就是被动式辐射制冷。实现辐射制冷的关键是寻找理想的光谱选择性材料。理想的选择性辐射体光谱选择性在8-13μm波段内辐射率应为1，如果在8-13μm波段外反射率也为1，这样它就只在8-13μm波段内吸收和辐射能量，而将8-13μm波段外的辐射全部反射掉，辐射体通过8～13μm窗口大量向外空辐射热量，温度就不断下降。故利用该材料的辐射致冷作用、同时又具有高太阳反射率就能使炎热地区需要降温环境在不消耗矿物能源的情况下温度下降5-12℃。
具体的应用方法如下：先将碱土金属硫酸盐研磨成60目粉体，然后按碱土金属硫酸盐：有机粘结剂＝1：(0.05-0.10)质量比量取后混合搅拌均匀，制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的石棉水泥板基材试片上，置于室内环境中晾干，用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其发向发射率为0.92-0.95，吸收率为0.35-0.41，说明该材料具有高发射率、低吸收率性能，可解决炎热地区建筑物热舒适问题。采用辐射致冷实验装置测得其辐射致冷效果为8-12℃。以喷、刷、涂方式在炎热地区的混凝土、砖墙、金属板、木板握顶表面涂覆，形成固体后，其对房屋内部夜间降温效果在4-6℃。
本发明具有如下优点：
1.由于本发明发现了碱土金属硫酸盐具有低吸收/发射比的性能，即具有辐射致冷和反射降温双重作用，因此用它涂刷建筑物能使炎热地区需要降温环境在不消耗矿物能源的情况下温度下降5-12℃。
2.本发明材料来源广泛，可采用碱土金属氧化物与硫酸的化学反应产物，也可采用天然矿物材料，。
3、加工制作简单、对环境无毒无害，只要将碱土金属硫酸盐材料研磨，然后用丙烯酸、有机硅等胶粘剂制成涂料状，降温效果可达4-6℃，具有很大的实际应用价值和社会价值。
4.由于本发明的使用方法是外表面的涂刷，因此使用操作方便。
附图说明
图1为本发明的辐射致冷材料的致冷效果验证用的实验装置示意图
其中的图标说明如下：
1—盖板；2—致冷空间；3—辐射致冷材料；4—保温材料；5—外壳。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1。
采用硫酸镁材料(山东省淄博锦星化工有限公司生产，其MgSO4.7H2O含量≥99.5％)，将其研磨成粉后(约60目)，与丙烯酸粘结剂(上海华谊丙烯酸有限公司生产，其有效成分含量≥99.6％)按1：0.05(质量比)混合拌制成涂料涂，然后涂覆于40mm×40mm×1mm的铝板基材试片上，置于室内环境中晾干，制成该材料的发射率、吸收率测定样品。采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其发向发射率为0.92，吸收率为0.41。
该材料辐射制冷效果的测定：先制作一个图1所示的有效制冷面积为100mm×50mm的辐射致冷装置，该装置的内腔致冷空间2的尺寸为120mm×50mm×60mm，致冷空间2四壁和底部用铝板贴上，外围有保温材料4，保温材料4的外围由外壳5，顶部有0.03mm的聚乙烯薄膜透明盖板1，然后将A步制作的涂敷了辐射致冷材料3的测试样板放入装置的致冷空间2内，再将此装置置于晴朗夜空下，测试装置的致冷空间2内温度，将内腔温度与环境温度相比，下降幅度表示所选出的材料的辐射致冷效果。经本发明的辐射致冷实验装置测得该材料的辐射致冷效果为8℃。
将其涂覆于房屋顶面，测得其辐射致冷降温效果为室内温度降低4℃。
实施例2
采用硫酸钙材料(上海龙震石膏制品有限公司生产的石膏粉，其CaSO4.1/2H2O含量≥95％)，将其研磨成粉后(约60目)，与有机硅粘结剂(上海统帅有机硅材料有限公司生产，其有效成分含量≥90％)按1：0.06(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的钢板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其发向发射率为0.93，吸收率为0.38。采用图1所示辐射致冷实验装置测得其辐射致冷效果为10℃。将其涂覆于房屋顶面可使室内温度降低5℃。
实施例3
采用硫酸钡材料(山西运城北方(钡业)化工有限公司生产的硫酸钡，其BaSO4含量≥99％)，将其研磨成粉后(约60目)，与有机硅粘结剂(上海统帅有机硅材料有限公司生产，其有效成分含量≥90％)按1：0.08(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的陶瓷板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其发向发射率为0.95，吸收率为0.35。采用图1所示辐射致冷实验装置测得其辐射致冷效果为12℃。将其涂覆于房屋顶面可使室内温度降低6℃。
实施例4
采用硫酸锶材料(重庆中顺化工有限公司生产的硫酸锶，其SrSO4含量≥99％)，将其研磨成粉后(约60目)，与有机硅粘结剂(上海统帅有机硅材料有限公司生产，其有效成分含量≥90％)按1：0.10(质量比)混合拌制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的石棉水泥板基材试片上，置于室内环境中晾干，采用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其发向发射率为0.94，吸收率为0.36。采用图1所示辐射致冷实验装置测得其辐射致冷效果为11℃。将其涂覆于房屋顶面可使室内温度降低5℃。
Claims (2)
1、碱土金属硫酸盐作为夜间降温材料的应用，其特征在于：先将碱土金属硫酸盐研磨成60目粉体，然后按碱土金属硫酸盐：丙烯酸或有机硅粘结剂＝1：(0.05-0.10)质量比量取后混合搅拌均匀，制成涂料涂覆于40mm×40mm×1mm的石棉水泥板基材试片上，置于室内环境中晾干，用FXL-1的吸收/发射比测定仪测定其发向发射率为0.92-0.95，吸收率为0.35-0.41；采用辐射致冷实验装置测得其辐射致冷效果为8-12℃；涂覆于炎热地区的建筑物表面，形成固体后，其对房屋内部夜间降温效果在4-6℃。
2.根据权利要求1所述的碱土金属硫酸盐作为夜间降温材料的应用，其特征在于：所述的碱土金属硫酸盐是碱土金属氧化物与硫酸的反应产物，或天然矿物材料硫酸镁、硫酸钙、硫酸钡，硫酸锶。
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