CN110041735B - 一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料。由保护层、反射层和红外发射层组成;所述保护层材料为惰性材料,厚度为50~500nm,保护反射层不与空气接触;所述反射层材料为银,厚度为120~500nm;银在0.3~25μm波段的反射率大于0.96;所述红外发射层材料为氧化铝单晶,厚度为100~1000μm;所述涂层材料在0.3~3μm太阳辐射波段的平均反射率大于0.95,在8~13μm“大气窗口”的发射率为0.6~0.9。本发明涂层材料的结构简单,原料易得。
Description
技术领域
本发明属于能源利用技术领域,具体涉及到白天辐射制冷技术。
背景技术
制冷是全球能源的一个重要最终用途。在我国,建筑能耗占社会总能耗30%左右,其中约55%用于采暖和制冷,在发达国家,上述比例更高。在低纬度地区,需要制冷的时间较多,制冷能耗所占比例更大。近年来,由于“温室效应”和全球变暖加剧,全球的制冷需求显著增加,因而不需要消耗额外能量的被动制冷技术受到广泛关注。
辐射制冷是一种典型的被动制冷方式。辐射制冷是指地面上的物体通过“大气窗口”之一的8~13μm波段与温度很低的外太空进行辐射换热从而达到一定的冷却效果。辐射制冷是一种不耗能、零污染的制冷方式,其可应用于太阳能电池散热、提高太阳能电池效率,电子设备散热,建筑节能等领域。由于空调制冷产生的电力需求峰发生在白天,白天辐射制冷还能减小电网负荷峰谷差,降低电网冲击。因此,实现辐射制冷,尤其是实现白天辐射制冷,将对降低建筑物能耗、节能减排有着积极的影响。
为实现白天辐射制冷,物体应该在太阳辐射波段(0.3~3 μm)高反射率(即低吸收率),在“大气窗口”波段(8~13 μm)高发射(吸收)率。目前很难找到单一材料达到上述光谱要求,常用手段是通过不同材料组合,使光谱特性尽量满足要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料,该涂层材料具有所需光谱选择性,结构简单,制冷效果显著。
一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料,由依次设置的保护层、反射层和红外发射层组成;
所述保护层材料为惰性材料,保护反射层不与空气接触;
所述反射层材料为银;
所述红外发射层材料为氧化铝单晶;
所述涂层材料在0.3~3 μm太阳辐射波段的反射率大于0.95,在8~13 μm的“大气窗口”的发射率为0.6~0.9。
进一步限定的技术方案如下:
所述惰性材料为二氧化硅薄膜(SiO2)、氧化铝薄膜(Al2O3)中的一种,厚度为50~500 nm。
所述反射层材料银在0.3~25 μm波段的反射率大于0.96,厚度为120~500 nm。
所述氧化铝单晶厚度为100~1000 μm。
所述氧化铝单晶的表面上镀设有氮化硅层(Si3N4),氮化硅层的厚度为10~500nm。
本发明的有益技术效果体现在以下方面:
1.本发明涂层材料光谱选择性强,在0.3~3 μm太阳辐射波段的平均反射率大于0.95;在8~13 μm“大气窗口”通过调节氮化硅的厚度,实现发射率为0.6~0.9之间变化,在3~8 μm波段和13~25 μm波段具有较低发射率。
2.本发明涂层材料的结构简单,原料易得。
3.本发明涂层材料通过设置保护层,隔绝反射层的银与空气直接接触,避免银被氧化而影响涂层材料反射率。
附图说明
图1为一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料结构示意图;
图1中的序号:保护层1、反射层2、红外发射层3。
图2为实施例1涂层材料的光谱吸收(发射)率图。
图3为实施例2涂层材料的光谱吸收(发射)率图。
具体实施方式
下面结合附图,通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1
参见图1,一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料由依次设置的保护层1、反射层2、红外发射层3组成。
保护层1材料为50 nm厚的二氧化硅薄膜(SiO2);反射层2材料为150 nm厚的银,银在0.3~25 μm波段的反射率大于0.96。红外发射层3材料为350 μm厚的氧化铝单晶。
涂层材料在太阳辐射波段(0.3~3 μm)反射率为0.95,在“大气窗口”波段(8~13μm)发射(吸收)率为0.6。涂层材料的光谱吸收(发射)率如图2所示。
实施例2
参见图1,一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料由依次设置的保护层1、反射层2、红外发射层3组成。
保护层1材料为90 nm厚的氧化铝薄膜(Al2O3);反射层2材料为200 nm厚的银,红外发射层2材料为500 μm厚的氧化铝单晶的表面上镀10~500 nm厚的氮化硅层(Si3N4),根据氮化硅的厚度调控涂层材料在“大气窗口”波段(8~13 μm)的发射率。涂层材料在太阳辐射波段(0.3~3 μm)反射率为0.95,在“大气窗口”波段发射(吸收)率根据氮化硅厚度的变化在0.6~0.9之间。
氮化硅厚度为90 nm时,涂层材料在太阳辐射波段(0.3~3 μm)反射率为0.95,在“大气窗口”波段发射(吸收)率为0.82。涂层材料的光谱吸收(发射)率如图3所示。
Claims (5)
1.一种光谱选择性白天辐射制冷涂层材料,其特征在于:由依次设置的保护层、反射层和红外发射层组成;
所述保护层材料为惰性材料,保护反射层不与空气接触;所述惰性材料为二氧化硅薄膜、氧化铝薄膜中的一种;
所述反射层材料为银,银在0.3~25 μm波段的反射率大于0.96;
所述红外发射层材料为氧化铝单晶,氧化铝单晶的表面上镀设有氮化硅;
所述涂层材料在0.3~3 μm太阳辐射波段的反射率大于0.95,在8~13 μm的“大气窗口”的发射率为0.6~0.9。
2.根据权利要求1所述的一种光谱选择性白天辐射制冷的涂层材料,其特征在于:所述惰性材料的厚度为50~500 nm。
3.根据权利要求1所述的一种光谱选择性白天辐射制冷的涂层材料,其特征在于:所述反射层材料的厚度为120~500 nm。
4.根据权利要求1所述的一种光谱选择性白天辐射制冷的涂层材料,其特征在于:所述氧化铝单晶厚度为100~1000 μm。
5.根据权利要求1所述的一种光谱选择性白天辐射制冷的涂层材料,其特征在于:所述氮化硅的厚度为10~500 nm。
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