CN204020142U - 一种自动调温的智能玻璃 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动调温的智能玻璃。该智能玻璃是一层或多层透光材料层与至少一层二氧化钒薄膜组成的层叠结构的组合体。二氧化钒（VO₂）是一种相变金属氧化物，在达到相变温度时二氧化钒会发生相变，在相变前后其光学性能发生变化，从相变前的全波段透射红外光，到相变后的全波段反射红外光，同时对可见光波段的特性基本保持不变。从而实现了智能玻璃随着温度变化调节透过智能玻璃的辐射能量借以调节温度的功能。在实现节能目的同时，真正达到冬暖夏凉，提供人们一个良好的生活体验。

Description

一种自动调温的智能玻璃

技术领域

本实用新型涉及节能环保材料领域，更具体地涉及一种自动调温的智能玻璃。

背景技术

随着我国社会经济的发展，对能源的需求与日俱增，而我国本来又是一个能源不足的国家，特别是优质能源不足。长期以来我国主要是以煤炭为主要能源来源，而这种能源使用方式不仅效率底下，而且其副产物对于环境带来严重的污染。在这样的困境下如何更好的节能已经日益成为人们的共识。在各类能耗中，我国的建筑能耗已经占到社会总能耗的三分之一以上，其中采暖和空调的能耗占建筑总能耗的55％左右，并且我国建筑单位面积能耗是发达国家的2至3倍，并呈逐年上升趋势，能源浪费极其严重。

在现代建筑物中，最严重的能耗来自作为外墙或窗户的玻璃，且玻璃占外墙的面积比例越来越大，据测算通过普通玻璃窗进行的热交换损耗在冬夏季节分别占58％和73％。由此可见在建筑中的热量损耗的大部分都是通过玻璃窗的热交换而造成的，特别是夏季的损耗高达73%。这是由于太阳光能量约99％分布在波长为0.2 ～ 2.5μm 的范围内，其中0.2 ～0.38μm 的紫外光区占总能量的约8％，0.38 ～ 0.78μm 的可见光占约43％，0.78 ～ 2.5μm的近红外区占约48％。而普通玻璃对不同波长的太阳光不具有调控能力，夏天不能有效截止近红外太阳光，增加了空调的制冷负荷，而在冬天，室内热量又以热辐射的形式通过玻璃表面散失，增加了空调的保温负荷。在采用空调调节室内温度的情况下，据测量，制冷温度提高2℃，制冷负荷减少约20％ ；制热温度调低2℃，制热负荷减少约30％。由上述可知改善了窗玻璃绝热性能将是改善建筑能耗的关键所在。目前已经投入商业应用的被动调热型的低辐射率(Low-E) 镀膜玻璃，可有效减少玻璃表面的辐射率，进而减少相应的辐射散热，提高了窗玻璃绝热性能。但是，该Low-E 镀膜玻璃一旦在结构形成之后，其光学性能就不随环境变化进行可逆的双向调节以获得冬暖夏凉的效果，这难以适应我国大部分地区四季分明的需求。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述缺陷和不足而提供一种根据温度自动调节窗玻璃的透光率的技术，从而控制热量在窗玻璃上的进出量以此达到自动调温和节能的效果。

为了实现上述的技术要求本实用新型提供以下技术方案：一种自动调温的智能玻璃，由一层或多层透光材料层与至少一层二氧化钒薄膜组成层叠结构的组合体。其原理是二氧化钒（VO₂）是一种相变金属氧化物，在低温时为半导体态的单斜相，全波段透射红外光，高温时为金属态的四方相，全波段反射红外光。二氧化钒相转变温度为68℃，通过在二氧化钒中添加高价态金属例如钼原子或钨原子，每添加1%的含量可以使相转变温度降低10℃或26℃。因此，在二氧化钒中添加一定比例的高价态金属使其相转变温度在室温23℃左右。这样在夏天由于阳光的照射，室内温度快速升高，在达到二氧化钒相转变温度使其由原来的单斜相，全波段透射红外光转变成四方相，全波段反射红外光从而减少了占太阳光辐射能量48％的红外区的能量进入室内，从而减轻了空调的负担，节约了能源。在冬季气温低于23℃此时二氧化钒为半导体态的单斜相，全波段透射红外光温暖的阳光透过窗玻璃进入室内，带给人温暖的感受。室内开始供暖后，温度上升，达到23℃时二氧化钒又发生相变成为金属态的四方相，全波段反射红外光。从而将室内的热辐射牢牢锁在室内，减少室内热量通过窗玻璃散失，进而减轻室内取暖的负荷，节约能源。

作为优选，所述层叠结构从上到下依次为上透光材料透光材料层、二氧化钒薄膜、下透光材料透光材料层。这样的结构使得二氧化钒薄膜夹在上下两层透光材料透光材料层中间，很好的保护了二氧化钒薄膜不会接触其他杂质或尖锐物从而造成二氧化钒薄膜的污染或破损，同时避免了因为长期接触空气使得二氧化钒被氧化，从而降低其对进入室内的太阳光能量的控制作用。

作为优选，其中的二氧化钒薄膜膜厚为50nm。

作为优选，所述层叠结构中还包含一空腔，空腔的上下两面均镀有二氧化钒薄膜。通过两道二氧化钒薄膜的过滤作用使得本实用新型在对进入室内的太阳光能量的控制作用得以增强。同时可以避免了因为长期接触空气使得二氧化钒被氧化，而且由于空腔的存在使得因为二氧化钒相变时体积变化产生的内应力得到一定的释放，从而减轻了由于自身内应力对智能玻璃强度的不良影响。

作为优选，所述空腔可以为真空，也可以在空腔内充入干燥的氩气或氮气其中之一。这样设计使得该智能玻璃不仅能调节太阳光辐射入室内的能量，而且具有良好的隔音降噪功能，更有利于本实用新型的推广应用，同时由于真空隔热层的存在，使得窗玻璃由于热传导而散失的热量大大减少，进一步加强了本实用新型的节能环保功效。充入氮气或氩气等保护性惰性气体更好的避免了二氧化钒薄膜的氧化。

作为优选，所述透光材料层为抗UV聚碳酸酯板。这样使得该智能玻璃在原有功能的基础上还具有了降低太阳光中紫外线射入室内，从而保护人体健康的功能。

附图说明

图1是本实用新型第一种实施方式端面图。

图2是本实用新型第二种实施方式中心剖面图。    

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

图1所示为本实用新型的第一种实施方式。其具体方式如下：从上到下由上层透明抗UV聚碳酸酯板1、二氧化钒薄膜3、下层透明抗UV聚碳酸酯板2形成层叠结构的智能玻璃。其中二氧化钒薄膜直接由磁控溅射的方式镀在下层聚碳酸酯板2上，其厚度为50nm，再通过抗UV无影胶与上层透明抗UV聚碳酸酯板1粘合在一起。上层透明抗UV聚碳酸酯板1和下层透明抗UV聚碳酸酯板2具有高透光性，能够在不减少可见光透射量的情况下有效的减少阳光中的紫外线透过智能玻璃进入室内，这样既不影响室内的采光，又能有一个健康的环境。二氧化钒（VO₂）是一种相变金属氧化物，在低温时为半导体态的单斜相，全波段透射红外光，高温时为金属态的四方相，全波段反射红外光。二氧化钒相转变温度为68℃，通过在二氧化钒中添加高价态金属例如钼原子或钨原子，每添加1%的含量可以使相转变温度降低10℃或26℃。因此，在二氧化钒中添加一定比例的高价态金属使其相转变温度在室温23℃左右。夹在上层透明抗UV聚碳酸酯板1和下层透明抗UV聚碳酸酯板2中间的二氧化钒薄膜3正是利用了二氧化钒的上述特性。夏季太阳光辐射强烈，虽然上层透明抗UV聚碳酸酯板1和下层透明抗UV聚碳酸酯板2阻挡了大部分紫外线的进入，可是从太阳光的能量分布可知其在紫外区的辐射能量仅占其全部能量的8%左右，其在红外区的辐射能量占了总辐射能量的48%左右。随着辐射能量的持续进入室内温度逐步升高，达到23℃的二氧化钒相变温度时二氧化钒发生相变，其光学特性也同时发生改变由相变前的全波段透射红外光，转变为全波段反射红外光。从而将占太阳光辐射能量1/2左右的红外区的辐射能量大幅削弱，借以达到调节温度、节约能源的目的。同时由于二氧化钒在相变前后对可见光波段的透射率几乎不发生改变，从而保证了在调节温度的过程中，内部的采光不发生明显的变化。在冬季由于气温较低，达不到二氧化钒的相变温度，二氧化钒薄膜3基本不阻止阳光中的红外区的辐射能量进入室内，使得冬日温暖阳光中的90%以上的能量都内进入室内。在室内开始供暖，温度上升达到相变温度时二氧化钒发生相变，二氧化钒薄膜3将室内低温物体发出的红外辐射反射回室内从而有效的减少了室内热量通过窗玻璃向外散失，从而达到良好的节能效果。由上述可知本实用新型可有效的实现自动温度调节，真正做到冬暖夏凉，同时具有良好的节能效果。将二氧化钒薄膜夹在两层透明抗UV聚碳酸酯板中间不仅保护了二氧化钒薄膜不会被污染或破损，还避免了由于二氧化钒长期接触空气而被氧化从而失去调节红外光透射率的功能。除了用作建筑上的窗玻璃、外墙玻璃外，还是很好的车窗，特别是车天窗玻璃的优良材料。

图2所示为本实用新型的第二种实施方式。其具体方式如下：在上层透明抗UV聚碳酸酯板1的下表面沿其边线设置有一圈密封条5，密封条5的材质为透明抗UV聚碳酸酯，密封条5的上下两面通过抗UV无影胶分别粘合在上层透明抗UV聚碳酸酯板1和下层透明抗UV聚碳酸酯板2上，由此在上层透明抗UV聚碳酸酯板1和下层透明抗UV聚碳酸酯板2之间形成一空腔4，在空腔4的上下两面上通过磁控溅射的方式分别镀上二氧化钒薄膜3，并且空腔4被抽成真空状态。由上层透明抗UV聚碳酸酯板1、下层透明抗UV聚碳酸酯板2、密封条5、二氧化钒薄膜3、空腔4组成层叠结构的自动调温的智能玻璃。本实施方式中除了实现实施方式一中的各种功能外，由于二氧化钒薄膜由一层变为两层，使得其对红外区辐射能量的调节能力得到了加强，同时由于真空腔体的存在阻隔了热量的传导使得本实施方式中的智能玻璃由于传导方式散失的热量大大降低，并且真空腔体还能有效的阻隔声波的传播，从而降低了噪音的影响。综上所述，本实施方式不仅提高了自动调温的智能玻璃的调温、节能功效，同时降低了噪音的影响，给人们的生活带来更完美的生活体验。空腔的存在使得二氧化钒因为相变时体积发生变化而产生的内应力得以部分释放，从而减轻了内应力对智能玻璃自身强度的不良影响，将空腔抽成真空或是在空腔内充入干燥的氩气或氮气等保护性惰性气体，不仅可以达到隔热、隔音的效果，还能很好的避免二氧化钒因长期接触空气被氧化而导致其失去调节红外光透射率的功能。

以上已对本实用新型进行了详细描述，但本实用新型并不局限于本文所描述具体实施方式。本领域技术人员理解，在不背离本实用新型范围的情况下，可以作出其他更改和变形。本实用新型的保护范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种自动调温的智能玻璃，其特征在于由一层或多层透光材料层与至少一层二氧化钒薄膜组成的层叠结构的组合体。

2.根据权利要求1所述一种自动调温的智能玻璃，其特征在于所述层叠结构从上到下依次为上透光材料层、二氧化钒薄膜、下透光材料层。

3.根据权利要求2所述一种自动调温的智能玻璃，其特征在于二氧化钒薄膜膜厚为50nm。

4.根据权利要求1所述一种自动调温的智能玻璃，其特征在于在所述层叠结构中还包含一空腔，空腔的内外两面均设置有二氧化钒薄膜。

5.根据权利要求4所述一种自动调温的智能玻璃，其特征在于所述空腔可以为真空，也可以在空腔内充入干燥的氩气或氮气。

6. 根据权利要求1-5任一项所述一种自动调温的智能玻璃，其特征在于所述透光材料层为抗UV聚碳酸酯板。