CN210030461U - 一种辐射制冷玻璃 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种辐射制冷玻璃。该辐射制冷玻璃包括依次设置的玻璃基板、至少一氧化物层以及涂布层，氧化物层具有一定的可见光透过率以及高的近红外反射率，涂布层包括可透光的高分子材料和分散在高分子材料中的无机粒子，无机粒子在7～14μm波段具有高发射率。本实用新型的辐射制冷玻璃具有良好的光学性能，其对太阳光中可见光的透光率可以进行调节，在40％～90％之间，而可见光的反射率则很低，这与传统的镀膜玻璃相比，光学性能大为改善；本实用新型的辐射制冷玻璃还具有优异的热性能，应用于建筑物时，可以实现对建筑物的被动式降温，符合节能环保的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及辐射制冷技术领域，尤其涉及一种辐射制冷玻璃。
背景技术
随着经济的高速发展及人们生活水平的日益提高，建筑能耗占社会总能耗的比例逐渐增大。以我国空调能耗为例，空调住宅能耗约为一般住宅能耗的6～7倍。在能源短缺的现状下，必须重视建筑节能技术。辐射制冷作为一种无能耗的建筑物空调手段，得到了蓬勃的发展，表现出了明显的实际意义。
对大气光谱透过特性的分析可以知道，大气层对不同波长的电磁波有不同的透射率，透射率较高的波段称为“大气窗口”，其中7～14μm波段是人们最感兴趣的，因为常温下的黑体辐射主要集中在这一段，地表物体的热能就是通过辐射换热，将自身热量以7～14μm电磁波的形式通过“大气窗口”排放到温度接近绝对零度的外部太空，达到自身冷却的目的。
如申请号201810365570.9的专利中，公开了一种辐射降温玻璃及其制备方法，其在保证充分的太阳可见光透过率的同时，还能够以很强的红外辐射能力把该涂层从周围吸收的热量发射至外太空。
但是，目前对辐射制冷玻璃的研究较少，更多种类、性能更好的辐射制冷玻璃仍然有待研究、开发。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种辐射制冷玻璃，具有被动式的辐射制冷效果，节能环保。
根据本实用新型的一个方面，提供一种辐射制冷玻璃，包括依次设置的玻璃基板、至少一氧化物层以及涂布层，所述氧化物层具有一定的可见光透过率以及高的近红外反射率，所述涂布层包括可透光的高分子材料和分散在所述高分子材料中的无机粒子，所述无机粒子在7～14μm波段具有高发射率。
进一步地，所述辐射制冷玻璃还包括位于所述玻璃基板与所述涂布层之间的至少一金属层，所述金属层具有一定的可见光透过率以及高的近红外反射率，所述金属层与所述涂布层之间设置有至少一所述氧化物层。
进一步地，所述金属层与所述玻璃基板之间设有至少一所述氧化物层。
进一步地，所述玻璃基板的厚度为3～10mm，所述氧化物层的厚度为6～100nm，所述金属层的厚度为6～100nm，所述涂布层的厚度为4～30μm。
进一步地，所述氧化物层为Al2O3层、TiO2层、SiO2层、Nb2O3层或HfO2层。
进一步地，所述无机粒子选自以下一种或多种：SiO2、SiC、TiO2、CaCO3、BaSO4，所述无机粒子的粒径为4～20μm。
进一步地，所述金属层为Ag层、Al层、Cr层、Ti层。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型的辐射制冷玻璃具有良好的光学性能，其对太阳光中可见光的透光率可以根据使用要求进行调节，选择范围在40％～90％之间，而可见光的反射率则很低，这与传统的镀膜玻璃相比，光学性能大为改善；
(2)本实用新型的辐射制冷玻璃还具有优异的热性能，应用于建筑物时，可以实现对建筑物的被动式降温，符合节能环保的要求；
(3)本实用新型的辐射制冷玻璃的外观更透明、清晰，应用于建筑物时，既保证了建筑物良好的采光，又避免了以往大面积玻璃幕墙、中空玻璃门窗光反射所造成的光污染现象，营造出更为柔和、舒适的光环境。
附图说明
图1为本实用新型的辐射制冷玻璃的一个实施例的示意图；
图2为本实用新型的辐射制冷玻璃的另一个实施例的示意图；
图中：100、玻璃基板；200、氧化物层；300、涂布层；400、金属层。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本实用新型的辐射制冷玻璃包括依次设置的玻璃基板100、至少一氧化物层200以及涂布层300，各氧化物层200具有一定的可见光透过率以及高的近红外反射率。涂布层300包括可透光的高分子材料和分散在高分子材料中的无机粒子，无机粒子在7～14μm波段具有高发射率。
图1显示了辐射制冷玻璃的氧化物层200为一层时的示例，在其他的一些实施例中，氧化物层200可以为多层，当氧化物层200为多层时，各氧化物层200的材料可以相同也可以不相同。
通过改变氧化物层200的厚度、选择不同的材料的氧化物层200或者其他手段，可以调整氧化物层200的可见光透过率，因此可以根据需求选择不同可见光透过率的氧化物层200。
涂布层300中的无机粒子为辐射体，是实现辐射制冷的关键。将本实用新型的辐射制冷玻璃应用于建筑物时，涂布层300的无机粒子可以将室内的热量以红外辐射的方式发射至外太空，实现对室内的降温。本实用新型的辐射制冷玻璃尤其适用于炎热的夏季被太阳辐照的大片区域，可以大幅降低室内空调的能耗，保证室内较高的舒适度。
涂布层300除了实现辐射制冷作用外，还可以起到保护氧化物层200的作用，可以避免氧化物层200受到损坏。为了减少涂布层300对辐射制冷玻璃光学性能的影响，涂布层300选择可透光的高分子材料为基材。
如图2所示，辐射制冷玻璃还包括位于玻璃基板100与涂布层300之间的至少一金属层400，金属层400具有与氧化物层200基本相同的作用，金属层400具有一定的可见光透过率以及高的近红外反射率。金属层400的抗腐蚀能力较氧化物层200差，因此在金属层400与涂布层300之间设置至少一氧化物层200，利用氧化物层200保护金属层400。
金属层400的增加可以进一步提高辐射制冷玻璃对近红外光的反射率，此外，通过改变金属层400厚度、选择不同的金属材料或者其他手段可以改变金属层400的可见光透过率，因此可以根据需求选择不同可见光透过率的金属层400。
在一些实施例中，金属层400与玻璃基板100之间还设有至少一氧化物层200。
在一些实施例中，辐射制冷玻璃包括多个金属层400，各金属层400之间均设置至少一氧化物层200。当辐射制冷玻璃包括多个金属层400时，各金属层400的材料可以相同，也可以不同。
在一些实施例中，玻璃基板100的厚度为3～10mm，氧化物层200的厚度为6～100nm，涂布层300的厚度为4～30μm，金属层400的厚度为6～100nm。
在一些实施例中，氧化物层200的氧化物材料选自以下一种或多种：Al2O3、TiO2、SiO2、Nb2O3、HfO2。也即，氧化物层200为Al2O3层、TiO2层、SiO2层、Nb2O3层或HfO2层。
在一些实施例中，涂布层300的可透光的高分子材料为聚甲基丙烯酸酯类胶黏剂。优选地，可透光的高分子材料选自以下一种或多种：聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯。
在一些实施例中，涂布层300中的无机粒子选自以下一种或多种：SiO2、SiC、TiO2、CaCO3、BaSO4，无机粒子的粒径为4～20μm。
在一些实施例中，涂布层300中还包括紫外线吸收剂。紫外线吸收剂有利于提高涂布层300的耐老化性能。优选地，紫外线吸收剂选自以下一种或多种：水杨酸苯酯、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑(UV-P)、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9)。
在一些实施例中，金属层400的材料选自以下一种或多种：Ag、Al、Cr、Ti。也即，金属层400为Ag层、Al层、Cr层、Ti层。
在一些实施例中，本实用新型的辐射制冷玻璃7～14μm波段的红外辐射率≥93％，380～780nm波段的可见光透光率为40％～90％，380～780nm波段的可见光反射率为10％～60％，200～400nm波段的紫外线透过率≤5％，780～2500nm波段的反射率≥90％，780～2500nm波段的热吸收率≤10％，300～2500nm波段的热吸收量≤50W/m2。
本领域的技术人员可以理解的是，玻璃基板100可以是透明玻璃或有色玻璃。玻璃基板100的材料可以是无机材料或有机材料，也即玻璃基板100可以是无机玻璃或有机玻璃。
本实用新型还提供一种辐射制冷玻璃的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供一玻璃基板100；
S2，于玻璃基板100上沉积氧化物材料，形成至少一氧化物层200，氧化物层具有一定的可见光透过率以及高的近红外反射率；
S3，于最外侧的氧化物层200上设置树脂材料，固化形成涂布层300，树脂材料包括可透光的高分子材料和分散在上述高分子材料中的无机粒子，无机粒子在7～14μm波段具有高发射率。
在一些实施例中，涂布层300的无机粒子选自以下一种或多种：SiO2、SiC、TiO2、CaCO3、BaSO4，无机粒子的粒径为4～20μm。
在一些实施例中，上述可透光的高分子材料为聚甲基丙烯酸类胶黏剂，优选地，可透光的高分子材料选自以下一种或多种：聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯。
在一些实施例中，上述树脂材料还包括紫外线吸收剂，紫外线吸收剂选自以下一种或多种：水杨酸苯酯、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。
上述步骤S3中，树脂材料可以采用喷涂、刷涂或旋涂的方式设于最外侧的氧化物层200上。
进一步地，步骤S2中，采用离线真空溅射法沉积氧化物材料，氧化物材料选自以下一种或多种：Al2O3、TiO2、SiO2、Nb2O3、HfO2。
进一步地，步骤S2包括：
S21，于玻璃基板100上或沉积在玻璃基板100上的氧化物层200上沉积金属材料，形成至少一金属层400；
S22，于金属层400上沉积氧化物材料，形成至少一氧化物层200。
值得一提的是，步骤S21、S22可以重复进行多次，从而形成多层交替设置的金属层400和氧化物层200。
进一步地，步骤S21中，采用离线真空溅射法沉积金属材料，金属材料选自以下一种或多种：Ag、Al、Cr、Ti。
步骤S21以及S22中的氧化物层200，采用离线真空溅射法沉积氧化物材料形成。
本领域的技术人员可以理解的是，采用离线真空溅射法沉积材料时，根据玻璃传输位置的不同有水平法和垂直法，以下分别简单介绍垂直法与水平法。
垂直法：
(1)玻璃垂直放置在架子上，送入优于8*10-3帕数量级的真空环境中，通入适量的惰性气体Ar或反应气体O2、N2，并保持真空度稳定；
(2)将靶材嵌入阴极，并在与阴极垂直的水平方向置入磁场从而构成磁控靶，以磁控靶为阴极，加上直流或交流电源，在高电压的作用下，工艺气体发生电离，形成等离子体，其中，电子在电场和磁场的共同作用下，进行高速螺旋运动，碰撞气体分子，产生更多的正离子和电子；正离子在电场的作用下，达到一定的能量后撞击阴极靶材，被溅射出的靶材沉积在玻璃基片上形成薄膜；
(3)为了形成均匀一致的膜层，阴极靶靠近玻璃表面来回移动，为了取得多层膜，必须使用多个阴极，每一个阴极均是在玻璃表面来回移动，形成一定的膜厚。
水平法：
水平法与垂直法的主要区别在玻璃的放置，玻璃由水平排列的轮子传输，通过阴极，玻璃通过一系列销定阀门之后，真空度也随之变化，当玻璃到达主要溅射室时，镀膜压力达到要求，金属阴极靶固定，玻璃移动，在玻璃通过阴极过程中，膜层形成。
【实施例1】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积Al2O3，得到厚度为50nm的氧化物层200；
将包括97.5质量份的聚甲基丙烯酸甲酯、2质量份的SiO2粒子以及0.5质量份的水杨酸苯酯的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中SiO2粒子的粒径为4μm。
【实施例2】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积TiO2，得到厚度为50nm的氧化物层200；
将包括94质量份的聚甲基丙烯酸甲酯、5.5质量份的TiO2粒子以及0.5质量份的水杨酸苯酯的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中SiC粒子的粒径为8μm。
【实施例3】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积SiO2，得到厚度为50nm的氧化物层200；
将包括92.8质量份的聚甲基丙烯酸甲酯、7质量份的SiC粒子以及0.2质量份的UV-P的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中SiC粒子的粒径为12μm。
【实施例4】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积Nb2O3，得到厚度为50nm的氧化物层200；
将包括93.8质量份的聚甲基丙烯酸甲酯、5.8质量份的CaCO3粒子以及0.4质量份的UV-9的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中CaCO3粒子的粒径为16μm。
【实施例5】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积HfO2，得到厚度为50nm的氧化物层200；
将包括95质量份的聚甲基丙烯酸丁酯、4.9质量份的BaSO4粒子以及0.1质量份的水杨酸苯酯的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中BaSO4粒子的粒径为20μm。
【实施例6】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积Al2O3，得到厚度为20nm的氧化物层200；
采用离线真空溅射法于氧化物层200上沉积Al，得到厚度为10nm的金属层400；
采用离线真空溅射法于金属层400上沉积Al2O3，得到厚度为20nm的氧化物层200；
将包括94.5质量份的聚甲基丙烯酸甲酯、5.0质量份的SiO2粒子以及0.5质量份的水杨酸苯酯的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中SiO2粒子的粒径为8μm。
【实施例7】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积TiO2，得到厚度为20nm的氧化物层200；
采用离线真空溅射法于氧化物层200上沉积Ag，得到厚度为10nm的金属层400；
采用离线真空溅射法于金属层400上沉积TiO2，得到厚度为20nm的氧化物层200；
将包括93.4质量份的聚甲基丙烯酸甲酯、6质量份的SiO2粒子以及0.6质量份的水杨酸苯酯的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中SiO2粒子的粒径为12μm。
【实施例8】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积Al2O3，得到厚度为20nm的氧化物层200；
采用离线真空溅射法于氧化物层200上沉积Cr，得到厚度为10nm的金属层400；
采用离线真空溅射法于金属层400上沉积Al2O3，得到厚度为20nm的氧化物层200；
将包括97.0质量份的聚甲基丙烯酸甲酯、2.7质量份的SiO2粒子以及0.3质量份的水杨酸苯酯的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中SiO2粒子的粒径为4μm。
【实施例9】
辐射制冷玻璃通过以下方法制备：
提供一厚度为5mm的无机透明玻璃作为玻璃基板100；
采用离线真空溅射法于玻璃基板100上沉积Al2O3，得到厚度为20nm的氧化物层200；
采用离线真空溅射法于氧化物层200上沉积Ti，得到厚度为10nm的金属层400；
采用离线真空溅射法于金属层400上沉积Al2O3，得到厚度为20nm的氧化物层200；
将包括91质量份的聚甲基丙烯酸甲酯、8质量份的SiO2粒子以及1质量份的水杨酸苯酯的树脂混合物涂覆于氧化物层200上，固化后得到厚度为10μm的涂布层300，其中SiO2粒子的粒径为16μm。
对以上各实施例制备的辐射制冷玻璃进行以下性能测试：
热吸收量的测量：将辐射制冷玻璃放进Perkin Elmer，Lambda 950型UV/Vis/NIRSpectrometer中，测量波长范围为300～2500nm波段中辐射制冷玻璃的透光率和反射率、测量间隔为1nm，将300～2500nm波段中辐射制冷玻璃的透光率和反射率计算得到辐射制冷玻璃的热吸收量；
热吸收率的测量：将辐射制冷玻璃放进Perkin Elmer，Lambda 950型UV/Vis/NIRSpectrometer中，测量波长范围为780～2500nm波段中辐射制冷玻璃的透光率和反射率、测量间隔为1nm，将780～2500nm波段中辐射制冷玻璃的透光率和反射率计算得到辐射制冷玻璃的热吸收率；
紫外线透过率：将辐射制冷玻璃放进Perkin Elmer，Lambda 950型UV/Vis/NIRSpectrometer中，测量波长范围为200～400nm波段中辐射制冷玻璃的透过率、测量间隔为1nm；将200～400nm波段中辐射制冷玻璃的透过率的平均值作为辐射制冷玻璃的透过率；
可见光透光率：将辐射制冷玻璃放进Perkin Elmer，Lambda 950型UV/Vis/NIRSpectrometer中，测量波长范围为380～780nm波段中辐射制冷玻璃的透光率、测量间隔为1nm，将380～780nm波段中辐射制冷玻璃的透光率的平均值作为辐射制冷玻璃的透光率；
可见光反射率的测量：将辐射制冷玻璃放进Perkin Elmer，Lambda 950型UV/Vis/NIR Spectrometer中，测量波长范围为380～780nm波段中辐射制冷玻璃的反射率、测量间隔为1nm，将380～780nm波段中辐射制冷玻璃的反射率的平均值作为辐射制冷玻璃的反射率；
红外发射率E的测量：使用SOC-100Hemispherical Directional Reflectometer测试7～14μm波长的红外辐射率。
测试结果见表1。
表1
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种辐射制冷玻璃，其特征在于，包括依次设置的玻璃基板、至少一氧化物层以及涂布层，所述氧化物层具有一定的可见光透过率以及高的近红外反射率，所述涂布层包括可透光的高分子材料和分散在所述高分子材料中的无机粒子，所述无机粒子在7～14μm波段具有高发射率。
2.根据权利要求1所述的辐射制冷玻璃，其特征在于，还包括位于所述玻璃基板与所述涂布层之间的至少一金属层，所述金属层具有一定的可见光透过率以及高的近红外反射率，所述金属层与所述涂布层之间设置有至少一所述氧化物层。
3.根据权利要求2所述的辐射制冷玻璃，其特征在于，所述金属层与所述玻璃基板之间设有至少一所述氧化物层。
4.根据权利要求2所述的辐射制冷玻璃，其特征在于，所述玻璃基板的厚度为3～10mm，所述氧化物层的厚度为6～100nm，所述金属层的厚度为6～100nm，所述涂布层的厚度为4～30μm。
5.根据权利要求1-4任一所述的辐射制冷玻璃，其特征在于，所述氧化物层为Al2O3层、TiO2层、SiO2层、Nb2O3层或HfO2层。
6.根据权利要求1-4任一所述的辐射制冷玻璃，其特征在于，所述无机粒子选自以下一种：SiO2、SiC、TiO2、CaCO3、BaSO4，所述无机粒子的粒径为4～20μm。
7.根据权利要求2-4任一项所述的辐射制冷玻璃，其特征在于，所述金属层为Ag层、Al层、Cr层或Ti层。
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