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讓紅外技術(shù)激發(fā)建筑節能材料的無(wú)限潛能

更新時(shí)間:2021-08-13      點(diǎn)擊次數:2131

由于建筑美學(xué)及材料功能(如采光)需求,現代建筑中玻璃幕墻和窗被越來(lái)越廣泛地使用[1,2]。然而,大面積透明玻璃的裝配提高了建筑內外能量交換效率,加速建筑內部能量耗散。


在部分發(fā)達國家,建筑物的能源消耗幾乎占總能源消耗的40%,其中,采暖和空調(HVAC)系統占了建筑能耗的一半。研究表明,大部分建筑能源通過(guò)玻璃幕墻和窗戶(hù)耗散[3]。為了避免建筑內部空間能量耗散,以低輻射玻璃(Low-E glass)為代表的節能窗備受關(guān)注。


低輻射玻璃或許對大眾而言還是一個(gè)比較新鮮的詞匯,但在建筑應用中,低輻射玻璃的使用可以達到“冬暖夏涼"效果,具有優(yōu)良的隔熱、保溫性能效果。


常見(jiàn)的低輻射玻璃主要通過(guò)濺射技術(shù)在玻璃表面沉積金屬銀制備。在部分降低玻璃可見(jiàn)光透過(guò)率(約降低至75%~80%)的情況下,其表面金屬銀鍍層能大大提高其中紅外反射率(10μm 波長(cháng)反射率約60%),并降低其輻射率,從而實(shí)現室內外能量交換隔絕。


在低輻射材料的研發(fā)過(guò)程中,紅外光譜分析能有效幫助研究人員測試、分析材料光學(xué)性能,并指導材料優(yōu)化方向。近日,清華大學(xué)團隊研發(fā)了一種基于一維金屬銀納米線(xiàn)的新型低輻射玻璃。借助布魯克VERTEX 70v傅立葉紅外光譜儀,研究人員發(fā)現這種銀納米線(xiàn)低輻射玻璃具有高于傳統低輻射玻璃的可見(jiàn)光透過(guò)率(圖1.a),和較高的中紅外反射率(10μm 波長(cháng)反射率約60%,圖1.b)。在進(jìn)一步優(yōu)化和調控后,這種基于銀納米線(xiàn)的低輻射玻璃可以使建筑窗戶(hù)在冬季向外輻射降低約30%(圖2)。

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布魯克VERTEX 70v傅立葉紅外光譜儀




圖1、普通玻璃(藍線(xiàn))和銀納米線(xiàn)低輻射玻璃(橙線(xiàn))的






可見(jiàn)光光譜(a)和傅立葉變換紅外光譜(b)





圖2、建筑物可見(jiàn)光照片及紅外輻射照片,其中,銀納米線(xiàn)低輻射玻璃窗戶(hù)在

紅外輻射照片中呈現低輻射(藍色)狀態(tài)

科普知識:熱傳遞的方式有三種,熱傳導,對流和輻射。為了減少建筑內部空間能量向外耗散(夏天室內制冷耗散,或冬天室內制暖耗散),我們必須同時(shí)實(shí)現對熱傳導,對流和輻射的抑制。玻璃的中空結構設計可以有效抑制建筑室內外熱傳導和對流,而輻射的抑制只能通過(guò)玻璃的表面修飾或改性來(lái)實(shí)現,即上文說(shuō)的金屬鍍層。


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