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建筑装饰隔热膜玻璃隔热性能及热舒适性研究
摘要：为提升建筑装饰玻璃隔热性能，降低建筑供冷负荷，达到节能的目标，采用共沉淀法成功制备了建筑装饰纳米隔热涂层，并通过喷涂法制备了隔热性能良好的隔热膜玻璃，研究了普通中空玻璃与隔热膜玻璃的隔热性能和热舒适性。结果表明：随着煅烧温度的提升，隔热涂层的平均粒径呈现先增加后减小的趋势，得出最优煅烧温度为500℃；隔热性能随着涂层含量的增加有所提升，当涂层含量为6%时，隔热性能达到最优；建筑装饰隔热膜的热舒适性明显优于普通中空玻璃，PMV值保持在1～2，能够有效降低人体对太阳辐射的感觉。
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近年来,玻璃隔热已成为是低碳建筑系统能效的决 定性因素之一[1-4],很多的学者开始采用建筑节能玻璃来 提升隔热性能,降低建筑供冷负荷｡Wang等[5]采用SiO2 气凝胶制备了系列透明绝缘材料,采用热压工艺将材料 与玻璃进行融合,结果表明,该材料的添加能够有效降 低建筑装饰玻璃的导热性｡然而,其高制造成本和机械 脆性限制了作为商业建筑材料的应用｡吴倩芳等[6]以玻 璃纤维和玻璃颗粒为主要原料,并通过添加羧甲基纤维 素钠,用泡沫凝胶注模法制备玻璃纤维基隔热多孔陶瓷 复合材料,研究了热处理温度对其物相组成､微观结 构､机械性能和热导率的影响以及氧化钆的含量对其理 化性能和中子屏蔽性能的影响｡郭建业等[7]采用溶胶-凝 胶法在玻璃纤维毡中掺入二氧化硅气凝胶,通过SEM､ XRD､FT-IR表征了材料的结构,研究气凝胶掺入对玻 璃纤维毡隔热性能的影响｡王鹏[8]采用一步球墨法制备了钨青铜材料,并对其在隔热玻璃中的应用进行探究, 所制备的材料具有优越的近红外屏蔽性能和隔热性能｡
综上所述,为了建筑装饰玻璃红外辐射的阻隔率, 减少室内外环境间的热量传递｡本文制备了一种纳米涂 料,并结合喷涂法来提高中空玻璃的隔热性能｡通过 对隔热喷涂材料粒径的分析,并与普通中空玻璃进行对 比,确定最佳隔热膜涂层含量,进一步分析两种不同种 类玻璃下隔热性能及热舒适性,以期为建筑装饰隔热膜 玻璃的发展提供理论依据｡
1、试验
1.1 试验材料
普通中空玻璃购自江苏无锡市爱格美贸易有限公司;硅酸钙购自河南正健食品添加剂有限公司;五水氯 化锡､无水乙醇､盐酸､氨水均购自吉林省昊迪化学试 剂经销有限责任公司;去离子水为实验室自制｡
1.2 试验步骤
称取一定量的五水氯化锡,加入乙醇溶剂进行搅 拌,同时用盐酸调节pH值,然后用搅拌器进行充分搅 拌至溶解,得无色透明液体备用;将氨水进行稀释, 然后用玻璃滴管将氨水加入上述无色透明溶液中,反 应5 h;在溶液中加入硅酸钙和成膜助剂,并进行高 速搅拌形成纳米涂料备用,用喷浆机将纳米涂料喷涂 在中空玻璃上,放入烘箱进行干燥,从而在中空玻璃 上形成一层致密的薄膜｡试验装置的制作:制作尺寸 10 cm×8 cm×6 cm(长×宽×高),厚度2 cm的泡沫箱 体,用来模拟房间实际应用空间场景,如图1所示
图1 试验装置模型图
2、结果与讨论
2.1 不同温度下建筑装饰纳米隔热涂层粒径分布
通过对不同温度下建筑装饰纳米隔热涂层的粒径分布,可了解不同的煅烧温度对纳米隔热薄膜的制备, 能清晰揭示纳米材料的粒径分布,从而对建筑装饰玻 璃的隔热性能进行评估｡为此,本节试验设计不同煅 烧温度(300､500､700､900 ℃),对所制备的纳米 隔热涂层进行煅烧,采用激光粒度仪分析其粒径分布 规律｡图2显示了不同煅烧温度下建筑装饰纳米隔热涂 层粒径分布｡图2(a)纳米隔热涂层在煅烧温度300 ℃ 下的粒径多分布在70~80 nm,平均粒径为75 nm;图2 (b)纳米隔热涂层在煅烧温度500 ℃下的粒径多分布在 60~80 nm,平均粒径为67 nm;图2(c)纳米隔热涂层 在煅烧温度700 ℃下的粒径多分布在50~60 nm,平均粒 径为55 nm;图2(d)纳米隔热涂层在煅烧温度900 ℃下 的粒径多分布在60~80 nm,平均粒径为78 nm｡综上可 得出,随着煅烧温度由300 ℃增加到500 ℃,纳米隔热 涂层平均粒径整体表现出减小的趋势,曲线整体形态呈 现正态分布;当煅烧温度达到700 ℃时,纳米隔热涂层 平均粒径虽然有减小的趋势,但是整体曲线已失去正态 分布;随着温度持续增加到900 ℃,纳米隔热涂层平均 粒径出现了骤增趋势,表明在高温下会导致纳米隔热涂 层内部颗粒黏连,影响涂层隔热性能｡因此,通过调整 煅烧温度,可使纳米涂层的粒径均匀分布,为使后续玻 璃体系达到良好的隔热性能,可根据温度变化规律对纳 米隔热涂层进行颗粒优化｡
2.2 隔热膜中空玻璃的隔热性能
图3为普通中空玻璃和隔热膜中空玻璃在泡沫箱体 内60 min内的温度变化趋势,试验前5 min体系处于室温状态,故不再监测｡可看出,普通中空玻璃在5~25 min 时,泡沫箱体内的温度呈线性增长趋势,在25 min时箱 体温度达到75 ℃;在25~45 min时,泡沫箱体内的温度 增加速度逐渐变缓;在45 min以后,箱体内的温度几乎 趋于稳定状态,最终达到最高温度83 ℃｡相比较隔热膜 中空玻璃,在5~30 min时,随着时间的推移,箱体温度 同样呈现增加的趋势;在30 min之后,箱体温度持续保 持在62 ℃左右,几乎不再发生任何变化｡通过对2种不 同温度的监测可看出,在普通中空玻璃上涂刷隔热膜能 有效阻止外部热量进入箱体,起到了良好的隔热作用｡
图2 不同温度条件下对粒径分布的影响
2.3 隔热膜涂层含量对玻璃和箱体温度的影响
设计不同隔热膜涂层含量(质量分数下同)对比试 验,分析涂层含量(0%､3%､6%､9%)对玻璃体本 身和箱体温度变化趋势｡图4为不同玻璃隔热膜涂层含 量对玻璃体温度的影响,可看出随着光照时间延长,不 同玻璃热隔膜涂层表现的趋势几乎一致,在光照时间为 5~10 min时,玻璃体温度呈现线性增加趋势,在光照时 间为10 min时,玻璃体温度达到饱和状态,不再变化｡ 对比不同含量的涂层来看,随着涂层含量的增加,玻璃 体温度有所升高,值得注意的是,当涂层含量增加到9% 时,玻璃体的温度出现骤增现象,其原因主要是由于涂 层含量增加,导致玻璃体表面膜厚度增加,从而引发玻 璃体温度的增加｡
图3 不同玻璃种类在泡沫箱体内温度变化
图4 不同玻璃隔热膜涂层含量对玻璃体温度的影响
图5为不同玻璃隔热膜涂层含量对泡沫箱体温度的 影响,可以看出,涂层含量为0%时,泡沫箱体温度呈 现持续增加的状态,在光照时间为50 min时,达到最高 温度83 ℃;随着涂层含量持续增加到6%,可以明显看 出泡沫箱体内的温度随着涂层含量的增加呈现减小的趋 势,在光照时间为50 min时,与未添加涂层相比,涂层 含量3%时的泡沫箱体温度为60 ℃,同比下降了23 ℃, 涂层含量为6%时的泡沫箱体温度达到40 ℃,同比下降 43 ℃｡值得注意的是,当继续增加涂层含量至9%时, 泡沫箱体在30 min后的温度与涂层含量为6%时的温度几 乎接近,与未添加涂层相比,温度同比下降45 ℃｡
通过对不同玻璃隔热膜涂层含量对玻璃体和泡沫箱体温度的影响分析,可以看出,随着隔热膜涂层含量的 增加,玻璃体温度呈现增加的趋势,泡沫箱体内温度呈 现减小的趋势｡值得注意的是,当隔热膜涂层含量超过 6%时,泡沫箱体内的温度下降变化趋势不明显,这可归 因于,涂层含量超过一定阈值后,隔热膜涂层的隔热性 能达到饱和,对进一步降低泡沫箱体内的温度不明显｡ 在实际应用过程中,为了考虑经济性和隔热性能双重指 标,建议选用涂层含量6%进行隔热膜玻璃的制作,以实 现最佳隔热效果｡
2.4 建筑装饰隔热膜热舒适性研究
为研究建筑装饰隔热膜对人体的热舒适性,引入 PMV指标(反映人体热平衡偏离程度),人体的热负荷 越大,人体偏离舒适的状态就越差[9-12],人体7个等级的 PMV值所对应的热感觉如表1所示｡本节选取一天不同 时间段范围(上午10∶00至下午16∶00),测定太阳光 直射状态下对中空玻璃､隔热膜中空玻璃的PMV值｡
表1 PMV指标划分梯度
图6显示了不同种类玻璃在不同时间段下的PMV指 标｡可以看出,在12∶00—14∶00,普通中空玻璃泡沫 箱体内的PMV值在+2~+3,人体舒适度能够感觉到暖 的状态,反观隔热膜中空玻璃,其PMV值明显低于普通 中空玻璃,测试泡沫箱体内的PMV值在+1~+2,人体 舒适度感觉到稍暖的状态｡综上所述,2种不同玻璃种 类的PMV值相差接近0.2,这进一步说明,采用隔热膜 中空玻璃能够有效地进行热阻隔｡
图5 不同玻璃隔热膜涂层含量对泡沫箱体温度的影响
图6 不同玻璃种类在不同时间段的MPV
3、结语
1)通过对不同温度下建筑装饰纳米隔热涂层的粒 径分布研究,得出随着煅烧温度的增加,隔热涂层的 平均粒径呈现先增加后减小的趋势,当煅烧温度达到 500 ℃时,体系粒度分布较均匀,后续可通过对煅烧温 度的控制,调节建筑装饰纳米隔热玻璃的隔热性能｡
2)隔热膜中空玻璃具有优越的隔热性能,隔热性 明显优于普通中空玻璃,能够有效阻止外部热量,提高 玻璃的隔热性能｡
3)隔热膜涂层含量对隔热性能有一定的影响,从 玻璃体自身温度和泡沫箱体温度双种指标分析,当隔热 膜涂层含量为6%时,隔热膜中空玻璃的隔热性能最优｡
4)隔热膜中空玻璃能够有效改善泡沫箱体内的热 舒适环境,与普通中空玻璃相比,其PMV值整体下降 0.2,能够有效降低人体对太阳辐射的感觉,本研究可为 建筑装饰玻璃隔热性能的优化提供研究基础｡
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文章来源:邱自军,高振轩.建筑装饰隔热膜玻璃隔热性能及热舒适性研究[J].建筑施工,2024,46(12):1960-1962.
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2025-09-07我要评论
期刊名称：建筑节能
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主办单位：中国建筑东北设计研究院
出版地方：辽宁
专业分类：建筑
国际刊号：673-7237
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2024-12-27
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