浅谈在节能建筑中纳米透明隔热涂料的应用
【摘 要】主要介绍了纳米透明隔热涂料的作用、特点以及在现代节能建筑玻璃上的应用。为实现节能建筑的经济适用、环保节能提供了新的思路。
【关键词】纳米透明涂料;节能型建筑;透明树脂;应用
0.引言
能源和环境问题是全人类、全社会共同关心的焦点，节能减排成为解决能源短缺和防止环境恶化的具体要求。在建筑行业，我们正积极的、努力的推行节能型建筑，从而改善人们的生活环境和节约能源。近年来，纳米透明隔热涂料因其透明度高、隔热性能良好、价格低廉而被广泛运用于节能型建筑玻璃上。有效的解决了建筑内部温度高、隔热型建筑玻璃造价高、空调能源消耗大等问题。纳米透明隔热涂料具有极高的应用价值和广阔的市场前景。
1.纳米SnO2对太阳光的选择性机理
太阳光能量辐射主要有：紫外线、可见光和红外线，其中可见光和红外线占据太阳光辐射能量的95%，然而红外光对人的视觉没有意义，有效隔断红外光，可以大大降低太阳的辐射能量，有效减少建筑对太阳光能量的吸收，从而减少人们为追求舒适生活造成的电力浪费。
纳米SnO2是四方金红石结构，属绝缘体，由于存在晶格缺位，属N型半导体。如果将纯SnO2中加入一定量的五价元素，如铟、锑、砷等，不但可以提高电导率，而且对太阳光具有良好的选择性。其作用机理是：在太阳光谱中，波长在400~800 nm的可见光区，其透过率不受影响;波长在400 nm之前的紫外线区，其吸收率为90%；波长在800~2500 nm的近红外区域，由于太阳人射光的频率高于纳米氧化物的振动频率，引起了其离子的高反射，对分布于红外波段占43%的太阳能量起反射阻隔作用，从而表现出对太阳光谱的选择性。
2.纳米隔热在节能建筑中的应用机理
在普通建筑当中，45%的太阳辐射能量都是通过玻璃传到内部的，如果要控制建筑内部温度，又减少空调资源的浪费，就必须在玻璃上采取保温措施，纳米透明隔热涂料就是一种最好的选择。
(1)纳米透明隔热涂料在玻璃上使用方法。一般采用纳米微层涂敷将纳米透明隔热涂料涂敷在建筑物的玻璃表面，不改变玻璃的透光性,并有效吸收紫外线和反射红外热辐射，使玻璃更美观和清亮。一般玻璃表面涂膜厚度在20~30μm之间，就可以有效的过滤太阳光辐射热，使建筑内温度与建筑外温度相差6~10度。(2)纳米透明隔热涂料透明度的解决方法。为了不影响玻璃的透明性,我们选用高分子树脂作为成膜载体，将纳米SnO2合金粉粒子均匀分布于透明树脂涂膜中，最大限度保玻璃门窗的透明度，并且从外面看时，玻璃散发着淡淡的蓝光，十分美观。同时，纳米透明隔热涂料在保证可见光透过的同时，还能反射波长较长的室内暖气热辐射,有利于采暖效果和阻挡室内热能通过玻璃门窗传导外泄,减少冬季室内能量的损耗,以达到冬暖夏凉的节能效果。
3.纳米透明隔热涂料的特点
(1)纳米透明隔热涂料相比那些贴膜之类的隔热材料，力学性质显著提高。纳米涂料颜填料采用纳米级颗粒单位，大小分布在涂膜中时，因为纳米微粒与成膜物比界面大，结合力强，使膜具有更高的硬度。此外，纳米微粒可降低涂膜干燥中的残余内应力，从而提高涂膜的附着力。由于纳米导电氧化物呈四方金红石结构，化学性质稳定，涂膜干燥后，能很快形成网络结构，使涂膜的强度，光洁度都非常高。(2)纳米透明隔热涂料抗老化、耐腐蚀性能非常好。在长期受紫外线的照射过程，普通涂料很容易产生涂膜的粉化、褪色等现象。而将纳米材料添加到涂层中，利用纳米微粒的光学效应能明显提高涂膜的抗老化、耐腐蚀性能。由于纳米微粒粒径小，对不同波长的光线会产生不同的吸收、反射、散射等作用。纳米微粒的粒径远小于可见光的波长，具有透过作用，从而保证了涂料有较高的透明性。纳米微粒对紫外线则具有较强的吸收作用，可显著提高涂料的耐候性和耐老化性能。(3)纳米透明隔热涂具有自清洁能力。纳米材料具有极大的比表面积，近似于大分子水平的粒径决定其具有很高的表面活性，表面活性中心的增多可提高其化学催化和光催化的能力，在紫外线和氧的作用下可赋予涂层自清洁能力。同时，表面活性中心与成膜物的官能团发生化学键合，获得同时憎水和憎油的双重特性，可使涂膜表面具有自清洁和防雾功能。
4.纳米透明隔热涂料的价值取向
当前建筑中玻璃节能改造主要有以下几种：
(1)利用2~3片普通玻璃与空气层构成的中空玻璃。这种玻璃造价低廉、隔热性能较好，在北方较冷的地方被广泛采用，由于这种玻璃不是普通玻璃构成，不具备光的选择性，所以隔热性能不佳。(2)在玻璃上镀一层金属、非金属及其氧化物保护膜。这种膜对太阳光具有一定的反射作用，可以达的阻断辐射热的目的，但的由于其不但反射红外光，还反射可见光，严重影响玻璃的透明度，在晚上更为明显。另外由于镀膜内含有毒有害的辐射物质，不宜被广泛采用。(3)在玻璃上贴保护膜，这是目前实现玻璃节能较有效、较好的方法。但贴膜价格高昂，质量良莠不齐。
例如3M公司生产的一种建筑用透明隔热贴膜，透明度高，隔热性能宜佳，便每平米要300元人民币，这是普通居民家庭很难接受的，何谈广泛采用。而国内各贴膜生产厂家，技术实力实在不敢虚夸，不是颜色深影响透明度；就是透明度达到了，隔热效果以不行了。纳米透明隔热涂料作为一种新型高科技产品,良好的隔热性可以减小空调负荷,改善室内的建筑热稳定性和热舒适度；低廉的价格可以满足不同阶层的需要；在创造价值的同时也美化了环境，一举三得。
5.纳米透明隔热涂料的前景应用
随着我国节能减排工作的不断深入，建筑节能的重要性和紧迫性还将日益凸显，已成为国家节能减排工作的重点。2005年党的十六届五中全会上通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》，确定了到2010年全国城镇建筑总能耗要基本实现节能50%，到2020年北方和沿海经济发达地区和超大城市要实现建筑节能65%的目标”。 到目前为止，我国城镇建筑节能源不超过30，其中45%的能耗是通过门窗玻璃传递的，然而我国对纳米透明隔热涂料的利用率不超过10%。随着人们对居住要求的提高和建筑水平的进步，各种玻璃在住宅中应用的比例呈现明显上升的趋势。尤其是近年来，为了改善房间的外视景观，许多住宅和公共建筑都采用近乎密闭的大玻璃窗、落地玻璃门、阳台外飘窗，这就增大了玻璃的使用量。目前，我国公共建筑总面积大约为45亿平方米,其中99％都属于高能耗建筑。如果我们投入这方面的改造的话，利润空间非常大。
6.结束语
纳米透明隔热涂料物美价廉、特点突出，有效的解决了玻璃既要透明又要隔热节能的难题。纳米透明隔热涂料运用在建筑普通玻璃上，经济实惠、节能环保。