智能窗户上热致变色薄膜的性能、材料与涂层技术外文翻译资料

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智能窗户上热致变色薄膜的性能、材料与涂层技术

摘要

在建筑上有大量能量用来维持房间的温度，由于窗户辐射，损失了其中很大一部分能量，玻璃表面的智能涂层和对光谱有选择透过性的薄膜是这一问题的革命性解决方。热致变色智能玻璃通过改变其颜色与光学性能来应对温度变化，而热致变色玻璃的性能、材料、涂层技术与能量模型在之前的研究中也有陈述。有不同掺杂剂（钨、氟、金纳米颗粒等）的V涂层的作用机理十分复杂，大量的沉积技术特别是混合化学气体沉积（AA/APCVD）与物理气体沉积(PVD)也有相应研究。不同的掺杂剂与沉积技术对金属—半导体转变（MST）以及转变温度有不同的影响。在可见光与红外光谱中透过率与反射率的变化是不同热致变色玻璃性能的检验标准。

符号说明

1. 介绍

在建筑中有大量能源用来维持房间的温度，这些能源大部分都用来提供空调系统的运转。在发展中国家用于建筑的能源达到了总能源消耗的20%--40%，2010年美国主要能源的41%被用于建筑部分（作为全球第二大能源消耗国，达到了全球建筑能耗的19%），建筑能源消耗达到的世界能源消耗总量的7%。在建筑上消耗的能源大约有60%被用于房间加热、制冷、照明以及通风设备。中国作为世界能源消耗最大国，在2006年的能源消耗占全球26%，预计在2020年达到30%。在炎热或潮湿地区，建筑能源消耗更是占主要地位，在一些国家达到了总发电量的三分之一。

另外，建筑能耗是美国40%、中国18%、世界8%与能源相关的二氧化碳排放的罪魁祸首。因此，节能措施应该用来减少建筑能耗以及二氧化排放。

有两种节约建筑能源的策略--积极地方法与消极地方法。改善空调系统和建筑照明能极大地提升建筑能源使用效率，然而通过在墙壁中增加保温层、在屋顶用冷却涂料、采用表面带涂层的窗户等方法改变建筑外壳的性能都是属于消极措施。墙壁、屋顶、开式窗等将户内与户外分隔开的建筑元素称为建筑外壳。

窗户是广为人知的能源使用效率最低的建筑结构，通过提升窗户的热物理性质可以防止这些能源损失，并降低电能损耗、减少温室气体排放。在控制红外辐射的传输的同属，一个完美的窗户应该可以保证透过充足的可见光。影响热能透过窗户的重要参数包括户外情况、阴影、建筑方位、窗户的类型与安装地方、玻璃性质特性。提升窗户透过率和太阳能参数等玻璃特性是作为建筑窗户的最重要标准。为了达到建筑能源改善的最低要求，一些国际标准也被用于评估窗户性能，ISO 10291：1994、ISO 12567:2005、ISO 9050：2003、ISO 14438：2002就是这些标准的代表。

基于国际标准（ISO 9050），光透过率、太阳能直射透过率、总太阳能透过率以及相关的玻璃因素是决定建筑玻璃的光学性能、能量性能的重要参数。一些基于这个标准（或者它的欧洲标准 410）的实验也有大量研究，用来确定带涂层的玻璃产品的光学性能、模拟考虑了角度的窗户的太阳能透过率并计算太阳能控制参数。

一般来说，国际标准详细说明了加入世界市场的条件和必备特性，国际标准可以直接使用或者根据当地条件修改后使用。有许多与窗户的能源性能、照明性能相关的本地或国际标准，其中一些在表1中。

表1

窗户能源与照明性能标准

玻璃的热动力学和照明电势应该被考虑在建筑能源计算中。建筑外壳的能源效率通常是根据一栋建筑不同隔间的温度差与热通量的比例（热阻）或在特定情况下一栋建筑的热传导率（传热系数）来计算的。在寒冷的天气里，低的传热系数或高的热阻阻止热量从建筑中逃逸；在炎热的天气里，高的传热系数或低的热阻能阻止热量进入建筑。

1. 智能窗户

智能窗户，即可以阻挡部分不需要的太阳能辐射，并给建筑提供更高的能效水平的一种窗户。能量性能可以通过动态改变窗户的辐射性能和热物理性，在寒冷的天气提高热输入、在炎热的天气降低热输入得以改善。在玻璃表面增加可控的吸收层可以通过控制入射太阳光的热通量来改变玻璃的光学性能。因此，智能窗户可以减少空调系统的能源消耗以及建筑的耗电量。

现在有许多先进的智能玻璃用来满足节约能源的目的，包括低辐射涂料、微型百叶窗、电介质—金属—电介质（D/M/D）薄膜以及包括电致变色窗户（ECW）、气致变色窗户、液晶玻璃、悬浮粒子设备(SPD)、热致变色窗户(TCW)等在内的可切换反光设备。

低辐射涂层是光谱选择性薄膜，可以使可见光通过并阻挡产生热量的红外光与紫外光。由于其高红外反射率，这种玻璃已经被大量生产并在过去二十年中被人们研究了大量不同性质。目前有两种典型的低辐射涂层：基于表面硬质薄膜的二氧化锡；有高红外反射率、比第一种更低的透过率，基于表面软涂料的银。然而，表面硬质薄膜的可见光透过性会提高二氧化硅抗反射率的性质。

玻璃上的D/M/D薄膜表现出极大的节约能源性能，其原因在于金属层能反射红外辐射，而两层抗反射性电介质膜可以使可见光与近红外辐射透过。D/M/D薄膜的设计、制作、性能也被许多研究员彻底研究并不断优化。除了优化薄膜的性能外，不同的材料与制造技术所需费用也十分重要。

可切换反光设备（也被称为动态窗户）分为被动和主动节能系统。在被动设备中，转换设施根据环境情况自动激活，这种环境情况在光致变色窗户中是光，在热致变色玻璃中是温度和热量。而主动系统需要一个外部触发机制来实现转换。例如，在电致变色玻璃中，电是激励信号。与被动系统相比，主动可切换玻璃系统提供补充选项，然而，主动系统依靠能源和电线可以被看做一个缺点。含铬材料、液晶、悬浮粒子窗户是三种最常见的主动控制智能窗户，后两种窗户有一个共同缺点--启动透明模式时

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