学号：20926096 姓名：吴玲
1. 概述
1.1节能玻璃的定义
节能玻璃是人们将某些玻璃的性能与普通玻璃比较后提出的。一般认为，节能玻璃指具有隔热和遮阳性能的玻璃[1]束线带。
1.2镀膜玻璃的定义
镀膜玻璃是指在玻璃表面涂覆一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，通过镀膜以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求[1]。玻璃镀膜改变了玻璃对光线、电磁波的反射率、折射率、吸收率及其他表面性质，赋予玻璃表面其他性能。 1.3节能薄膜的节能原理
一般而言[2](06年)，普通无玻璃是一种良好的建筑材料，用它做窗户，既美观又实用，能透过90%左右的太阳辐射。但是它在透过可见光的同时，也透过近红外线和部分中远红外线，这种无选择的透过性使得普通玻璃成为建筑能耗的主要泄露源。据统计[3]，建筑物中通过门窗散失的热量占整个建筑物采暖和制冷能耗的50%，而通过玻璃流失的热量就占整个窗户的80%左右。 节能建筑玻璃应该能够控制太阳辐射和黑体辐射。太阳辐射按不同波长可分为紫外、可见、红外三个区域，其能量主要集中在0.38um-2.5um可见近红外区，它们占整个太阳辐射的97%之多；对于一个建筑物，其室内的热量来源除了通过门窗玻璃进入室内的太阳光产生的热量之外，房间的取暖设施及房间的物体发出的热量，也就是所谓的黑体辐射，也是很重要的一部分热量，这一部分热能在寒冷的冬季尤为宝贵。图1-1主动防御是太阳辐射和黑体辐射的能量分布图[4]
图1.1 太阳辐射和黑体辐射能量分布示意图
从图中可以看出，太阳辐射的热量有近50%由波长为800-2500nm的近红外波段的辐射携带。在夏季或者日照充足的地区，这部分能量通过建筑门窗的玻璃辐射进入室内，使室内温度上升，增加了制冷设备的负荷和能源消耗。阳光控制镀膜玻璃在近红外光区有较高的反射率，采用阳光控制镀膜玻璃作为窗玻璃使用时，阳光控制薄膜可以把近红外波段携带
的能量阻挡在窗外，维持室内的清凉，节省空调等制冷设备的能源消耗。同时，房间内部的取暖设施以及物体也在不停地向外辐射能量，这种辐射成为黑体辐射。图1.1也给出了这种黑体辐射分布的范围，在正常的室温范围内，这种黑体辐射主要分布在波长为2500nm-5000nm的波段范围内。对于寒冷的冬季或者日照稀少的地区来说，这部分黑体辐射可以提高室内的温度。低辐射镀膜玻璃在中远红外波段具有较高的反射率。当采用低辐射镀膜玻璃作为门窗玻璃使用时，低辐射薄膜可以将室内的黑体辐射反射回室内，提高室内的温度，减少取暖设施的能耗，达到节能的目的。
高压喷雾器1.4 节能玻璃的分类
目前的节能玻璃主要有低辐射薄膜玻璃、阳光控制薄膜玻璃以及新型的变节能玻璃。
2 阳光控制镀膜玻璃
阳光控制玻璃又称为热反射玻璃，是对波长范围350-1800nm的太阳光具有一定控制作用的镀膜玻璃。一般是通过在玻璃表面镀覆金属或金属氧化物薄膜[5]，以达到大量反射太阳辐射热和光的目的，热反射镀膜玻璃具有良好的遮光性能和隔热性能。
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2.1 阳光控制玻璃的节能原理
根据德鲁特（Drude）理论可以知道，对于满足ω＞＞γ（）的长波高反射膜，红外反射率RIR随电阻率ρ的减小而增大。另外，在膜的厚度比较小时，方块电阻Rs越小，红外反射率RIR就越大，并可用近似公式表示为[6]：
阳光控制薄膜一般都是导电性能良好的薄膜，良好的导电能力能够保证其在近红外光区拥有较高的反射率，从而保证了其阳光控制功能的实现。
这种玻璃在近红外光区有较高的反射率，这种玻璃能够反射太阳光中占太阳辐射总能量50%的近红外波段。在炎热的季节或地区，能够阻止太阳辐射中的热量通过门窗进入室内，达到隔热的目的，可以减少在炎热的季节或地区制冷设备的能耗。图2-1是3mm平板玻璃与某种6mm热反射玻璃的能量透过比较[7]。
图2-1 3mm平板玻璃与6 mm热反射玻璃的能量透过比较
由图2-1可以看出, 3mm厚的普通透明玻璃对太阳辐射能具有87 %的透过率,白天来自室外的辐射能量大部分可透过,导致在炎热的夏季空调费用的增加; 6mm厚的热反射玻璃有较强
烈的热反射性能,可有效地反射太阳光线,合计接收能量为33%,在日照时,使人在室内感到清凉舒适。
热反射玻璃主要起隔热作用。热反射玻璃的反射率越高,说明其对太阳能的控制越强,但玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低,影响采光效果。在夏季光照强的地区,热反射玻璃的隔热作用十分明显,可有效衰减进入室内的太阳热辐射。但在无阳光的环境中,如在夜晚或遇阴雨天气,其隔热作用与白玻璃无异,从节能的角度来看它不适用于寒冷地区。
2.2 阳光控制膜的膜层结构和材料
热反射膜由单层或多层膜系构成，单层膜已很少见 ，通常由三层膜组成，表层为保护膜，第二层为金属或金属化合物，第三层为金属氧化物膜。因为它能保证幕墙玻璃获得优良的光学特性[1]。
（1）金属膜
有Cu、Ni、Cr、Fe、Sn、Zn、Mn、Ti.
（2）贵金属膜
如Au、Ag、Pb等，为降低成本，目前很少用贵金属单层膜，通常用多层膜。如用金做反射层，以Cr20%，Ni80%作吸收层的热反射玻璃，其透过率为20%-60%。
（3）合金膜
包括贵金属合金、不锈钢及其他合金。如Cr3%, Ce2%的AU合金膜，对阳光全辐射的反射率为51.6%，透过率为24.6%。由Ti- NiCr合金组成的双层膜系第一层为Ti膜，厚12-18nm，第二层为NiCr合金膜，厚6-10nm；NiCr合金的组成范围是Ni45%-83%, Cr12%-28%。以Ni70%-80%、Cr12%-20%为好。镀钛膜和NiCr合金膜可采用真空沉积法和溅射法，太阳辐射线的反射率为32%-39%，透过率为5%-10%，可见光的透过率为5%-10%，耐磨损和耐侵蚀性都很好。
（4）氧化物和金属合金膜
如Bi2O3/Ag/Bi2O3膜系，第一层为Bi2O3膜厚40nm，与玻璃紧密结合；第二层为Ag膜厚10-20nm，起反射作用；第三层Bi2O3膜厚40nm，起保护作用。
我国近年来热反射镀膜玻璃在宾馆、饭店、商业场所用到的较多，随着节能问题的日益突
出，热反射镀膜玻璃在南方民用住宅中也得到了应用[8][9]。
3 低辐射镀膜玻璃
低辐射镀膜玻璃是一种对波长范围是4.5-25um的中远红外线有较高反射比的镀膜玻璃[5]。
3.1 低辐射玻璃的节能原理
材料表面对任意波长的发射率与黑体表面的发射率之比称之为该材料的发射率，根据基尔霍夫定律，相同温度下材料的发射率与吸收率相等。据此可知良好的吸收体也是良好的发射体。由于玻璃不透红外，因此玻璃对红外波段的电磁波只有吸收和反射。设R为玻璃表面对电磁辐射的反射率，1-R则为吸收率。ɛ表示玻璃表面的辐射率，根据以上定律显然有
ɛ=1-R
此式表明对红外辐射具有高反射率的材料也就具有低的辐射率，反射率越高，辐射率越低[10]。
低辐射膜本质上是一种透明导电膜，在可见光波段有良好的透光性，对红外光有很高的反
射性，它的光学特性与电学性能密切相关[11]。
当电磁波射入散射体，由于电磁波的磁场作用，在散射体的表面层，垂直于磁场方向会产生感生电流。这种感生电流形成波源，在感应电流周围连续发出磁场和与其垂直的感生电场。这种向电磁波到来方向辐射的现象就是电磁波的反射。导体中的电子密度由于热的波动而产生稀疏部分，发生使其还原状态的电场。凭借这种电场，电子向密度小的地方移动。但是由于惯性，电子会产生振动，这就是等离子体振动。
由Drude理论[12]可知，自由电子吸收的最大等离子波长可用下式表示：
式中N是自由电子浓度，ε0、εl分别是真空介电常数和薄膜的高频介电常数，γ为阻尼系数，γ=e/m*μ，μ为自由载流子迁移率，m*为导带中自由电子有效质量，e为电子电荷。λp对光波起截止作用，位于可见近红外光处。膜对波长较大的波段（λ>λp）高反射；对波长较小的波段（λ＜λp）高透射。红外反射分光曲线从接近λp的短波长端向长波长端呈迅速上升趋势，μ值越大，其上升速度就越快，曲线坡度越陡。这种低频和高频反射率情况的突
bs认证变为等离子共振。在光波高频或短波辐射的情况下，由于电场变化太快，等离子体跟不上响应，因此出现对可见光波段的透过。而在低频或长波长辐射情况下，电场变化较慢，等离子体对电场有响应，因此对红外反射的就高。
低辐射薄膜玻璃对中远红外具有双向反射作用，既可阻止室外的热辐射进入室内，又可以将室内物体产生的热能反射回来，从而降低玻璃的传热系数，这种玻璃对中远红外的辐射率极低，最低可达到0.04，故对中远红外光区有较高的反射率，可以防止玻璃吸热后升温以辐射等形式向外散热，从而达到节能的效果。可以在寒冷的季节或地区阻止室内物体的黑体辐射通过门窗耗散，达到保暖的目的。
3.2 低辐射膜的膜层结构与材料
低辐射薄膜主要有两种类型，一种是以电介质/贵金属/电介质为主构成的多层复合薄膜，另一种是以宽禁带半导体为主的单层透明导电薄膜[1]。
3.2.1电介质／金属／电介质多层复合低辐射玻璃
以电介质／金属／电介质为主的多层复合低辐射膜玻璃己成为目前世界上最为广泛使用的
低辐射玻璃。主要有离线生产膜和在线生产膜。
目前离线的低辐射镀膜玻璃一般采用真空溅射法生产。这种低辐射玻璃的基本结构如图3-1所示[13]
图3-1离线低辐射膜系的基本结构图
(1)第一层介质膜一般是绝缘膜。一般采用锡、钛或锌的氧化物（SnO2、TiO2、ZnOX）或氮化硅（SiNX），这层膜具有防止日光中可见光和红外线部分的反射，调节膜的光学性能；同时提高了功能膜与玻璃表面的附着力[14-17]。
(2)功能膜金属层在多层低辐射体系中起关键作用，它决定整个膜系的辐射率，并直接影响膜系的透射比和反射比[18]。一般采用金、银、铜、铝等金属元素作为该层膜的材料。从生产成本考虑，用银、铜、铝更经济些。银的抗氧化性比铜、铝好些，通常用银做该金属层的材料，但由于银膜质地软，易划伤，且与玻璃基板的结合力差，加上在空气中易受水气腐蚀，因此银膜两侧需加介质层起保护作用。该层膜是长波热能最好的反射体，也是决定低辐射玻璃透过率和和反射率的重要膜层之一，它可以把室内的热量反射回去，也可以减少阳光中的有破坏性作用的紫外线进入室内。
(3)外层介质膜是金属氧化物膜或类似的绝缘膜，它是减反射膜，也是一层保护膜。在可见光和近红外太阳能光谱中起减反射作用，以提高太阳能透射比，同时保护银膜，提高膜系的物化性能。另外在银膜和外层介质膜之间通常加入很薄的一层金属或合金膜(如Ti或NiCr等)作为遮蔽层[19]，其作用是防止银氧化而失去低辐射功能。
