基于功能化玻璃的室内节能调控研究开题报告

1. 研究目的与意义

目前，随着全球各地气候变暖日益严重，因而节能环保被各国政府十分的在意。而节约能量中相对重要的是建筑的二氧化碳的排放，建筑物为了维护室内宜居而对能源的浪费。主要手段就是夏季空调制冷，冬季空调制热。而在建筑能量损耗中，通过玻璃门窗的能量损耗占全部的建筑能量损耗的40%~50%。 由此可见室内节能十分重要。

室内节能主要通过改善空调系统的效率来降低能量损耗，还有就是通过门窗对太阳能的调控来实现，而门窗对太阳能的调控以及对屋内物品热辐射的反射绝大部分是同通过玻璃来进行调控，所以玻璃的性能对室内节能至关重要。目前主流的节能玻璃是低辐射镀膜玻璃，也叫low-e玻璃。低辐射镀膜玻璃是一种对波长范围在4.5微米到25微米的远红外线具有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃是在玻璃基片上镀上金，银等类的功能性金属或者金属氧化物膜层以及其他介质层，使其具有高可见光透过率，较高的热辐射反射率，阻止因温度不同引起的热辐射的传递^[1]。低辐射镀膜玻璃从工艺上分为两类在线低辐射玻璃和离线低辐射玻璃两种。离线低辐射镀膜玻璃是采用磁控溅射方法来镀膜。根据不同地区常年的天气情况来决定玻璃的性质。在冬季或高纬度地区，需要让屋外的太阳辐射能量进入到屋内，也要降低屋内与屋外的热交换损失的能量。要达到白天可以让太阳光中的短波光进入室内，室内物品被太阳光加热后，又以长波的方法向外辐射，而向外辐射的长波会被玻璃反射回室内。在晚上，屋内的物品的热辐射也要被玻璃反射回去^[2]。而在夏季或者低纬度地区，需要减少太阳光辐射进入室内，也要降低屋内与屋外的热交换，普通玻璃具有高透射率，将太阳光的大部分能量带进屋内。所以需设计出的玻璃可以使大部分的可见光透射进屋内，同时也将红外线反射到室外，也要具备良好的隔热性能，从而降低屋内屋外的热传递。低辐射玻璃也存在一些问题例如双银低辐射玻璃存在干扰色问题，影响客户的满意度，可以合理控制生产工艺来控制^[3]，往双银低辐射玻璃中掺入铜，不仅可以保证双银低辐射玻璃的性能，也可以改变玻璃的颜色，让客户跟满意^[4]。而低辐射玻璃的可加工性很差，机械性能也很差，则需在其表面si₃n₄掺入一定比例的氧可有效提高低辐射玻璃的机械性能^[5]。低辐射镀膜玻璃在中空除膜时，其效率低而且很容易造成废品的现象。须在低辐射玻璃中硬质保护层其中金属锆靶表现优异不仅使其具备普通低辐射玻璃的节能性，也具备了膜层牢固度高的优点和可加工性好的优点^[6]。

本课题不考虑空调系统的效率，主要从门窗选用的玻璃的性能方面入手，而玻璃上所镀上的薄膜的功能以及玻璃的种类，结构是影响玻璃节能性能的重要因素。先从薄膜来说，薄膜一般结构是介质/金属/介质。对于节能来说要具备对可见光高透对中远红外高反的性质。所以金属材料首选银，因为银对可见光具有高透，低吸的特性，也对红外部分具有高反的特性。在制作金属层要使其很薄，来提高其对可见光的透过率，表面要很光滑，来提高其对红外的反射率^[7]。介质层应选与银适配的材料来做，所以用zns来做介质层，zns可以和银很好的结合，而且zns本身有很好的密封性，具有较宽的透射波段。银金属层的厚度对可见光的透过率有影响，需选取合适的厚度。高红外反射膜也是一种选择（利用溶胶-凝胶法制成的二氧化硅，二氧化钛薄膜）^[8]。也可用溶胶-凝胶结合电子束蒸发法制备宽带增透膜mgf₂/sio₂^[9]，提升其对可见光的透过性。从玻璃种类结构来说，我们可以采用普通单层的玻璃，低辐射玻璃来比较玻璃种类对节能性能的影响，也采用单银低辐射镀膜玻璃，双银低辐射镀膜玻璃来比较膜层数对玻璃节能性能的影响，采用普通透明玻璃与普通透明中空玻璃来比较中空结构对玻璃节能性能的影响。

2. 研究内容和问题

节能环保是目前世界经济发展中提倡和践行的主流方向，受到全世界各国政府的高度重视。在节能减排中一个比较重要的一环是建筑物的节能环保。建筑物的碳排放主要集中在夏季的空调制冷和冬季的室内保暖。因此，如何降低建筑物与外部的热交换是减少碳排放的重要环节，而这一环节中最主要的因素是窗户玻璃。因此如何设计和使用热交换低的的窗户玻璃是建筑物节能减排中的一个重要课题。在本毕业设计中，分析和讨论利用不同玻璃以及中间介质层的情况下室内节能的效果，并设计一种能够把热交换最小化的窗户玻璃方案。

3. 设计方案和技术路线

在文献调研和相关技术资料的查阅前提下。通过理论计算分析不同玻璃对室内节能特性，讨论不同结构的玻璃在不同地区不同环境下的节能特性性，设计能够把热交换最小化的窗户玻璃方案并进行设计方案的可行性分析。

4. 研究的条件和基础

前期课程中已经学习了基础物理、工程光学等相关课程以及光学设计软件的使用方法，具备了进行该毕业设计所需要的相关知识。其他相关关键材料的参数可进行理论计算或者可以在互联网上进行查询。