CN113027016A - 一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，包括温控开关、电源、温度传感器、框架和双层中空玻璃；双层中空玻璃包括室内侧玻璃、室外侧low‑e涂层玻璃；室内侧玻璃和室外侧low‑e涂层玻璃之间填充氩气形成氩气层；透明导电涂层涂覆在室内侧玻璃内侧，透明导电涂层边缘涂覆有导电银浆层，稀土纳米隔热涂层覆盖在透明导电涂层和导电银浆层上；双层中空玻璃安装在框架上；框架上设有导电银浆连接处，导电银浆连接处与温控开关和电源形成闭合回路；双层中空玻璃上设有温度传感器，温度传感器与温控开关连接。该幕墙通过电热、隔热蓄热与自热的模式，减少幕墙原有厚度和重量，同时实现防结露、节能的作用。

Description

一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙
技术领域
本发明涉及建筑用外墙装饰材料领域，尤其是涉及一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙。
背景技术
被动房是一种全新的节能建筑房屋，是通过充分利用可再生能源是所有消耗的一次性能源总和不超过120千瓦•小时/（平米.年）的房屋。被动房建筑的大范围推广与普及将大大降低全社会的建筑能耗与碳排放，对我国经济发展具有重要意义。然而，实现如此低的建筑能耗并不容易，需要极大提高现有建材，尤其对于现代大型高层建筑，基本都采用玻璃幕墙作为建筑的外墙围护，这对玻璃幕墙的隔热性能是极大的考验。
降低建筑能耗，对于全社会实现“碳达峰”，“碳中和”以及绿色发展具有重要意义。目前建筑能耗主要在于温度调节设备的使用，如夏季空调和冬季取暖设备的大范围长时间使用。根本原因在于建筑内外墙，地板，屋顶以及玻璃门窗等墙体部件保温性能差，难以有效阻止热量在室内外间的交换。而在建筑物众多墙体部件中，玻璃幕墙保温性能最差，这是因为玻璃幕墙在保证可见光透过的同时，也促进了红外辐射能量的传递。
在现有技术中，提高玻璃幕墙隔热性能的常用方法有两类，第一类是在玻璃表面沉积具有红外反射性能材料，如利用磁控溅射在玻璃表面沉积纳米级银层实现对红外线的反射，即Low-E玻璃。然而，这种方法需要采用磁控溅射等大型加工设备，需要在玻璃出厂前在工厂完成镀膜处理，不适合进行现场施工处理。另一方面，因为银单质的自身性质，将其暴露于空气中会迅速氧化，从而失去红外反射性能。目前Low-E玻璃普遍采用双面中空玻璃的设计结构，并且在中空层内充有惰性气体来抑制银层氧化，然而，在长期使用中，Low-E玻璃仍然会因惰性气体漏气而失效。
第二类方法是在玻璃涂刷具有红外吸收性能的涂层材料。W02005059013A1公开了一种阻断红外光透射的聚合物薄膜制备方法。该发明将具有红外吸收性能的氧化铟锡(ITO)材料研磨分散至聚乙烯醇缩丁醛与二甲基甲酰胺体系，然后通过印刷方式至玻璃表面，使玻璃具有良好的隔热性能。CN101792636A公开了一种UV固化的水性隔热纳米复合涂层材料，固化后得到的薄膜具有良好的透明度和隔热性能。CN107502085B制备了一种M-CuxSy材料，将其分散并涂覆在基底表面后，能够提高基底的红外阻隔性能。
这类方法是利用红外吸收材料选择性地吸收某一波段的红外线实现隔热，但仍存在问题。一方面，现有技术中通常只对800-2500 nm之间某一个波段红外线有较强吸收作用，如ITO材料只对1800-2500 nm红外线有较好的吸收性能。而太阳光在800-2500 nm近红外波段都具有能量分布，因此，市场需要一种能够在近红外全谱波段都具有较好吸收性能的涂层配方。另一方面，当室外温度低于室内温度时，这类材料保温性能较差。这主要是由于当室外温度低于室内温度时，热量首先会以远红外线的形式由玻璃内侧向外侧辐射，这使得靠近玻璃内侧的空气温度会低于室内平均温度，并形成温差。在这种温度梯度的作用下，热量会通过热对流的形式由室内高温区向低温区流动。最终，幕墙玻璃会成为整个房间的热量出口，使热量源源不断地传输到室外。而这种涂层只能对近红外线具有较好的吸收作用，对室内的保温作用极其有限。
综上所述，市场需要一种新型玻璃幕墙，需要幕墙有更好的隔热性能，尤其是对近红外光的防护性能，且要避免光污染的出现。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，通过电热、隔热蓄热与自热的模式，减少被动窗原有厚度和重量，同时实现防结露、节能的作用。
一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，包括温控开关、电源、温度传感器、框架和双层中空玻璃；
所述双层中空玻璃包括室内侧玻璃、室外侧low-e涂层玻璃、透明导电涂层、导电银浆层、稀土纳米隔热涂层；所述室内侧玻璃和室外侧low-e涂层玻璃之间间隔12mm，并且中间填充氩气形成氩气层；所述透明导电涂层涂覆在室内侧玻璃正对室外侧low-e涂层玻璃的一侧，透明导电涂层边缘涂覆有厚度为1.5-100nm的导电银浆层，所述稀土纳米隔热涂层覆盖在透明导电涂层和导电银浆层上；所述稀土纳米隔热涂层的厚度为0.5-80nm，所述透明导电涂层的厚度为0.3-90nm；所述透明导电涂层由PEDOT:PSS与树脂混合，并加入紫外线吸收剂、固化剂搅匀后形成，PEDOT:PSS与树脂的混合比例为（0.5-3）:2；
所述双层中空玻璃安装在框架上，导电银浆层上还焊接有电极及连接电路；所述框架上设有导电银浆连接处，导电银浆连接处与温控开关和电源形成闭合回路；所述双层中空玻璃上设有温度传感器，温度传感器与温控开关连接。
透明电热层的目的是使玻璃表面形成一层导电层，通过施加电流使电热层发热。其作用在于当室外温度低于室内温度时，通过电热效应对靠近玻璃内侧的空气轻微加热，这会降低靠近玻璃层空气与室内空气的温度梯度，并有效抑制室内空气向近玻璃侧空气的热对流作用，为热量由室内向室外流动提供了一个有效的屏障，起到保温作用。
相比于传统的电阻丝材料，透明导电涂层材料可以避免其对玻璃透光性与美观的破坏。
导电层的作用是串联整个玻璃，并粘接电极。
稀土纳米隔热涂层的作用有四个：
首先，其作为绝缘保护层，需要防止电流击穿电热层树脂，尤其是要防止在电热过程中发生击穿。
其次，该层需要为电热层提供耐老化与耐候性保护。一般来说，透明电热层的导电性能会极大地受外界环境的影响，如周围介质pH，离子强度，紫外辐照环境等。因此，其表面需要涂覆有树脂层来提高其耐候性，以及实现对99%以上紫外线的有效屏蔽。
第三，该层同时作为隔热层，需要能够有效吸收750-2500nm的红外线。在炎热的夏天，当太阳光照射到涂层表面后，涂层会将750-2500 nm的人眼不可见的红外线全部阻隔，实现优异的隔热性能。
最后，该层也具有自热蓄热作用。在太阳光的照射下，涂层会将750-2500 nm的红外线阻隔并吸收，然后会以热的形式释放出来，并将这部分热传递给其邻近的透明电热层，因此在冬季的白天，该层可以吸收太阳光的能量，并将这部分能量经由透明电热层传递给玻璃内侧空气，起到保温作用。而现有技术中，虽然现有的电热玻璃或电热涂层可以通过热屏障效应对屋内起到保温作用，但其需要持续不断的消耗电能。相比于现有技术，本发明所述方案可以在持续保温的同时，通过对太阳能的充分利用大大降低电力能耗。
进一步，所述树脂为聚氨酯、有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂中的两种或两种以上的混合物。
进一步，所述有机硅树脂为SI-100、SI-400、PSI-050、PSI-060、ACR902、ACR-903、ACR-904A中的一种或两种以上的混合物。
进一步，所述紫外线吸收剂为水杨酸苯酯、UV-P、UV-O、UV-9、UV531、UVP-327、二氧化铈中的一种或两种以上的混合物。
进一步，所述固化剂为脂肪胺、脂环映、酸酐固化剂或聚酰胺中的任一种。
进一步，所述稀土纳米隔热涂层由包括如下步骤的方法制备：将稀土硼化物与铯钨青铜粉搅拌混合后，分散于分散介质中，随后将分散液砂磨并超声后制备出分散均匀的高透稀土纳米复合隔热浆料；之后将该浆料与市售的EVA母粒混合流延成膜，或与PVB树脂粉、3GO增塑剂混合流延成膜。
进一步，所述稀土硼化物为硼化镧、硼化铈、硼化钐、硼化铕、硼化镨、硼化钕、硼化钆、硼化钇中的一种。
相对于现有技术，本发明所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙具有以下优势：
本发明玻璃幕墙可大幅减少现有幕墙厚度，结构更加简化，从而减少幕墙重量，降低玻璃成本，且加工便捷，可以利用材料的性能吸收热量达到隔热、蓄热效果，可大幅降低室内能耗及现有幕墙需无间断通电而耗费的用电量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙主视图及其控制电路图；
图2为本发明实施例所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙的剖视图。
附图标记说明：
1-温控开关；2-电源；3-温度传感器；4-导电银浆连接处；5-框架；6-室内侧玻璃；7-室外侧low-e涂层玻璃；8-导电银浆层；9-透明导电涂层； 10-稀土纳米隔热涂层；11-氩气层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，包括温控开关1、电源2、温度传感器3、框架5和双层中空玻璃；
所述双层中空玻璃包括：
室内侧玻璃6：玻璃基层表面先辊涂一层透明导电涂料形成透明导电涂层9，其涂料为PEDOT：PSS与SI-400、丙烯酸树脂混合形成混合物，其中，SI-400与丙烯酸树脂的重量比为3:2，PEDOT:PSS与混合树脂的重量比为1.3:2，再将UV-9、醋酐固化剂与上述混合物混合，其重量比为混合物：UV-9:醋酐固化剂为7:2:1，厚度为15nm。
导电银浆层8：厦门翰森达电子科技有限公司购买S8500产品，在透明导电涂层9面通过丝网印刷将导电银浆印于玻璃上下框架位置，再将电极及控制电路焊接于导电银浆层8上，涂层厚度为20nm。
稀土纳米隔热涂层10：选用硼化镧与铯钨青铜粉二者重量比为1:1，充分混合后分散于PMA中，混合粉体与PMA重量比为3:10，随后用砂磨机砂磨24h后，得到隔热浆料，向隔热浆料中分别加入SI-400、聚氨酯改性环氧树脂、透明空心玻璃微珠、稀释剂及成膜助剂，搅拌均匀并超声分散得到稀土纳米隔热涂料，在整面玻璃上再辊涂一层稀土纳米隔热涂料形成稀土纳米隔热涂层10，厚度为80nm。
最终得到双层中空玻璃的双玻间隔为12mm。
如图1所示，将上述双层中空玻璃安装在框架5上，框架5上设有导电银浆连接处4，通过导电银浆连接处4与双层中空玻璃内与导电银浆层连通的连接电路连通，从而使得玻璃与温控开关1和电源2形成闭合回路；双层中空玻璃上设有温度传感器3，温度传感器3与温控开关1连接。温度传感器3将玻璃的温度传递到温控开关1，再由温控开关对温度进行判断，实现电路的通断。其中，温控开关1、温度传感器3、电路连接方式都是现有技术常规技术手段。
对安装该幕墙的建筑进行温度测定，室内温度20℃，相对湿度40%条件下，根据常用温湿图查阅得知，露点温度为6℃，因此将温控开关处设置最低温度为6℃，最高温度为20℃，当玻璃表面温度低于6℃时温控开关会自动打开并通电加热，当玻璃温度达到20℃开关会自动断开。实验表明，相同条件下，普通玻璃幕墙需24h通电加热，本设计玻璃幕墙由于隔热涂层吸热及储热效果，全天通电3h，玻璃无结露现象。
实施例2
一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，其特征在于：包括温控开关1、电源2、温度传感器3、框架5和双层中空玻璃；
所述双层中空玻璃包括：
室内侧玻璃6：玻璃基层表面先辊涂一层透明导电涂料形成透明导电涂层9，其涂料为PEDOT：PSS与PSI-060、环氧树脂混合形成混合物，其中，PSI-060与环氧树脂的重量比为1:2，PEDOT:PSS与混合树脂的重量比为2:2，再将二氧化铈、脂肪胺与上述混合物混合，其重量比为混合物：二氧化铈:脂肪胺为8:3:2，厚度为22nm。
导电银浆层8：厦门翰森达电子科技有限公司购买S8500产品，在透明导电涂层9面通过丝网印刷将导电银浆印于玻璃上下框架位置，再将电极及控制电路焊接于导电银浆层上，涂层厚度为33nm。
稀土纳米隔热涂层10：选用硼化铈与铯钨青铜粉二者重量比为1:1.5，充分混合后分散于PMA中，混合粉体与PMA重量比为2.5:10，随后用砂磨机砂磨24h后，得到隔热浆料，向隔热浆料中分别加入PSI-060、环氧树脂、透明空心玻璃微珠、稀释剂及成膜助剂，搅拌均匀并超声分散得到稀土纳米隔热涂料，在整面玻璃上再辊涂一层稀土纳米隔热涂料形成稀土纳米隔热涂层10，厚度为54nm。
最终得到双层中空玻璃的双玻间隔为12mm。
该被动房用防结露加热控温玻璃幕墙结构如实施例1所述，不同在于双层中空玻璃采用本实施例所制备的玻璃。
同样安装该幕墙的建筑进行温度测定，室内温度20℃，相对湿度40%条件下，根据常用温湿图查阅得知，露点温度为6℃，因此将温控开关处设置最低温度为6℃，最高温度为20℃，当玻璃表面温度低于6℃时温控开关会自动打开并通电加热，当玻璃温度达到20℃开关会自动断开。实验表明，相同条件下，普通玻璃幕墙需24h通电加热，本设计玻璃幕墙由于隔热涂层吸热及储热效果，全天通电3.5h，幕墙无结露现象。
对比例：采用普通Low-E玻璃
对单银Low-e玻璃光学透过率侧视图与太阳光谱对比图进行对比。
一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，在实施例1的基础上，将双层中空玻璃替换成普通Low-E玻璃。
表1 实施例1-2和对比例比较情况表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
通过上表可以发现，实施例1与实施例2的U值明显低于对比例，U值越高，材料的保温性越差。因此实施例1与实施例2比对比例具有更为优异的隔热效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，其特征在于：包括温控开关（1）、电源（2）、温度传感器（3）、框架（5）和双层中空玻璃；
所述双层中空玻璃包括室内侧玻璃（6）、室外侧low-e涂层玻璃（7）、透明导电涂层（9）、导电银浆层（8）、稀土纳米隔热涂层（10）；所述室内侧玻璃（6）和室外侧low-e涂层玻璃（7）之间间隔12mm，并且中间填充氩气形成氩气层（11）；所述透明导电涂层（9）涂覆在室内侧玻璃（6）正对室外侧low-e涂层玻璃（7）的一侧，透明导电涂层（9）边缘涂覆有厚度为1.5-100nm的导电银浆层（8），所述稀土纳米隔热涂层（10）覆盖在透明导电涂层（9）和导电银浆层（8）上；所述稀土纳米隔热涂层（10）的厚度为0.5-80nm，所述透明导电涂层（9）的厚度为0.3-90nm；所述透明导电涂层（9）由PEDOT:PSS与树脂混合，并加入紫外线吸收剂、固化剂搅匀后形成，PEDOT:PSS与树脂的质量混合比例为（0.5-3）:2；
所述双层中空玻璃安装在框架（5）上，导电银浆层（8）上还焊接有电极及连接电路；所述框架（5）上设有导电银浆连接处（4），导电银浆连接处（4）与温控开关（1）和电源（2）形成闭合回路；所述双层中空玻璃上设有温度传感器（3），温度传感器（3）与温控开关（1）连接。
2.根据权利要求1所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，其特征在于：所述树脂为聚氨酯、有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂中的两种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求2所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，其特征在于：所述有机硅树脂为SI-100、SI-400、PSI-050、PSI-060、ACR902、ACR-903、ACR-904A中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，其特征在于：所述紫外线吸收剂为水杨酸苯酯、UV-P、UV-O、UV-9、UV531、UVP-327、二氧化铈中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，其特征在于：所述固化剂为脂肪胺、脂环映、酸酐固化剂或聚酰胺中的任一种。
6.根据权利要求1所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，其特征在于：所述稀土纳米隔热涂层（10）由包括如下步骤的方法制备：将稀土硼化物与铯钨青铜粉搅拌混合后，分散于分散介质中，随后将分散液砂磨并超声后制备出分散均匀的高透稀土纳米复合隔热浆料，向纳米复合隔热浆料中加入有机硅树脂、聚氨酯改性环氧树脂、透明空心玻璃微珠、稀释剂和成膜助剂，搅拌均匀并超声分散，得到稀土纳米隔热涂料，将该涂料涂刷在玻璃基板上形成稀土纳米隔热涂层（10）。
7.根据权利要求6所述的被动房用防结露加热控温玻璃幕墙，其特征在于：所述稀土硼化物为硼化镧、硼化铈、硼化钐、硼化铕、硼化镨、硼化钕、硼化钆、硼化钇中的一种。
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