一种被动式冷热双效材料制造技术

本发明专利技术公开了一种被动式冷热双效材料，可实现致冷与集热的双重目的。所述被动式冷热双效材料包括相互连接的选择性发射层和反射层；所述选择性发射层通过颜色的可逆改变，实现致冷与集热的双重目的；所述反射层用于反射入射太阳辐射。

【技术实现步骤摘要】
一种被动式冷热双效材料
本专利技术属于被动式能源利用和材料领域，具体来说，涉及一种被动式冷热双效材料。
技术介绍
空调的广泛应用导致了能源消耗的大幅度增长。建筑物每年消耗大约40％的世界能源，其中，空调系统的能源消耗超过50％。如何降低空调系统的能耗已成为研究的热点，其中被动式冷却技术引起了广泛关注。地球大气层外宇宙空间的温度接近绝对零度，可作为大容量冷源加以利用。地球周围的大气层对可见光是透明的，对绝大部分波段的红外辐射是不透明的，但在8～13μm波段内，大气层的吸收能力很弱，因而这个波段有很高的透明度，被称为“大气窗口”。地球表面的物体就可以通过红外辐射的方式，经过此“大气窗口”将热量散发到接近零度的外层空间，达到冷却的目的。这种被动式冷却技术不需要额外的电能输入，又可以实现冷却，因此可以有效地降低建筑能耗。对辐射致冷的研究始于20世纪70年代。在开始的几十年中，夜间辐射冷却及其相关应用得到了很好地发展，主要采用近黑色辐射器和选择性辐射器进行有效的夜间辐射致冷。但这些材料只能在夜间实现冷却，由于太阳辐射能与冷却功率需求的不匹配，日间辐射致冷的发展受到了限制。近几年，随着材料和先进技术的发展，日间辐射冷却也有了突破，包括光子结构和超材料，在太阳辐射波段有很高的反射率，并且在大气窗口波段有很高的发射率，真正实现了日间辐射致冷。但是，所述辐射致冷材料只能够实现制冷，无法起到集热的作用，并且会增加供热季节的热负荷，在全年运行时会出现冷热抵消的问题。现有文献中，中国专利申请号201810952183.5提供了一种具有自清洁功能的辐射致冷涂层及其制备方法，辐射致冷涂层包括底层粘结剂以及覆盖在底层粘结剂上的辐射体和疏水性纳米粒子。该专利技术利用纳米疏水粒子的高疏水性，使辐射致冷涂层具有自清洁效果，避免了因灰尘堆积降低致冷效果的现象。辐射致冷涂层在8～13μm波段具有高发射率，在可见光波段透过率大，采光性能良好，还能减少对其余波段能量的吸收，保证致冷效果。该专利只考虑到了制冷季节，提供的涂层、膜、或者结构只能用于冷却，无法在供热季节起作用，而且会增加热负荷，在全年运行时会造成冷却和加热的偏移。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种被动式冷热双效材料，可实现致冷与集热的双重目的。为解决上述问题，本专利技术实施例采用以下技术方案：本专利技术实施例提供一种被动式冷热双效材料，所述被动式冷热双效材料包括相互连接的选择性发射层和反射层；所述选择性发射层通过颜色的可逆改变，实现致冷与集热的双重目的；所述反射层用于反射入射太阳辐射。作为优选例，所述选择性发射层在8～13μm波段内的发射率，在制冷季节为0.4～1.0，在供热季节为0～0.3。作为优选例，所述选择性发射层的厚度为5μm～5mm。作为优选例，所述选择性发射层通过光致变色或热致变色。作为优选例，所述选择性发射层包括聚合变色材料层，以及位于聚合变色材料层中的介电粒子；或者，所述选择性发射层包括聚合物材料层，以及位于聚合物材料层中的变色介电粒子；所述变色介电粒子的外壳为变色材料制成，内核为介电粒子。作为优选例，所述聚合变色材料层包括聚合材料和变色材料混合而成，所述聚合材料包括聚甲基戊烯、聚乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、着色聚乙烯箔、硫化锌、硒化锌、聚碳酸酯中的一种或任意组合材料制成。作为优选例，所述介电粒子的粒径为2～50μm，在选择性发射层中的体积百分数为2～30％。作为优选例，所述介电粒子包括二氧化硅、碳化硅、氧氮化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化铜、氧化铁、氧化锌、二氧化锆中的一种或任意组合材料制成。作为优选例，所述聚合物材料层包括聚甲基戊烯、聚乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、着色聚乙烯箔、硫化锌、硒化锌、聚碳酸酯中的一种或任意组合材料制成。作为优选例，所述选择性发射层通过电致变色。作为优选例，所述的被动式冷热双效材料，还包括电致变色材料层；所述选择性发射层包括聚合物材料层，以及位于聚合物材料层中的介电粒子；选择性发射层位于电致变色材料层和反射层之间；或者，所述选择性发射层包括电致变色材料层，以及位于电致变色材料层中的介电粒子；或者，还包括电致变色材料层，所述选择性发射层包括介电粒子，所述选择性发射层位于电致变色材料层和反射层之间。作为优选例，所述聚合物材料层的材料包括聚甲基戊烯、聚乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、着色聚乙烯箔、硫化锌、硒化锌、聚碳酸酯中的一种或任意组合。作为优选例，所述介电粒子的粒径为2～50μm，在选择性发射层中的体积百分数为2～30％。作为优选例，所述介电粒子包括二氧化硅、碳化硅、氧氮化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化铜、氧化铁、氧化锌、二氧化锆中的一种或任意组合材料制成。作为优选例，所述反射层为光子晶体材料或者金属制成。作为优选例，所述反射层在0.25～3μm波段内的反射率，在制冷季节为0.7～1.0，在供热季节为0～0.4。作为优选例，所述的被动式冷热双效材料，还包括保护层，选择性发射层位于保护层和反射层之间。作为优选例，所述保护层的透过率大于0.85。作为优选例，所述保护层为聚甲基戊烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或任意组合材料制成；所述低密度聚乙烯的密度为0.91～0.93g/cm3；所述高密度聚乙烯的密度为0.941～0.960g/cm3。与现有技术相比，本专利技术实施例的被动式冷热双效材料可实现致冷与集热的双重目的。本实施例的材料是可转换致冷和集热功能的材料，包括选择性发射层和反射层。在制冷季节：反射层可反射入射太阳辐射，选择性发射层通过与外太空进行辐射换热获取冷量，达到辐射冷却的目的；在供热季节：通过变色，使得反射层的反射率降低，同时选择性发射层的发射率降低，达到供热的目的。附图说明图1是本专利技术实施例的一种结构示意图；图2是本专利技术实施例的另一种结构示意图；图3是本专利技术实施例的第三种结构示意图；图4是本专利技术实施例的第四种结构示意图；图5是本专利技术实施例的第五种结构示意图；图6是本专利技术实施例的第六种结构示意图。图中有：选择性发射层1、介电粒子101、聚合变色材料层102、聚合物材料层103、变色介电粒子104、反射层2、电致变色材料层3、保护层4。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。如图1所示，本专利技术实施例的一种被动式冷热双效材料，包括相互连接的选择性发射层1和反射层2。选择性发射层1通过颜色的可逆改变，实现致冷与集热的双重目的。反射层2用于反射入射太阳辐射。现有辐射致冷技术和材料只能应用于制冷季节，无法在供热季节起作用，并且会增加供热季节热负荷。为解决全年运行时冷却和加热的偏移问题，上述实施例提供的被动式冷热双效材料，包括选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动式冷热双效材料，其特征在于：所述被动式冷热双效材料包括相互连接的选择性发射层(1)和反射层(2)；所述选择性发射层(1)通过颜色的可逆改变，实现致冷与集热的双重目的；所述反射层(2)用于反射入射太阳辐射。/n

【技术特征摘要】
1.一种被动式冷热双效材料，其特征在于：所述被动式冷热双效材料包括相互连接的选择性发射层(1)和反射层(2)；所述选择性发射层(1)通过颜色的可逆改变，实现致冷与集热的双重目的；所述反射层(2)用于反射入射太阳辐射。


2.按照权利要求1所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述选择性发射层(1)在8～13μm波段内的发射率，在制冷季节为0.4～1.0，在供热季节为0～0.3。


3.按照权利要求1或2所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述选择性发射层(1)的厚度为5μm～5mm。


4.按照权利要求1所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述选择性发射层(1)通过光致变色或热致变色。


5.按照权利要求4所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述选择性发射层(1)包括聚合变色材料层(102)，以及位于聚合变色材料层(102)中的介电粒子(101)；或者，
所述选择性发射层(1)包括聚合物材料层(103)，以及位于聚合物材料层(103)中的变色介电粒子(104)；所述变色介电粒子(104)的外壳为变色材料制成，内核为介电粒子。


6.按照权利要求5所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述聚合变色材料层(102)包括聚合材料和变色材料混合而成，所述聚合材料包括聚甲基戊烯、聚乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、着色聚乙烯箔、硫化锌、硒化锌、聚碳酸酯中的一种或任意组合材料制成。


7.按照权利要求5所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述介电粒子的粒径为2～50μm，在选择性发射层(1)中的体积百分数为2～30％。


8.按照权利要求5所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述介电粒子(101)包括二氧化硅、碳化硅、氧氮化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化铜、氧化铁、氧化锌、二氧化锆中的一种或任意组合材料制成。


9.按照权利要求5所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述聚合物材料层(103)包括聚甲基戊烯、聚乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、着色聚乙烯箔、硫化锌、硒化锌、聚碳酸酯中的一种或任意组合材料制成。


10.按照权利要求1所述的被动式冷热双效材料，其特征在于：所述选择性发射层(1)通过电致变色。

【专利技术属性】
技术研发人员：张恺，陈露芳，唐赛红，马明泉，牛晓峰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32