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CN116816242A - 一种颜色可控辐射制冷透明窗结构 - Google Patents

一种颜色可控辐射制冷透明窗结构 Download PDF

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CN116816242A
CN116816242A CN202310635312.9A CN202310635312A CN116816242A CN 116816242 A CN116816242 A CN 116816242A CN 202310635312 A CN202310635312 A CN 202310635312A CN 116816242 A CN116816242 A CN 116816242A
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CN
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tio
color
film
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reflection
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Application number
CN202310635312.9A
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赵亚丽
吴琳璐
李勇
李万喜
任晓波
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Jinzhong University
Original Assignee
Jinzhong University
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Abstract

本发明涉及光学被动辐射制冷技术领域，公开了一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，包括玻璃层，在玻璃层一侧面为太阳光谱反射层，另一侧面为热红外发射层，所述的太阳光谱反射层为(Al2O3/Ag(10nm)/TiO2)n，所述的热红外发射层为SiO2或PDMS。本发明的颜色可控辐射制冷透明窗结构能达到被动辐射制冷效果，冬季利用转轴将玻璃翻转，在近紫外和热红外均有高的反射率，起到保温效果。

Description

一种颜色可控辐射制冷透明窗结构
技术领域
本发明涉及光学被动辐射制冷技术领域，具体为一种颜色可控辐射制冷透明窗结构。
背景技术
随着全球资源匮乏问题的显露，减少能量损耗势在必行。在现代建筑的外层围护结构中，隔热和保温最薄弱的环节就是门窗幕墙。减小门窗幕墙热传递带来的能耗就成为降低建筑运行能耗的关键。同样地，夏季通过汽车车窗进入车内的热量很多，驾驶员不得不使用空调制冷，减小汽车空调能耗也成为降低汽车运行能耗的关键。因此，要减少冷却能耗，就要求汽车车窗和建筑玻璃兼具在夏季太阳光高反射和良好的散热功能，在冬季要阻止室内过度辐射而导致热量损失。
大气窗口(atmospheric window，AW)指天体辐射中能穿透大气的一些波段。由于地球大气中的各种粒子对辐射的吸收和反射，只有某些波段范围内的天体辐射才能到达地面。大气窗口的光谱段主要有：微波波段(0.3～10GHz/0.03-1m)，热红外波段(8μm～14μm)，中红外波段(3.5μm～5.5μm)，近紫外、可见光和近红外波段(0.3μm～1.3μm，1.5μm～2.5μm)。大气透明窗口(8μm～13μm)透射率在8μm～13μm即热红外波段很高，所以该波段被称为大气透明窗口。所以当所设计的薄膜在此波段提供高的发射率，而在其他波段吸收率较低时，就能够将多余的热量发射到外层空间，从而达到被动辐射制冷的目的。
太阳光谱(The solar spectrum)是一种不同波长的吸收光谱。波长范围大约在0.28μm～4μm，分为可见光与不可见光2部分。可见光散射后分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色，集中起来则为白光。不可见光又分为红外线和紫外线2种。太阳表面温度约5800k，可将该温度下的太阳近似看作黑体，到达地球外层大气的太阳辐射有99％分布在0.15μm～4μm波段，大概只有45％能够穿过大气窗口到达地面，且这部分主要分布在0.2μm～2.5μm波段。所以在太阳光谱范围内达到较强太阳光谱反射率和较低太阳光谱透射率，就能达到被动辐射制冷目的。
因此被动辐射制冷技术(Passive radiative cooling)是一项吸收物体的热量并将其通过大气透明窗口发射至外太空的技术，具有全天无能耗、绿色经济环保的优点。其冷却功率可达100W/m-2。被动辐射制冷模型应该在大气透明窗口具备较高的热红外发射率，使得内部产生的热及时发射出去，并满足太阳光谱中近红外波段(0.78μm<λ<2.5μm)高反射率的条件，以防止冷却模型本身被阳光加热，使阳光直射下最大限度地提高辐射制冷效果。
辐射制冷理想的结构理论上要求被设计为在可见光波段(VIS)具有高透射率，AW中具有高发射率，并将紫外线(UV)中的光反射到近红外(NIR)状态。夏季，太阳光从外界入射，只有可见光进入室内，NIR被阻塞而，冬季，可见光和NIR都被传输进入室内。
发明内容
本发明提供了一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，可以实现在可见光谱中是透明的，在不可见的太阳光谱范围内反射，并通过AW发射其热能的辐射制冷结构，对于汽车或建筑玻璃都是一个令人满意的结果。
本发明的技术方案是，一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，包括玻璃层，在玻璃层一侧面为太阳光谱反射层，另一侧面为热红外发射层，所述的太阳光谱反射层为(Al2O3/Ag(10nm)/TiO2)n，所述的热红外发射层SiO2或PDMS(聚二甲基硅氧烷)。
所述的Al2O3选取50nm，Ag选取10nm，TiO2选取15nm，PDMS选取100μm，SiO2为2μm，n取值为2。
使用2μmSiO2/玻璃/(50nmAl2O3/10nmAg/15nmTiO2)2结构，能将表面平均发射率增加45.02％，夜间的净冷却功率比白天高144W/m2，热平衡时，白天最大温度升高为46.7℃，夜晚最小温度下降为7.0℃。使用100μm PDMS/玻璃/(50nmAl2O3/10nmAg/15nmTiO2)2结构，能将表面平均发射率增加90.349％，夜间的净冷却功率均比白天高89.63W/m2，白天最小温度下降为3.3℃，夜晚最小温度下降为11.3℃。两种结构均能达到被动辐射制冷效果，冬季利用转轴将玻璃翻转，在近紫外和热红外均有高的反射率，起到保温效果。
附图说明
图1为本发明膜系结构d3SiO2/Glass/(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2模型示意图(规定Al2O3的膜厚为d1，TiO2的膜厚d2，SiO2的膜厚d3，)；
图2a为非对称周期结构与对称周期结构在0.28μm～2.5μm波段透射率的对比图；
图2b为非对称周期结构与对称周期结构在0.28μm～2.5μm波段反射率的对比图；
图2c为非对称周期结构与对称周期结构在0.28μm～2.5μm波段吸收率的对比图；
图3为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝80nm和d2＝5～75nm)复合薄膜结构透射率；
图4为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝55nm)复合薄膜结构透射率；
图5为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜直接透射比/％；
图6为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝80nm和d2＝5～75nm)复合薄膜结构反射率；
图7为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝55nm)复合薄膜结构反射率；
图8为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜直接反射比/％；
图9为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝80nm和d2＝5～75nm)复合薄膜结构吸收率；
图10为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝55nm)复合薄膜结构吸收率；
图11为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜直接吸收比/％；
图12a、图12b和图12c分别为透射率、反射率和吸收率筛选五组结构的光学性能；
图13a为(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))n(n＝1、2和3)膜系结构的透射率光学性能；图13b为(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))n(n＝1、2和3)膜系结构的反射率光学性能；图13c为(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))n(n＝1、2和3)膜系结构的吸收率光学性能；图14a为d3SiO2/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)的复合薄膜结构的透射率光学性能；
图14b为d3SiO2/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)的复合薄膜结构的反射率光学性能；
图14c为d3SiO2/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)的复合薄膜结构的吸收率光学性能；
图15为SiO2膜厚对d3SiO2/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)的复合薄膜结构的光热性能的影响/％；
图16a为100μmPDMS/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2的复合薄膜结构的透射率光学性能；
图16b为100μmPDMS/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2的复合薄膜结构的反射率光学性能；
图16c为100μmPDMS/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2的复合薄膜结构的吸收率光学性能；
图17为PDMS溶剂配比对100μm/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2的复合薄膜结构的光热性能的影响/％；
图18a为白天降温SiO2做发射层时涂层表面净冷却功率和温度差的关系；
图18b为夜间降温SiO2做发射层时涂层表面净冷却功率和温度差的关系；
图19a为白天降温19PDMS做发射层时涂层表面净冷却功率和温度差的关系；
图19b为夜间降温PDMS做发射层时涂层表面净冷却功率和温度差的关系；
图20a为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜透射颜色；
图20b为本发明实施例使用的膜厚所对应的透射颜色和Lab值；
图21a为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜反射颜色；
图21b为本发明实施例所使用膜厚所对应的反射颜色和Lab值；
图22a和图22b分别为d3SiO2/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)薄膜透射和反射的颜色及Lab值；
图23a和图23b分别为100μmPDMS/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2薄膜透射和反射的颜色及Lab值。
具体实施方式
实施例1、如图1所示，一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，具体为：2μmSiO2/玻璃/(50nmAl2O3/10nmAg/15nmTiO2)2，透射和反射所呈现的均为淡黄和浅紫色。
实施例2、一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，具体为：100μm PDMS/玻璃/(50nmAl2O3/10nmAg/15nmTiO2)2，PDMS与固化剂质量比例为：比例为10:1。固化剂为：甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)。
实施例3、一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，具体为：2μmSiO2/玻璃/(10nmAl2O3/10nmAg/5nmTiO2)2透射呈现浅蓝色、反射呈现黄色。
实施例4、一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，具体为：2μmSiO2/玻璃/(20nmAl2O3/10nmAg/15nmTiO2)2透射呈现淡黄色、反射呈现浅棕色。
实施例5、一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，具体为：2μmSiO2/玻璃/(30nmAl2O3/10nmAg/75nmTiO2)2透射呈现淡红色、反射呈现浅黄色。
实施例6、一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，具体为：2μmSiO2/玻璃/(50nmAl2O3/10nmAg/55nmTiO2)2透射呈现淡橙色、反射呈现浅蓝色。
实施例7、一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，具体为：2μmSiO2/玻璃/(70nmAl2O3/10nmAg/75nmTiO2)2透射呈现蓝色、反射呈现淡黄色。
实施例8、一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，具体为：2μmSiO2/玻璃/(10nmAl2O3/10nmAg/55nmTiO2)2的结构，其透射呈黄色，反射呈蓝色。
实施例1到8所述的膜系结构模型，它们可以部分传输VIS，夏季反射UV和NIR，并通过AW将热量发射到外部，冬季将窗口翻转，防止热量流失，同时将外界热量吸收到内部。本实施例以下部分通过分析膜系结构在不同膜厚和周期数下的透射谱、反射谱、吸收谱线，分别阐述在UV、VIS、NIR、MIR各波段的性能，同时列出不同膜厚组合下反射和透射所呈现的颜色与Lab值，选择人眼最舒适的颜色。
依据GB/T2680-94国家标准，本文计算了膜系结构在太阳光谱下的直接透射比τe(公式4)、直接反射比ρe(公式5)和直接吸收比αe(公式6)，并分析其变化规律。τe越低，膜系结构的遮阳效果越好；ρe越高，其隔热效果越好；αe代表了膜系结构的吸热能力，应选择αe较小的结构来减小薄膜对玻璃和环境的影响。
辐射制冷结构的实际冷却性能受到样品表面的辐射功率、环境温度下大气辐射的吸收功率、样品吸收的太阳辐射功率以及非辐射传热损失的功率的影响，公式(1)为样品表面净冷却功率。
Pnet(Ts,Ta)＝Prad(Ts)-Patm(Ta)-Psun-Pcond+conv (1)
式中，T表示以k为单位的温度，Ts为样品表面温度，Ta为环境温度，Prad为样品表面的辐射功率，Patm为大气辐射的吸收功率，Psun为样品吸收的太阳辐射功率，Pcond+conv为非辐射传热损失的功率(即热对流和热传导所损失的热量)。
Pcond+conv＝hc(Ts-Ta) (7)
式中IBB(T,λ)表示黑体在T温度下的辐射度，h是普朗克常量，c0是光速，k是玻尔兹曼常数，Patm表示黑体在Ta下的大气辐射的吸收功率，α(λ,θ)是样品表面的吸收率，εs(λ,θ)是样品表面的发射率，εa(λ,θ)是大气的发射率，λ是波长，θ是天顶角，t(λ)是大气透过率，Psun没有角度积分，hc是非辐射传热系数，通过隔热hc的值被限制在1.0～6.9W/m2/K之间，IAM1.5表示AM1.5太阳光谱辐照度。
基尔霍夫热辐射定律，用于描述物体的发射率与吸收比之间的关系。在研究辐射时，一般采用的黑体模型吸收比等于1(α＝1)，但实际物体的吸收比小于1(1>α>0)。基尔霍夫热辐射定律就得出了实际物体的辐射出射度与吸收比之间的关系。即公式式中M为实际物体的辐射出射度，Mb为相同温度下黑体的辐射出射度。而发射率ε的定义为公式所以α＝ε，即涂层结构的吸收曲线与发射曲线一致。当材料处于热量平衡时，该材料的吸收比恒等于发射率，否则材料本身就不可以保持热量平衡。公式(8)表示涂层在λ1<λ<λ2波长范围内的表面平均发射率。
式中ε(λ)表示涂层发射率。IBB(T,λ)表示黑体在T温度下的辐射度，h是普朗克常量，c0是光速，k是玻尔兹曼常数，Patm表示黑体在Ta下的大气辐射的吸收功率，α(λ,θ)是样品表面的吸收率，εs(λ,θ)是样品表面的发射率，εa(λ,θ)是大气的发射率，λ是波长，θ是天顶角，t(λ)是大气透过率，Psun没有角度积分，hc是非辐射传热系数，通过隔热hc的值被限制在1.0～6.9W/m2/K之间，IAM1.5表示AM1.5太阳光谱辐照度。
式中：IAM1.5——太阳光辐射相对光谱分布；τ(λ)——样品在太阳光各波段透射率；ρ(λ)——样品在太阳光各波段反射率；α(λ)——样品在太阳光各波段吸收率。
利用公式(1)～(7)和公式(8)分别计算两种结构的表面净冷却功率和表面平均发射率。对比白天和夜间的表面净冷却功率。通过TFC软件计算太阳光不同入射角和入射方向对涂层光谱特性的影响。
1、可视被动辐射制冷结构模型的构建和计算
1.1、太阳光谱反射层模型的构建和计算
太阳光谱反射层使用的非对称的周期性膜系结构较对称性膜系结构而言，更好的综合多种材料的优良性能，更易达到预期效果。如图2a～2c为非对称周期结构与对称周期结构在0.28μm～2.5μm波段，透射率、反射率和吸收率的对比图。
图2a～2c中非对称结构为(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2，对称结构为ITO(30nm)/Ag(15nm)/ITO(60nm)/Ag(15nm)/ITO(30nm)和TiO2(25nm)/Ag(15nm)/TiO2(50nm)/Ag(15nm)/TiO2(25nm)。
由图2a～2c可知，在紫外光波段，(TiO2/Ag/TiO2)n结构的透射率最小，(Al2O3/Ag/TiO2)n结构的反射率最大、吸收率最小。在可见光波段，(Al2O3/Ag/TiO2)n结构的透射谱带最宽，中心波长为0.55μm，此时的透射率为88.80％。在近红外波段，(ITO/Ag/ITO)n结构的反射率最高，反射谱带最宽。Ag膜层的厚度对共振波长几乎没有影响，所以波长和谱带宽度主要与介质膜层有关，对称结构介质膜层折射率差为0，而非对称膜层折射率存在差值(在0.55μm，Al2O3的折射率n为1.68，TiO2的折射率n为2.44)，则折射率差值越大，透射谱带越宽。
综上，本发明采用非对称周期结构，由Al2O3/Ag(10nm)/TiO2型太阳光谱反射层、SiO2或PDMS热红外发射层和基底玻璃构成，如图1所示。规定Al2O3的膜厚为d1，TiO2的膜厚d2，SiO2的膜厚d3，PDMS的膜厚确定为100μm，主要研究其与固化剂比例对涂层性能的影响。
反射层在反射UV和NIR的同时传输可见光，发射层在AW产生高发射率，达到可见光高透射率、紫外和近红外高反射率以及中红外、热红外高吸收率的膜系结构，具备防紫外线、高透光、高隔热和散热的多重功能，将穿过大气窗口的太阳光线反射或发射，以达到被动辐射制冷目的。
夏季太阳光从反射层入射，此时窗口能够反射大部分热量，同时将热红外光发射到外层；冬季将窗口翻转，太阳光从红外发射层入射，热量可以吸收进室内。
Ag薄膜具有较高的可见光透射率和较低的红外透射率，本发明选择10nm的Ag作为金属膜层。Al2O3薄膜具有较高的透射比、化学稳定性、耐高温等优良的物理化学性质，因此选择Al2O3作为电介质膜。TiO2膜在可见光是透明的，其折射率较高可降低Ag膜的反射，且具有较高的化学稳定性和机械硬度，为此，选择TiO2膜为另一个电介质膜[16]。由于Ag膜易被氧化和腐蚀，且附着力不好，所以将Al2O3膜层镀在最外侧，TiO2膜层镀在最内侧。基底材料选用1mm光学玻璃，其折射率为1.52。
1.2、热红外发射层的构建
Raman A P等人通过刻蚀方法，改变SiO2表面的微观结构，使得SiO2表面在太阳光谱层(0.2μm～3μm)保持高透过率，而在5μm～30μm波段发射率接近1。该辐射制冷表面能实现在850W/m2的太阳辐照条件下，滞止温度比环境温度低4.9℃，而当表面温度等于环境温度时净制冷功率可达40.1W/m2。聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)是一种硅酮弹性体，在0.4μm～1.8μm之间具有高透性，且在大气透明窗口具有良好的发射性。所以选择二者作为热红外发射层。
1.3、可视被动辐射制冷模型的计算方法
首先设定太阳光入射角θ为0°，入射中心波长为0.55μm，照明光为白色，附带介质和去除介质均为空气，设定太阳光从发射层入射，从反射层出射。通过TFCalc35膜系设计软件分别计算在太阳光谱范围下，Al2O3膜厚、TiO2膜厚和膜层层数对复合薄膜光学性能、色泽、光热性能的影响。
Al2O3和TiO2单层膜厚参考值用公式d＝λ/4n(λ为入射光中心波长，n为介质的折射率)确定。Al2O3、Ag、TiO2的折射率和消光系数分别从参考文献获得。d1＝81.7236nm≈80nm，d2＝56.4496nm≈55nm。假设d3＝0，分别计算(d1Al2O3/Ag10 nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝55nm)结构和(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝80nm和d2＝5～75nm)结构在近紫外波段、可见光波段、近红外波段(0.28μm<λ<4μm)的透射率、反射率、吸收率的谱线，以及透射和反射所呈现的Lab颜色。Lab颜色模式分别由L、a和b构成。L表示亮度，取值0-100。0和100分别代表黑色和白色。随L值增加，亮度相对增强；a表从绿色到红色的分量，取值-128～128。-128和+128分别为绿色和红色。当a为0时为灰色。b代表从蓝色到黄色的分量，取值-128～128。b为-128和+128时，分别代表蓝色和黄色。当b为0时，表示灰色。随b值增加，色度从蓝色到灰色再到黄色。
计算τe、ρe和αe。对比n取1、2和3时，(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))n结构在太阳光谱层下的透射率、反射率与吸收率，寻求满足VIS高透射率，UV和NIR高反射率的最简结构。
在确定Al2O3/Ag(10nm)/TiO2结构之后计算SiO2膜厚对AW发射率、颜色的影响，SiO2的折射率和消光系数从参考文献获得。热红外波长范围达到微米级，计算d3SiO2/(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝50nm、d2＝15nm、d3＝0～2.4μm)结构在0.28μm～14μm波段的透射率、反射率、吸收率的谱线，以及不同膜厚下的Lab值，以得出膜厚对透射和反射颜色的影响。再计算出τe、ρe、αe和涂层表面的平均发射率，来验证被动辐射制冷效果。
将SiO2薄膜换成厚度为100μm的PDMS涂层，PDMS的折射率和消光系数从参考文献获得[23]。对比计算主试剂与固化剂之比为5:1、10:1、15:1、20:1时在0.28μm～20μm波段的透射率、反射率、吸收率，以及在不同比例下的Lab值。同时计算此时τe、ρe、αe和结构表面的平均发射率，检验被动辐射制冷效果。
根据公式(1)～(7)，设置hc＝0、1.0、4.0和6.9W/m2·k，分别计算SiO2和PDMS做发射层的表面净冷却功率，得出当环境温度和样品表面温度相等时的净冷却功率，以及净冷却功率为零时的最大温度差和最小温度差。计算太阳光入射角度为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°时的反射率、透射率和吸收率。同时计算太阳光从发射层入射和反射层入射的透射率、反射率、吸收率，以及Lab值，对比冬季与夏季窗口的作用。
2、太阳光谱可视反射层结构与性能的研究
2.1、Al2O3和TiO2膜厚对太阳光谱可视反射层透射性能的影响
图3为0.28μm<λ<4μm范围内，太阳光穿过镀有(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝80nm和d2＝5～75nm)复合薄膜结构镀的玻璃的透射率；图4为相同波段太阳光穿过镀有(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝55nm)复合薄膜结构镀的玻璃的透射率。
图3和图4分别表示了TiO2和Al2O3膜厚对太阳光谱层透射率的规律性影响。由图3可知，当Al2O3膜厚固定为80nm，随TiO2膜厚从5nm开始增加，透射峰红移，波谷逐渐加深，可见光透射率降低。d2＝5nm、15nm时有两个透射峰，d2＝15nm中心波长在0.55μm；d2＝25～55nm时，在紫外光波段出现透射峰，并随着膜厚增加而红移，d2＝65nm、75nm时存在三波峰，中心波长不在可见光范围。综合可得随TiO2膜厚增加对可见光透射率影响较大，为保证透光率膜厚应控制在55nm以内。由图4可知当TiO2膜厚固定为55nm，随着Al2O3膜厚从10nm开始增加，该波段的透射峰红移，透射谱变宽。d1＝10nm、d1＝20nm时有三个透射峰，d1＝30～80nm时有两个透射峰。膜厚越小，透射的中心波长越接近0.55μm。对比图3-4可知，TiO2膜厚变化对透射率影响更大。
通过公式(9)计算出当d3＝0，太阳光入射角为0°穿过玻璃与(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)膜系结构时，太阳光各波段的直接透射比τe如表1和图5。
表1(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜直接透射比/％
为使更少热量进入室内，应选择直接透射比较小时的膜厚。根据表1和图5可知，随着d1增加，τe呈现增大的趋势，但d2＝65nm和75nm时，τe先减小后增大，且变化范围较小，在1％以内；以d2＝35nm为界，随着d2增加，直接透射比先增大后减小，d2<35nm时τe变化较大。τe越低，膜系结构的遮阳效果越好，所以选择τe小于50％的膜厚组合。
通过TFcalc获取薄膜颜色，图20a为此时透射所呈现的颜色。随着Al2O3和TiO2膜厚的变化薄膜颜色呈现规律性变化。图20a示出了(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜透射颜色表格，可以看出，当d1＝10nm、20nm、30nm，d2＝5nm时，颜色变化趋势为由蓝变橙；d1＝40nm、50nm时，颜色由蓝变橙再变紫；d1＝60nm、70nm、80nm，d2＝65nm、75nm时，颜色由橙变蓝；d2＝15～55nm时为明度不同的橙色且此时d1变化对颜色影响较小。应该选择人眼较舒适的颜色。图20b为本发明实施例使用的膜厚所对应的透射颜色和Lab值。
根据不同涂层结构的透射率曲线、直接透射比和透射所呈现的颜色，筛选出如表2所示的膜厚组合。
表2(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2结构符合透射条件的膜厚组合
2.2Al2O3和TiO2膜厚对太阳光谱可视反射层反射性能的影响
图6为在0.28μm<λ<4μm范围内，太阳光穿过镀有(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝80nm和d2＝5～75nm)复合薄膜结构的玻璃的反射率；图7为相同波段太阳光穿过镀有(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝55nm)复合薄膜结构镀的玻璃的反射率。
图6和图7分别表示了TiO2和Al2O3膜厚对太阳光谱层反射率的规律性影响。由图6可知，当Al2O3膜厚固定为80nm，随着TiO2膜厚从5nm开始增加，反射峰红移且峰值逐渐增加，近紫外波段，d2＝15nm和25nm的反射谱线波段频率小，反射峰在55.84％和66.52％；该波段随着膜厚增加峰值越多，反射率越来越不稳定；可见光反射峰增大，反射谱加宽；近红外反射率减小，反射谱变窄。综合可得TiO2膜厚应在5～35nm范围内。由图7可知当TiO2膜厚固定为55nm，随Al2O3膜厚从10nm开始增加，该波段的反射峰红移，反射谱变宽。d1＝10～40nm时有一个反射峰，d1＝50～80nm时有两个反射射峰；近红外反射率减小，反射谱变窄。对比图6-7可知，TiO2膜厚变化对反射率影响更大。
通过公式(10)计算出当d3＝0，太阳光入射角为0°穿过玻璃与(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)膜系结构时，太阳光各波段的直接反射比ρe如表3和图8。
表3(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜直接反射比/％
为使更少热量进入室内，应选择直接反射比较大时的膜厚。根据表3和图8可知，随着d1增加，直接反射比呈减小趋势，但d2＝75nm时，ρe先增大后减小，且变化范围较小，在1％以内；以d2＝35nm为界，随着d2增加，直接反射比先减小后增大，当d2<35nm时，ρe变化较大。ρe越高，其隔热效果越好，所以选择ρe大于40％的膜厚组合。
图21a给出的表格为此时反射所呈现的颜色。随着Al2O3和TiO2膜厚的变化薄膜所呈现出的颜色规律变化。图21a为(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜反射颜色。图21b为本发明实施例所使用部分膜厚所对应的反射颜色和Lab值。
由图21a可以看出d1和d2的变化对薄膜反射颜色影响较大。应选择人眼观察较舒适的膜厚组合，例如d1＝25nm、d2＝20nm；不能选择过深的颜色，如d1＝35nm、d2＝50nm。
根据以上条件选择出的膜厚组合如表4。
表4(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2结构符合反射条件的膜厚组合
2.3Al2O3和TiO2膜厚对太阳光谱可视反射层吸收性能的影响
图9为在波长0.28μm<λ<4μm范围内，太阳光穿过镀有(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝80nm和d2＝5～75nm)复合薄膜结构镀的玻璃的吸收率；图10为相同波段太阳光穿过镀有(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝55nm)复合薄膜结构镀的玻璃的吸收率。
图9和图10分别表示了TiO2和Al2O3膜厚对太阳光谱层吸收率的规律性影响，吸收峰主要集中在近紫外波段。图9中，随TiO2膜厚的增加，吸收峰逐渐增加并红移。由图10可知，d1＝60～80nm近紫外吸收率较低；近红外波段随着膜厚增加，吸收率增加。
通过公式(11)计算出当d3＝0，太阳光入射角为0°穿过玻璃与(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2 TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)膜系结构时，太阳光各波段的直接吸收比αe如表5和图11。
表5(d1Al2O3/Ag(10nm)/d2TiO2)2(d1＝10～80nm和d2＝5～75nm)的复合薄膜直接吸收比/％
为防止被动辐射制冷涂层本身吸收热量过高，而导致非辐射传热增大，应选择αe较小的膜厚组合。由表5和图11可知，随着d1增加，直接吸收比增大；以d2＝45nm为界，随着d2增加，直接吸收比先减小后增大，d2<25nm时αe变化较大。
综上对涂层在太阳光谱层透射率、反射率以及吸收率的谱线、光热性能和透射反射所呈现的颜色的分析，可筛选五组膜厚如表6。图12a～12c为五组的透射率、反射率、吸收率。
表6筛选五组膜厚
由图12a～12c可知，近紫外反射效果较好的是1组2组，吸收率较低的是2组3组4组；可见光透射率高的是1组2组3组4组；近红外反射率较高的是1组2组3组4组。综上所述2组膜厚最优，即d1＝50nm、d2＝15nm。此时，该窗口在近紫外的反射峰为45.11％，可见光的透射率在80％左右，近红外的反射率在90％左右，τe为49.11％，ρe为42.87％，αe为8.02％，透射和反射所呈现的均为人眼能接受的淡黄和浅紫。
3、周期结构对太阳光谱可视反射层光谱性能的影响
分别分析当n取1、2和3时，(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))n膜系结构在太阳光谱范围下的透射率、反射率与吸收率，如图13a-13c。
由图13a-13c可知，n＝1时可见光透射率最高，峰值为90.55％，紫外光吸收率最低，但紫外和近红外波段反射率较低；n＝3时可见光透射率相对较低，中心波长在0.47nm和0.62nm处，0.28μm<λ<1μm波段吸收率较高，吸收峰为15.27％但紫外和近红外反射率最高，紫外反射峰为49.75％；n＝2时透射率、反射率、吸收率都处于中等，可见光波段透射率的中心波长在0.55nm，紫外光波段反射峰为43.87％。
综上所述，双结构可见光透射效果好，在紫外和近红外波段的反射效果也能达到预期，且紫外光波段的吸收率不高，所以将反射层结构确定为(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2。
4、热红外发射层结构对其光谱性能的影响
基底玻璃背面的反射结构确定之后，在基底玻璃上方加镀发射层，即热红外波段吸收率较高的SiO2薄膜或PDMS薄膜，并分别分析SiO2膜厚和PDMS溶剂配比，对透射率、反射率和吸收率谱线，光热性能，涂层表面平均发射率以及透射和反射所呈现颜色的影响，以得出SiO2的最适膜厚和PDMS溶剂的最适配比。最后对比二者被动辐射制冷效果，分析适用情况。
4.1、SiO2热红外发射层对光谱性能的影响
将SiO2作为发射层。图14a-14c为此时在0.28μm<λ<14μm范围内，d3SiO2/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)的复合薄膜结构的透射率、反射率、吸收率。
由图14a-14c可知，d3＝0.1μm时，可见光透射峰最高，为89.60％；SiO2膜厚从0开始每增加0.4μm，将降低1.5％左右可见光透射率；降低4％左右紫外光波段反射率；增加2％左右紫外光吸收率。近红外波段的反射率逐渐出现两个反射峰，反射谱越来越窄。热红外波段吸收峰越来越高，d3＝0.1μm和0.4μm时MIR有两个吸收峰，d3＝0.8～2.4μm时有三个吸收峰。在8μm<λ<14μm的波长范围内，膜厚大于2μm后吸收率变化不明显，d3＝2μm时，吸收峰分别为66.34％、76.23％和53.71％。
通过公式(9-11)计算出太阳光入射角为0°穿过d3SiO2/玻璃/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)的膜系结构时的直接透射比、直接反射比和直接吸收比，如表7和图15。
表7SiO2膜厚对d3SiO2/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)的复合薄膜结构的光热性能的影响/％
SiO2膜厚/μm 0 0.1 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4
直接透射比 49.11 49.40 48.51 47.67 46.83 46.00 45.20 44.41
直接反射比 42.87 42.22 42.14 41.69 41.26 40.84 40.44 40.05
直接吸收比 8.02 8.42 9.39 10.69 11.95 13.19 14.40 15.58
表7和图15表征了在太阳光谱(0.28μm<λ<4μm)范围内，SiO2膜厚对涂层结构光热性能的影响。当SiO2膜厚为0.1μm时，直接透射比相较不镀SiO2高0.29％，即每平方米多透过2.9W热量；当SiO2膜厚大于0.1μm，直接透射比随其膜厚增加而减少，遮阳系数增加。直接反射比随SiO2膜厚增加而减少。直接吸收比随SiO2膜厚增加而增加，如果直接吸收比过大，将使得涂层结构本身的非辐射传热功率增大，导致辐射制冷效果减弱。
通过公式(8)计算出热红外波段(8μm<λ<13μm)涂层表面的平均发射率，如表8。
表8(Al2O3/Ag(10nm)/TiO2)2(d3＝0～2.4μm)的复合薄膜表面平均发射率/％
d3/μm 0 0.1 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4
发射率/％ 4.19 16.55 28.69 34.82 40.09 45.14 49.21 52.55
由表8可以看出，SiO2能够显著提升玻璃的表面平均发射率，随着SiO2膜厚加大，涂层表面平均发射率增大，但增加的幅度减小。热红外波段的表面平均发射率越大，则发射到外界的热量越多，被动辐射制冷效果就越好。
通过TFcalc获取薄膜颜色，图22a和图22b分别为d3SiO2/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2(d3＝0～2.4μm)的复合薄膜所呈现的透射颜色和反射颜色以及对应的Lab值。从图22a和图22b发现，SiO2薄膜厚度变化对颜色影响不大，明度差变化很小。当SiO2膜厚变化0.4μm时，未达到发生人眼可识别的明显色差。透射的明度差很大，但反射的明度差较小。
综上所述选择膜厚为2μm的SiO2薄膜镀在基底上方，用于吸收热量并发散到外部，从而阻止热量进入室内。此时，该窗口在近紫外的反射峰为27.11％，可见光的透射率在66.70％以上，近红外的反射率在94.75％左右，热红外的表面平均发射率为49.21％，τe为45.20％，ρe为40.44％，αe为14.40％，透射和反射所呈现的均为人眼能接受的淡黄和浅紫。
4.2、PDMS热红外发射层对光谱性能的影响
将PDMS作为发射层。图16a-16c为对比主试剂与固化剂之比为5:1、10:1、15:1、20:1时，在0.28μm<λ<20μm范波长围内，100μmPDMS/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2的复合薄膜结构的透射率、反射率、吸收率。
由图16a-16c可知，主试剂与固化剂的比值对透射率影响较小，可见光范围内的透射率保持在42％以上；在0.54μm时，10:1的透射率最高，为90.77％，20:1的透射率最低，为88.44％。对反射率的影响主要集中在6～8μm，近紫外波段的反射峰为42.28％，近红外波段的反射率维持在82％以上；在3.3～3.5μm，反射率出现缺陷，但此时太阳光谱辐照度和黑体辐射都约等于0，对反射比、发射功率都影响很小。对吸收率的影响同样集中在6～8μm，10:1时的吸收率整体偏高，在6.2μm处的吸收峰为75.98％；在热红外波段的吸收谱很宽。
通过公式(9)～(11)计算出太阳光入射角为0°穿过100μmPDMS/玻璃/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2的膜系结构时的直接透射比、直接反射比和直接吸收比，如表9和图17。
表9PDMS溶剂配比对100μm/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2的复合薄膜结构的光热性能的影响/％
表9和图17表征了在太阳光谱范围内，PDMS与固化剂比例对涂层结构光热性能的影响，主试剂与固化剂之比对太阳光热系数影响较小。加镀PDMS，直接透射比高0.5％左右，即每平方米多透过5W热量；直接反射比低1.5％左右，即每平方米少反射15W热量；直接吸收比增加1％左右，即每平方米多吸收10W热量。
通过公式(8)计算出热红外波段(8μm<λ<13μm)涂层表面的平均发射率，如表10。
表10PDMS/(Al2O3/Ag(10nm)/TiO2)2的复合薄膜发射率/％
由表10可以看出，PDMS能够使窗口的表面平均发射率提升90％以上，但主试剂与固化剂的比例对涂层表面平均发射率影响不大，波动幅度维持在0.1％以内。热红外波段的表面平均发射率越大，则发射到外界的热量越多，被动辐射制冷效果就越好。
通过TFcalc获取薄膜颜色，图23a和图23b分别为100μmPDMS/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2复合薄膜所呈现的反射颜色和透射颜色以及对应的Lab值。
由图23a和23b可知，随着PDMS与固化剂比值的变化，透射所呈现的颜色基本没有变化，Lab值变化范围在0.7以内；反射颜色呈现出肉眼可识别的变化，5:1和15:1时反射颜色较深，明度较小，10:1和20:1时反射颜色较浅，明度较大。
综上所述选择比例为10:1的PDMS薄膜镀在基底上方，用于吸收热量并发散到外部，从而阻止热量进入室内。此时，该窗口在近紫外的反射峰为42.28％；可见光的透射率在42％以上，透射率中心波长为0.54μm；近红外的反射率在82％以上，热红外的表面平均发射率为94.54％，τe为49.56％，ρe为41.51％，αe为8.96％，透射和反射所呈现的均为人眼能接受的淡黄和浅粉色。
5影响辐射制冷功率的因素分析
根据公式(1)～(7)，假设环境温度Ta＝300K，hc＝0、1.0、4.0和6.9W/m2·k，分别计算当SiO2和PDMS做发射层时，白天和夜间窗口表面的净冷却功率，并对比分析白天和夜间功率。
5.1SiO2作发射层时影响辐射制冷功率的因素分析
白天和夜间SiO2(2μm)/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2复合薄膜表面净冷却功率，如图18a-18b。
由图18a可知SiO2做发射层时，白天涂层表面净冷却功率与温度差的关系。当Ts<Ta时，hc越小，冷却功率越高。当Ts＝Ta时，ΔT＝0，样品表面的净冷却功率Pnet为-85.92W/m2。Ts>Ta时，hc越小，冷却功率越低，随着ΔT增大，Pnet达到零，此时，ΔTmin＝10.0k(hc＝6.9W/m2)；ΔTmax＝46.7k(hc＝0)。
图18b可知白天和晚上的变化规律一致。当Ts<Ta时，净冷却功率达到零，此时，ΔTmax＝-7.0k(hc＝6.9W/m2)；ΔTmin＝-53.9k(hc＝0)。当Ts＝Ta时，ΔT＝0，Pnet＝58.08W/m2。
综上所述，考虑到所有热交换，热平衡时，白天最大温度升高为46.7℃，夜晚最小温度下降为7.0℃，由于夜间吸收的太阳辐射功率为零，所以夜间的净冷却功率均比白天高144W/m2。
5.2PDMS作发射层时影响辐射制冷功率的因素分析
白天和夜间PDMS(100μm)/(Al2O3(50nm)/Ag(10nm)/TiO2(15nm))2复合薄膜样品表面冷却功率，如图19a～19b。由图19a～19b可知，SiO2和PDMS做发射层时净冷却功率的变化规律一致。当Ts<Ta时，hc越小，冷却功率越高；随着Ts减小，净冷却功率达到零，hc＝6.9W/m2时，Pnet最斜率最大，此时白天ΔTmax＝-3.3k，夜间ΔTmax＝-11.3k；hc＝0时，白天ΔTmin＝-9.3k，夜间白天ΔTmin＝-33.7k。当Ts＝Ta时，ΔT＝0，白天Pnet＝36.93W/m2，夜间Pnet＝123.56W/m2。当Ts>Ta时，hc越小，冷却功率越低。
综上所述，考虑到所有热交换，热平衡时，白天最小温度下降为3.3℃，夜晚最小温度下降为11.3℃，由于夜间吸收的太阳辐射功率为零，所以夜间的净冷却功率均比白天高89.63W/m2。
最终得出的结论认为：使用2μmSiO2/玻璃/(50nmAl2O3/10nmAg/15nmTiO2)2和PDMS(100μm)/玻璃/(Al2O3/Ag(10nm)/TiO2)2结构时，均能达到被动辐射制冷效果，利用转轴将玻璃翻转有近紫外高反射和热红外高反射效果。夏季，太阳光从反射层入射，热量在膜系结构的作用下，只有可见光进入室内，而室内的热红外光也发射到外界，达到隔绝室外热量和室内散热的效果。冬季，太阳光从发射层入射，可见光和近红外热量大部分进入室内，同时通过其吸收作用将热量发射到室内，室内热量反射回室内，起到保暖隔热效果。PDMS做发射层更适用于环境温度较高的地区，SiO2做发射层更适用于环境温度偏低的地区。两组结构性能的对比如表11。
表11两组结构性能的对比
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种颜色可控辐射制冷透明窗结构，其特征在于：包括玻璃层，在玻璃层一侧面为太阳光谱反射层，另一侧面为热红外发射层，所述的太阳光谱反射层为(Al2O3/Ag(10nm)/TiO2)n，所述的热红外发射层为SiO2或PDMS。
2.根据权利要求1所述的颜色可控辐射制冷透明窗结构，其特征在于：所述的太阳光谱反射层中Al2O3选取10-80nm，Ag选取10nm，TiO2选取5-75nm。
3.根据权利要求2所述的颜色可控辐射制冷透明窗结构，其特征在于：所述的太阳光谱反射层中Al2O3选取50nm，Ag选取10nm，TiO2选取15nm。
4.根据权利要求1所述的颜色可控辐射制冷透明窗结构，其特征在于：热红外发射层SiO2为0.1-2.4μm。
5.根据权利要求4所述的颜色可控辐射制冷透明窗结构，其特征在于：热红外发射层SiO2为2μm。
6.根据权利要求1所述的颜色可控辐射制冷透明窗结构，其特征在于：热红外发射层PDMS选取100μm。
7.根据权利要求1或2或3所述的颜色可控辐射制冷透明窗结构，其特征在于：n取值为1-3。
8.根据权利要求1或2或3所述的颜色可控辐射制冷透明窗结构，其特征在于：n取值为2。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115231834A (zh) * 2022-07-05 2022-10-25 中南大学 一种内外侧辐射特性双向调控的辐射制冷玻璃设计方法
CN117621570A (zh) * 2023-10-27 2024-03-01 晋中学院 一种兼具辐射制冷和遮阳无色透明可视窗

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110030760A (zh) * 2019-03-29 2019-07-19 宁波瑞凌新能源科技有限公司 一种辐射制冷结构
CN110774673A (zh) * 2019-11-06 2020-02-11 宁波瑞凌新能源科技有限公司 一种辐射制冷透射膜
CN210345949U (zh) * 2019-05-31 2020-04-17 宁波瑞凌新能源科技有限公司 一种辐射制冷薄片结构
CN111393915A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 上海大学 被动型辐射制冷复合材料层及其制备方法
CN115231834A (zh) * 2022-07-05 2022-10-25 中南大学 一种内外侧辐射特性双向调控的辐射制冷玻璃设计方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110030760A (zh) * 2019-03-29 2019-07-19 宁波瑞凌新能源科技有限公司 一种辐射制冷结构
CN210345949U (zh) * 2019-05-31 2020-04-17 宁波瑞凌新能源科技有限公司 一种辐射制冷薄片结构
CN110774673A (zh) * 2019-11-06 2020-02-11 宁波瑞凌新能源科技有限公司 一种辐射制冷透射膜
CN111393915A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 上海大学 被动型辐射制冷复合材料层及其制备方法
CN115231834A (zh) * 2022-07-05 2022-10-25 中南大学 一种内外侧辐射特性双向调控的辐射制冷玻璃设计方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115231834A (zh) * 2022-07-05 2022-10-25 中南大学 一种内外侧辐射特性双向调控的辐射制冷玻璃设计方法
CN115231834B (zh) * 2022-07-05 2024-11-29 中南大学 一种内外侧辐射特性双向调控的辐射制冷玻璃设计方法
CN117621570A (zh) * 2023-10-27 2024-03-01 晋中学院 一种兼具辐射制冷和遮阳无色透明可视窗

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