幾種玻璃隔熱膜的應(yīng)用對比分析

楊 濤（3M 中國有限公司，上海 200233）

玻璃隔熱膜是一種能有效阻擋太陽光熱量穿透的功能薄膜材料，在涂布背膠后可以貼于玻璃表面，用于既有或新建建筑的外圍護(hù)玻璃的隔熱節(jié)能，提高室內(nèi)熱舒適度。

與墻體相比，玻璃由于其高傳熱、低蓄熱的缺點(diǎn)成為圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，窗戶傳熱及其空氣滲透耗熱量在全國各個地區(qū)占建筑物總耗熱量的 50%～60%，越來越多的公共建筑和民用建筑選擇玻璃隔熱膜來提升建筑的節(jié)能水平。未來 10 a 內(nèi)，我國先后將有超過 110 億 m2門窗進(jìn)入更新?lián)Q代期，形成的市場將超過萬億元。窗膜憑借對既有建筑門窗改造的優(yōu)勢，將迎來發(fā)展機(jī)遇。

目前玻璃隔熱膜的品牌和技術(shù)類別眾多，對不同技術(shù)的隔熱膜進(jìn)行應(yīng)用后的對比分析，將有利于使用者進(jìn)行合理的選擇。

1 玻璃隔熱膜的原理和技術(shù)類別

1.1 玻璃隔熱膜的技術(shù)原理

玻璃是建筑外圍護(hù)體系中隔熱節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)，太陽光中的熱量通過導(dǎo)熱、傳熱、輻射等方式進(jìn)入到建筑內(nèi)部。玻璃隔熱膜貼裝于玻璃的外表面或內(nèi)表面，通過反射或吸收太陽光中特定波段的太陽輻射來調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)側(cè)接受到的太陽熱輻射。

1.2 玻璃隔熱膜的技術(shù)類別

玻璃隔熱膜一般由隔熱功能層、耐磨層、粘膠層、離型紙等結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)隔熱功能層技術(shù)路線的不同，玻璃隔熱膜分為多層光學(xué)結(jié)構(gòu)隔熱膜、金屬鍍膜隔熱膜和陶瓷隔熱膜等類型。其中多層光學(xué)結(jié)構(gòu)隔熱膜利用其內(nèi)部多層納米級PET 聚酯結(jié)構(gòu)來選擇性反射和折射特定波段的光線，金屬鍍膜利用磁控濺射等方式將銀等金屬顆粒附著于 PET 聚酯薄膜表面來實(shí)現(xiàn)隔熱，陶瓷隔熱膜常把紅外線吸熱陶瓷材料納米化并分散于耐磨層中實(shí)現(xiàn)吸熱隔熱。

2 玻璃隔熱膜的性能對比分析

玻璃隔熱膜的光學(xué)性能是影響其隔熱和節(jié)能效果的關(guān)鍵指標(biāo)，另外隨著 5G 通信技術(shù)的普及，隔熱膜使用與建筑中是否會影響電磁信號的傳輸也會變得越來越重要。因此，選擇不同技術(shù)類別的隔熱膜，重點(diǎn)對比分析它們的光學(xué)性能和電磁信號屏蔽效能。

2.1 分析準(zhǔn)備

選擇了透光率在 70% 左右，分別來自 3 個品牌的多層光學(xué)結(jié)構(gòu)隔熱膜 A，金屬鍍膜隔熱膜 B 和陶瓷隔熱膜 C。

2.2 光學(xué)性能

使用分光光度計(jì) Lambda 1050 測試隔熱膜的光譜數(shù)據(jù)（300～2500 nm），透射光譜曲線如圖 1 所示，并且使用LBNL（勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室）的 Optics6 和 Windows 5軟件根據(jù) GBT 2680—1994《建筑玻璃 可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測定》計(jì)算 3 種隔熱膜的主要光學(xué)性能參數(shù)，如表 1 所示。

圖1 幾種隔熱膜的太陽光透射光譜

表1 幾種隔熱膜的光學(xué)性能

從圖 1 可以看出，3 種隔熱膜都擁有非常不錯的近紅外阻隔性能，其中多層結(jié)構(gòu)光學(xué)膜在 900～1100 nm波段的近紅外線透過率極低，而金屬鍍膜和陶瓷隔熱膜則在1200～1500 nm 波段的近紅外線阻擋更有優(yōu)勢。

從表 1 的光學(xué)性能計(jì)算結(jié)果可以看出，這 3 種隔熱膜的可見光透射比處于相互接近的水平，金屬鍍膜擁有最低的太陽能總透射比和遮陽系數(shù)，因此隔熱性能最佳，而陶瓷隔熱膜的隔熱性能相對最低，且太陽光吸收比最高，一次吸收的熱量最多。3 種隔熱膜的 U 值一致，對玻璃的保溫性能都沒有明顯的貢獻(xiàn)。

2.3 電磁信號屏蔽效能

考慮到玻璃貼膜使用于建筑圍護(hù)的玻璃表面，可能會影響電磁波信號在玻璃中的穿透，尤其 5G 時代到來，相比6 GHz 以下頻段，5G 技術(shù)使用的毫米波的路徑損耗與衰減更大。因此需要研究不同類型隔熱膜對電磁波信號的影響。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 3 GPP（3rd Generation Partnership Project）定義了 5G NR（New Radio）的兩工作頻段：FR 1頻段（410～7125 MHz）和FR2頻段（24.25～52.6 GHz）。委托上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院根據(jù) GB/T 30142—2013《平面型電磁屏蔽材料屏蔽效能測量方法》，對三種隔熱膜分別進(jìn)行 800～40000 MHz 頻段的屏蔽效能測試，同時包括了 FR1 和 FR2 的大部分頻段，電磁波屏蔽效能測試結(jié)果如表 2所示。可以看出三種隔熱膜在電磁波屏蔽方面存在非常明顯的差異，其中多層結(jié)構(gòu)光學(xué)膜和陶瓷隔熱膜非常接近，一般在 0～0.5 dB，而金屬鍍膜則存在非常強(qiáng)的電磁波信號屏蔽，最高可以超過 30 dB。這可能是由于金屬鍍膜中含有大量的金屬成分，而多層結(jié)構(gòu)光學(xué)膜和陶瓷膜中則幾乎不含有金屬成分導(dǎo)致。

表2 幾種隔熱膜電磁波屏蔽效能測試結(jié)果

計(jì)算不同隔熱膜對電磁波功率的屏蔽效能比例，并且得到如圖 2 曲線，可以看出電磁波效能屏蔽在0.1～0.5 dB時，功率損失在 10% 以內(nèi)，電磁波屏蔽超過 20 dB 時，功率損失就會高達(dá) 99% 以上，因此金屬鍍膜對電磁波功率的影響在 800～40000 MHz 均超過了 99%，具有非常強(qiáng)的電磁信號屏蔽。

圖2 電磁波功率屏蔽比例

3 結(jié) 語

本文通過分析幾種常見技術(shù)類型的玻璃貼膜，通過300～2500 nm 光譜和電磁波信號屏蔽效能測試對比分析，結(jié)果表明：

（1）相同透光率級別的玻璃貼膜，金屬鍍膜的太陽能總透射比和遮陽系數(shù)均為最低，隔熱性能最佳，多層結(jié)構(gòu)光學(xué)膜次之，陶瓷膜相對最低，且吸熱最多。

（2）金屬鍍膜對電磁波信號存在非常高的屏蔽，對800～40000 MHz 電磁波存在 20～30 dB 的效能屏蔽，意味著 99% 以上的電磁波功率損失。多層結(jié)構(gòu)光學(xué)膜和陶瓷膜對電磁波信號的屏蔽很少，電磁波穿透功率損失在 10% 以內(nèi)。

采用貼膜對建筑玻璃進(jìn)行節(jié)能改造，金屬鍍膜產(chǎn)品具有最佳的隔熱節(jié)能效果，但同時也會對電磁波信號產(chǎn)品明顯的屏蔽，可能會導(dǎo)致室內(nèi)通信不良。多層結(jié)構(gòu)光學(xué)膜和陶瓷膜由于不含金屬成分，因此雖然節(jié)能效果略低于金屬鍍膜，但對電磁波信號幾乎不產(chǎn)生屏蔽，多層結(jié)構(gòu)光學(xué)膜擁有最佳的綜合性能。