浅论高铁站房节能减排之断热稀土热障涂层
王玉波
中国铁路济南局青岛房建公寓段 青岛 266002
摘要：文章介绍为了达到节能减排效果，响应国家号召，设备管理单位对站房屋面和幕墙玻璃两方面入手，采用目前新兴的断热稀土材料达到夏天热量进不到室内冬天热气散不到室外的效果，更让旅客有一个温馨的出行体验。
关键词：高速铁路站房；节能减排；热障涂层
一、概述：
为进一步加强节能管理工作，建立节约型企业，实现合理配置和使用能源，降低能源消耗，提高经济效益的目的，响应国家提出的“碳达峰、碳中和”目标，根据中国铁路济南局有关规定，按照“勤俭节约，节支降耗”的原则，全面解决车站站房能源消耗及旅客环境舒适度问题。对高铁和客专车站站房既有彩钢瓦屋面和铝镁锰板屋面进行研究和使用断热稀土金属热障涂层，同时对高铁站房玻璃研究和使用断热稀土玻璃涂层。可调节温度7—15度，节能25％—40％。
二、既有高铁和客专站房屋面和玻璃幕墙现状：
夏季太阳光照时间长，透过屋顶彩钢瓦、铝镁锰板屋面、幕墙玻璃导热进入候车室内，导致温度超高，炎热的温度必然让空调制冷功率加大，不仅造成较大的能源消耗还致使工作人员及乘客体感严重不适；冬季室内热量透过屋顶彩钢瓦、铝镁锰板屋面、幕墙玻璃向外流失温度过快，室内保温效果差，导致室内温度严重降低，空调采暖功率加大，导致能源过度消耗。虽然利用各种办法多次进行整治，但效果都不理想，同时还带来大量的能耗损失。乘客经常对此进行投诉反映，对高铁的形象造成不良的影响。
三、站房屋面和幕墙玻璃选用隔热材料原理和性能对比：
1、断热稀土金属热障涂层节能为绿色低碳项目，助力低碳铁路试点和碳达峰工作，为申请低碳铁路试点提供了有力的技术支撑。夏季极大的节约空调费用，降低能耗，减少碳排放；而在冬季，室内热源无法有效穿透断热稀土金属热障涂层，热源被大量的留在了室内，室内暖气升温更快，锁能、保温性就会更好。因此能大大提高车站工作人员办公环境及旅客待乘环境的体感舒适度，极大降低旅客的投诉率。
铁路专用断热稀土金属热障涂层，此款新型产品一切金属物体皆可涂，相较于其他保温产品具有节能、降耗、控温效果优异且施工简便、成本低廉。同时能解决彩钢瓦顶面防水、防腐等一系列难题。
铁路专用断热稀土金属热障涂层利用稀土特有的电子层结构对太阳红外线进行高反射，不让太阳热量在物体表面进行累计升温，并在热障层漆涂料中添加导热系数极低的空心微珠，来隔绝热能的传递。此款产品性能优越、节能降耗、低碳环保。
2、在《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》中提出到2020年，我国城镇新建建筑能效将提高20%，绿色建筑面积比重超过50%，而建筑能耗的40%消耗在玻璃门窗上，所以提高玻璃的隔热性能尤为关键。
众所周知，地球表面的热能主要来源于日照，太阳光的光谱主要集中于200-2500nm范围内，其中：200-400nm范围内为紫外线，其能量占太阳光总能量的约5%，400-720nm范围内为可见光，其能量占太阳光总能量的约45%，而720-2500nm范围内均为红外线，其能量占太阳光总能量的一半。红外线是人眼不可见的，因此，若在不影响可见光透过的条件下，如何将红外线有效阻隔，提高玻璃的隔热性能，是国内外技术研发的重难点之一。目前，高质量、高通透率的隔热涂膜的研发主要集中在美日等发达国家。
“虽然现有技术中对于太阳光的阻隔有多种方法，但各自都存在诸多问题。”
目前高铁站房较为常用的建筑隔热玻璃是低热辐射玻璃（Low-E）。这类玻璃是通过在普通玻璃表面镀层来实现隔热效果的。然而，这类玻璃在建筑外墙被大量使用后，虽然对建筑本身起到了良好的保温和隔热性能，但是会大量反射太阳光，并造成大量的光污染问题。人们长时间在光污染环境下工作，会导致视力下降，产生头晕目眩、失眠、心悸、食欲下降及情绪低落等症状，严重影响人们的身体和心理健康。另外，Low-E玻璃无法通过后期涂刷等方式使玻璃表面获得隔热能力，此外，由于金属层的氧化，其表面层寿命远低于玻璃本身的寿命，这导致了Low-E玻璃无法作为用于存量建筑玻璃的升级改造。
“目前商业化应用较为广泛的红外吸收材料——铯钨青铜材料，具有很好的红外吸收效果，然而其在紫外线照射下会出现光致变色现象，且在加热条件下，会与水和氧气发生不可逆的氧化反应，生成三氧化钨，并丧失其红外吸收性能。”
从以上分析可知，传统Low-E玻璃和玻璃产品的隔热原理是通过在普通玻璃表面镀层来实现隔热效果，镀膜后，Low-E玻璃可以对波长2500nm以上远红外线起到良好的反射作用，但也会造成污染。能吸收光子也许是更好的选择。受局域表面等离子体共振（LSPR）现象的启发，因为具有一定长径比的金纳米带，其表面电子可以与一定频率的入射光子发生共振，并强烈地吸收入射光子，再通过对材料粒径和形貌的调控，可以实现对红外光子的选择性吸收，就可以做成红外线吸收材料。
断热稀土玻璃涂层以稀土化合物为基础，一方面，由于硼原子具有很强的电负性，其可以与稀土元素形成较强的作用力，使得形成的稀土纳米断热材料具有良好的耐酸碱性；另一方面，在形成的稀土纳米硼化物材料中，稀土元素自身的外层电子提供了大量自由电子，当入射光的光子激发时，自由电子与入射光子发生共振，从而在宏观上表现为吸热能力。
此外，通过对稀土元素种类以及掺杂量的调控，可以进一步控制入射光子发生共振的波长范围。利用这种方法，成功开发出具有良好耐候性的高性能稀土纳米复合断热材料，很好解决了现有材料环境稳定性不足与无法对红外线进行光谱吸收的卡脖子问题。
断热稀土玻璃涂层涂层，红、紫外线阻隔大于90%，可见光透过率大于等于70%，断热效果、便捷度及稳定性等方面均优于玻璃贴膜、Low-E玻璃及中空玻璃等同类产品。以LOW-E中空玻璃和断热稀土夹胶玻璃效果对比为例，在同等条件下，将双银LOW-E中空玻璃和断热稀土夹胶玻璃分别放在红外灯前，双银LOW-E中空玻璃红外线热值为3417，双银LOW-E中空玻璃紫外线值为4857，阻隔率为50%，断热稀土夹胶玻璃红外线热值为320，断热稀土夹胶玻璃紫外线值为19.4，阻隔率高达99.8%。
由此可知，即使是目前市面上性能优良的双银LOW-E中空玻璃，隔热、防晒和节能性也落后于使用了断热稀土技术的单层RE夹胶玻璃。
众所周知，太阳热能主要通过红外线辐射存在，并拥有高温向低温传递的特性。因此，夏天室外高温会涌向室内，致使空调负荷增加，且红/紫外线能使人体皮肤产生灼热感；涂层可与200-400nm和700-2500nm范围内的光波发生等离子体共振效应，辐射热能无法穿透涂层，就能达到良好的隔热、防晒性能，同时，因阻断了辐射热能，室内温度无法快速持续升温，便减少了空调负荷，大大节约了空调费用，也达到了节能的目的。
而在冬季，室内热源发热的本质依然是红外光，是粒子内部振动向外传播电磁波，所以，发热电磁波根本无法有效穿透断热稀土涂层（等离子体共振），热源被大量的留在了室内，暖气升温更快，锁能、保温性就会更好，超级节能。
四、结语：
通过对高铁站房屋面和幕墙玻璃隔热材料的应用以后，可确保解决高铁站房夏天隔热冬天保温难题，并助力铁路节能管理工作，降低能耗、减少碳排放。让广大旅客有一个更为舒适的乘车环境。