窗戶也能調(diào)控陽(yáng)光?我國(guó)科學(xué)家制備出可維持舒適室溫的智能窗戶
央廣網(wǎng)北京7月24日消息(總臺(tái)中國(guó)之聲記者劉夢(mèng)雅)據(jù)中央廣播電視總臺(tái)中國(guó)之聲報(bào)道,當(dāng)前正值炎炎夏日,為了營(yíng)造適宜居住的室內(nèi)環(huán)境,人們往往依賴空調(diào)來(lái)降低室內(nèi)溫度,溫度雖然降下來(lái)了,但卻容易造成大量的能源消耗和溫室氣體排放。
在建筑物中,減少空調(diào)、暖氣等室內(nèi)溫控設(shè)備的過(guò)度使用是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要途徑之一。降低室內(nèi)溫度,其實(shí)還有一種新的思路,那就是在建筑物中安裝智能化的節(jié)能窗戶,通過(guò)阻擋太陽(yáng)光對(duì)室內(nèi)的長(zhǎng)時(shí)間直射,延緩室內(nèi)溫度的升高,就能夠降低空調(diào)的使用頻率,在節(jié)約用電的同時(shí)還能減少碳排放。
近期,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)基于納米技術(shù),提出了一種智能窗戶制備的新策略,創(chuàng)制出一種可以動(dòng)態(tài)調(diào)控太陽(yáng)光輻射的智能窗戶,在調(diào)控輻射的同時(shí),還能夠“隔熱不隔光”,最大化保證室內(nèi)光線充足。這種智能窗戶如此神奇的功能是如何產(chǎn)生的?
玻璃如何做到“隔熱不隔光”?
空調(diào)是建筑環(huán)境中的耗能大戶,空調(diào)能耗占據(jù)了建筑能耗的一半以上。除了從空調(diào)本身的節(jié)能策略入手之外,讓智能窗戶來(lái)幫助調(diào)節(jié)室溫,減少對(duì)空調(diào)的依賴,也成為一個(gè)有效的新思路。論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉建偉介紹,理想中的智能窗戶可以實(shí)現(xiàn)在炎熱天氣里持續(xù)阻擋強(qiáng)烈太陽(yáng)光照射,維持室內(nèi)的涼爽;而在寒冷天氣里又盡可能讓太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi),營(yíng)造溫暖的環(huán)境。
劉建偉說(shuō):“現(xiàn)在全球大概有20%的能源消耗用來(lái)讓人們生活工作得更舒適,比如冬天需要加熱,夏天需要降溫。夏天特別熱,能不能使用一些智能的玻璃代替一部分空調(diào)的使用?比如空調(diào)只需要開(kāi)到28℃,產(chǎn)生的制冷效果就相當(dāng)于26℃,空調(diào)每降低一度對(duì)全球能源布局的影響都非常大。”
現(xiàn)如今人們嘗試制造的智能窗戶,主要著重于改變窗戶玻璃的色彩,通過(guò)透明和不透明兩種光學(xué)狀態(tài)間的切換來(lái)調(diào)控太陽(yáng)光輻射。不過(guò),這種方法缺乏對(duì)太陽(yáng)光中不同波段的區(qū)分度和選擇性,在阻擋更多太陽(yáng)光輻射的同時(shí),可見(jiàn)光也一并被“拒之窗外”,影響了室內(nèi)采光照明。如何達(dá)到“隔熱不隔光”的效果?劉建偉介紹,研究團(tuán)隊(duì)從特殊納米材料入手,合成并混合了不同尺寸的一維金(Au)納米棒,制成的納米涂層可以選擇性地吸收太陽(yáng)光中760-1360納米波段的近紅外光,而不會(huì)過(guò)多影響到400-760納米波段的可見(jiàn)光。
劉建偉說(shuō):“我們利用了一些功能納米材料,把太陽(yáng)光中發(fā)熱的那部分進(jìn)行攔截和吸收。因?yàn)樘?yáng)光中的可見(jiàn)光波段非常窄,我們讓可見(jiàn)光波段的這些光全部透進(jìn)來(lái),這樣看起來(lái)玻璃還是很透明的?!?/p>
納米材料的神奇遠(yuǎn)不止于此,是否有可能變得更加“智能”,可以根據(jù)環(huán)境溫度的變化來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度?其實(shí),納米材料的性質(zhì)并不是一成不變的,一些納米材料可以發(fā)生相變,相變材料的導(dǎo)熱性、透光性會(huì)隨著條件的不同而發(fā)生變化。劉建偉介紹,就像宏觀世界中組裝機(jī)器一樣,研究團(tuán)隊(duì)將多種納米相變材料進(jìn)行排列組裝,使材料的透光性和變色性能夠隨著環(huán)境溫度的不同而發(fā)生變化。
劉建偉說(shuō):“這樣的納米材料比我們的頭發(fā)絲還細(xì)幾千倍,就像裝配飛機(jī)的零部件,我們通過(guò)界面組裝的方式進(jìn)行自組裝,并進(jìn)行定向排列。組裝之后,微觀層次上精妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)影響到宏觀上的效果,在保證透過(guò)率的基礎(chǔ)之上,使其能夠智能地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度?!?/p>
“物美價(jià)廉”,有望為節(jié)能減排添磚加瓦
通過(guò)建筑物能源功耗仿真模擬,研究人員對(duì)比了安裝普通玻璃窗戶和智能窗戶建筑物的全年能源消耗情況。結(jié)果顯示,在不同氣候類型的地區(qū)中,相較于普通玻璃窗戶,這種新型智能窗戶可以在炎熱的月份帶來(lái)更加明顯的能耗節(jié)省。
劉建偉說(shuō):“我們做了一個(gè)小房子的模型,在小房子上安裝了智能窗戶,它的控溫效果能夠使得室內(nèi)溫度在不用空調(diào)的情況下降低3℃至5℃。也就是說(shuō),室外如果特別炎熱,氣溫將近35℃,如果不開(kāi)空調(diào),室內(nèi)溫度只有30℃左右?!?/p>
那么,具備如此立竿見(jiàn)影降溫效果的智能窗戶距離投入應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?劉建偉表示,接下來(lái),研究團(tuán)隊(duì)將開(kāi)展更進(jìn)一步的效果研究和材料開(kāi)發(fā),爭(zhēng)取早日為建筑行業(yè)的節(jié)能減排“添磚加瓦”。
劉建偉說(shuō):“我們的科研團(tuán)隊(duì)會(huì)在這個(gè)方向上繼續(xù)耕耘。第一,讓它更加實(shí)用化,至少要做成一個(gè)十幾平方米的辦公室模型,研究具體的降溫情況。第二,開(kāi)發(fā)一些新的材料體系,讓它在可見(jiàn)光波段透過(guò)率幾乎為100%。我們希望以后絕大多數(shù)的高層建筑里面能有我們的產(chǎn)品,因?yàn)樗某杀颈容^低。一平方米大小的一塊玻璃加上鍍膜工藝,成本可能是幾十元人民幣,如果大規(guī)模應(yīng)用,成本可能還會(huì)降低?!?/p>
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