南洋理工大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出節(jié)能“液體窗”
【solardaily網(wǎng)11月6日報(bào)道】新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）的科學(xué)家們研發(fā)出一種液體窗，它不僅可以阻擋陽光以調(diào)節(jié)日光射入量，同時(shí)還能捕獲熱能并在晝夜間釋放，以降低建筑能耗。南洋理工大學(xué)的研究人員將水凝膠基液體置于玻璃板內(nèi)，開發(fā)出他們的“智能窗戶”。在模擬實(shí)驗(yàn)中他們發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)玻璃窗相比，
【solardaily網(wǎng)11月6日報(bào)道】新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）的科學(xué)家們研發(fā)出一種液體窗，它不僅可以阻擋陽光以調(diào)節(jié)日光射入量，同時(shí)還能捕獲熱能并在晝夜間釋放，以降低建筑能耗。
南洋理工大學(xué)的研究人員將水凝膠基液體置于玻璃板內(nèi)，開發(fā)出他們的“智能窗戶”。在模擬實(shí)驗(yàn)中他們發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)玻璃窗相比，智能窗可以減少45%的建筑能耗，其節(jié)能效率也比市面上的低輻射鍍膜（節(jié)能）玻璃高30%左右，而且造價(jià)更低。
這種“智能窗”在智能液體節(jié)能窗的科學(xué)雜志上成為首個(gè)實(shí)例。這彰顯了南洋理工大學(xué)智能校園的愿景，即立志開發(fā)先進(jìn)技術(shù)，在未來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
窗戶是建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組成部分，也是最不節(jié)能的一部分。由于熱量可以輕易穿過玻璃，因此窗戶很大程度上影響著建筑的供暖和制冷成本。聯(lián)合國2009年的一份報(bào)告顯示，建筑能耗占全球總能耗的40%，而一半的建筑能耗都與窗戶有關(guān)。
傳統(tǒng)低輻射節(jié)能窗帶有昂貴的鍍膜，鍍膜能阻隔紅外線穿過建筑，從而有助于減少加熱和制冷需求。然而，可見光才是太陽光中導(dǎo)致建筑升溫的主要組成部分，而鍍膜無法調(diào)節(jié)可見光。
為了研發(fā)出一種克服這些缺陷的窗戶，南洋理工大學(xué)的研究人員將目光投向了水，水在吸收大量熱能后會變熱，這種現(xiàn)象被稱為高比熱容。
他們創(chuàng)造了一種微水凝膠、水和穩(wěn)定劑的混合物。在模擬實(shí)驗(yàn)中，這種混合物能對環(huán)境的變化做出反應(yīng)，因而能夠在多種氣候環(huán)境中有效降低能耗。在液體混合物中加入水凝膠使得其在高溫時(shí)變得不透明，從而阻擋陽光，低溫時(shí)又能恢復(fù)到原來“透明”的狀態(tài)。
“液體窗”最適合辦公建筑
由于比熱容較高，水能在天氣炎熱時(shí)儲存大量熱量，同時(shí)又不會讓其穿過玻璃，進(jìn)入建筑。到了晚上，這些熱量會逐漸釋放出來。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《焦耳》雜志上，該研究的主要作者、材料科學(xué)與工程學(xué)院的高級講師龍祎博士稱，我們創(chuàng)造性地將水凝膠和水的特殊性質(zhì)結(jié)合起來。在生產(chǎn)玻璃時(shí)，只需將以水凝膠為基礎(chǔ)的液體混合物澆注在兩個(gè)玻璃板之間即可。這不僅簡化了制造流程，還使得玻璃具有高度均勻的獨(dú)特優(yōu)勢，可以制成任意形狀和尺寸。
有了這些特點(diǎn)，南洋理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們的創(chuàng)意最適合白天大部分時(shí)間都在運(yùn)作的辦公建筑。為了驗(yàn)證自己的看法，他們在炎熱（新加坡和廣州）和寒冷的環(huán)境（北京）中分別進(jìn)行了戶外測試。
新加坡的測試證明，在一天中最熱的時(shí)候（也就是正午時(shí)分），智能液體窗的溫度（50攝氏度）低于普通玻璃窗（84攝氏度）。而在北京的測試顯示，在保證相同室溫的前提下，裝有智能液體窗的房間比普通房間少消耗11%的能源。
智能窗戶能錯(cuò)開用電高峰，并阻隔噪音
科學(xué)家們也觀測了不同玻璃一天中儲熱量最高的時(shí)刻。普通玻璃窗的“溫度峰值”出現(xiàn)在中午12點(diǎn)，而智能玻璃窗的溫度峰值則出現(xiàn)在下午2點(diǎn)。溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間的變動意味著建筑會改變使用電力制冷或供熱的時(shí)間，這將減少用戶的能源支出。
此外，通過對四個(gè)城市（上海、拉斯維加斯、利雅得和新加坡）的實(shí)際建筑模型和天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬還表明，與普通玻璃窗和低輻射鍍膜窗相比，智能液體窗在四個(gè)城市中的節(jié)能效果最好。
而隔音測試顯示，智能液體窗比雙層玻璃窗的降噪效果好15%。
該研究的第一作者、材料科學(xué)與工程學(xué)院的項(xiàng)目主任王善成表示，雙層隔音玻璃窗由兩塊玻璃制成，兩塊玻璃之間有空氣間層。而我們的窗戶雖然也有相似的設(shè)計(jì)，但用以水凝膠為基礎(chǔ)的液體填充了中間的空氣間層，從而增強(qiáng)了兩塊玻璃板之間的隔音效果。這種巨大的優(yōu)勢在當(dāng)前節(jié)能窗戶中十分罕見。
另一位第一作者周洋現(xiàn)任中國石油大學(xué)（北京）的副教授，他曾在南洋理工大學(xué)讀博。
現(xiàn)任中國華中科技大學(xué)教授的楊榮貴先生是熱能與能源系統(tǒng)的專家，他曾榮獲2020年nukiyama熱科學(xué)與工程紀(jì)念獎。對于這項(xiàng)技術(shù)，他發(fā)表了自己的看法：這是第一個(gè)以水凝膠為基礎(chǔ)的智能液體窗，與傳統(tǒng)玻璃窗的設(shè)計(jì)截然不同。這個(gè)顛覆性的創(chuàng)新既能調(diào)節(jié)太陽能，又能儲存熱量，因此節(jié)能效果十分出色。
目前，該研究團(tuán)隊(duì)正在尋求行業(yè)合作來對這種智能窗戶進(jìn)行商業(yè)推廣。
作者：陳思源 來源：能源輿情 責(zé)任編輯：jianping
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