南洋理工大學科學家開發出節能“液體窗”
【solardaily網11月6日報道】新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）的科學家們研發出一種液體窗，它不僅可以阻擋陽光以調節日光射入量，同時還能捕獲熱能并在晝夜間釋放，以降低建筑能耗。南洋理工大學的研究人員將水凝膠基液體置于玻璃板內，開發出他們的“智能窗戶”。在模擬實驗中他們發現，與傳統玻璃窗相比，
【solardaily網11月6日報道】新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）的科學家們研發出一種液體窗，它不僅可以阻擋陽光以調節日光射入量，同時還能捕獲熱能并在晝夜間釋放，以降低建筑能耗。
南洋理工大學的研究人員將水凝膠基液體置于玻璃板內，開發出他們的“智能窗戶”。在模擬實驗中他們發現，與傳統玻璃窗相比，智能窗可以減少45%的建筑能耗，其節能效率也比市面上的低輻射鍍膜（節能）玻璃高30%左右，而且造價更低。
這種“智能窗”在智能液體節能窗的科學雜志上成為首個實例。這彰顯了南洋理工大學智能校園的愿景，即立志開發先進技術，在未來實現可持續發展。
窗戶是建筑設計的關鍵組成部分，也是最不節能的一部分。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。聯合國2009年的一份報告顯示，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。
傳統低輻射節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致建筑升溫的主要組成部分，而鍍膜無法調節可見光。
為了研發出一種克服這些缺陷的窗戶，南洋理工大學的研究人員將目光投向了水，水在吸收大量熱能后會變熱，這種現象被稱為高比熱容。
他們創造了一種微水凝膠、水和穩定劑的混合物。在模擬實驗中，這種混合物能對環境的變化做出反應，因而能夠在多種氣候環境中有效降低能耗。在液體混合物中加入水凝膠使得其在高溫時變得不透明，從而阻擋陽光，低溫時又能恢復到原來“透明”的狀態。
“液體窗”最適合辦公建筑
由于比熱容較高，水能在天氣炎熱時儲存大量熱量，同時又不會讓其穿過玻璃，進入建筑。到了晚上，這些熱量會逐漸釋放出來。
這項研究發表在《焦耳》雜志上，該研究的主要作者、材料科學與工程學院的高級講師龍祎博士稱，我們創造性地將水凝膠和水的特殊性質結合起來。在生產玻璃時，只需將以水凝膠為基礎的液體混合物澆注在兩個玻璃板之間即可。這不僅簡化了制造流程，還使得玻璃具有高度均勻的獨特優勢，可以制成任意形狀和尺寸。
有了這些特點，南洋理工大學研究團隊認為他們的創意最適合白天大部分時間都在運作的辦公建筑。為了驗證自己的看法，他們在炎熱（新加坡和廣州）和寒冷的環境（北京）中分別進行了戶外測試。
新加坡的測試證明，在一天中最熱的時候（也就是正午時分），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。
智能窗戶能錯開用電高峰，并阻隔噪音
科學家們也觀測了不同玻璃一天中儲熱量最高的時刻。普通玻璃窗的“溫度峰值”出現在中午12點，而智能玻璃窗的溫度峰值則出現在下午2點。溫度峰值出現時間的變動意味著建筑會改變使用電力制冷或供熱的時間，這將減少用戶的能源支出。
此外，通過對四個城市（上海、拉斯維加斯、利雅得和新加坡）的實際建筑模型和天氣數據進行模擬還表明，與普通玻璃窗和低輻射鍍膜窗相比，智能液體窗在四個城市中的節能效果最好。
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、材料科學與工程學院的項目主任王善成表示，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計，但用以水凝膠為基礎的液體填充了中間的空氣間層，從而增強了兩塊玻璃板之間的隔音效果。這種巨大的優勢在當前節能窗戶中十分罕見。
另一位第一作者周洋現任中國石油大學（北京）的副教授，他曾在南洋理工大學讀博。
現任中國華中科技大學教授的楊榮貴先生是熱能與能源系統的專家，他曾榮獲2020年nukiyama熱科學與工程紀念獎。對于這項技術，他發表了自己的看法：這是第一個以水凝膠為基礎的智能液體窗，與傳統玻璃窗的設計截然不同。這個顛覆性的創新既能調節太陽能，又能儲存熱量，因此節能效果十分出色。
目前，該研究團隊正在尋求行業合作來對這種智能窗戶進行商業推廣。
作者：陳思源 來源：能源輿情 責任編輯：jianping
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