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NTU 科学家研发液态夹层节能玻璃窗,可减少45%的能源损耗

2020/11/09
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窗户是建筑物设计中的关键组成部分,但它们也是能源效率最低的部分。由于热量可以很容易地通过玻璃传递,窗户对建筑物的供暖和制冷成本有重大影响。根据联合国2009年的一份报告,建筑物占全球能源消耗的40%,而窗户则占该能源消耗的一半。

近日,NTU两名博士研究员研发了隔热节能的液态夹层玻璃窗,把特制液体灌入窗玻璃间的夹层能增强隔热功能,保持室内温度舒适,减少建筑物45%的能量损耗。它的能效也比市售的节能玻璃高出30%,而且制造成本更低。

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LIquid Windows,来源:NTU官网

据报道,该液态夹层节能玻璃窗未来有可能成为NTU智能校园的一部分,旨在为可持续发展提供解决方案。

液态夹层节能窗的原理

常规的节能低辐射窗户是由昂贵的涂料制成的,这些涂料可以阻挡进入或离开建筑物的红外线,从而有助于减少对供暖和制冷的需求。但是,它们不能调节可见光,而可见光是导致建筑物升温的主要原因。

为了发明克服这些限制的窗户,南大研究人员将研究方向转向了水,他们创造了微水凝胶,水和稳定剂的混合物,并通过模拟实验发现,由于它具有响应温度变化的能力,因此可以有效地减少各种气候条件下的能耗。多亏了水凝胶,液体混合物在暴露于热条件下时变成不透明,从而阻挡了阳光,并且在冷却时又恢复到其原始的“透明”状态。

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LIquid Windows研发人员,来源:NTU官网

液态夹层节能窗的优点

储热能力强

除了上述阻挡红外线和可见光外,液态夹层的储热能力比普通玻璃大约五倍以上,太阳能晒到玻璃上转化为热能后,可被玻璃间的液体吸收,避免热气渗入室内。相反的,液态夹层也可在寒冷季节中储存热能,避免热气流逝于室外。

隔音效果增加

研究员无意中发现,将特制液体灌入1厘米厚度的空间,隔音功效比起一般中空玻璃增加约15%。

对此,研究员解释到,“一般中空玻璃窗户,利用两片玻璃中间隔着的空气减少声音。因为液态夹层玻璃制作的窗户概念一样,只是把中间的空气换成液体,我们发现隔音效果更好,也是一般节能窗户没有的额外优势。”

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LIquid Windows实验室研发一览,来源:NTU官网

可应用于办公大楼

由于液态夹层玻璃窗的特性,NTU研究团队认为,他们的创新最适合用于办公时间较长的办公大楼。为了验证这一技术,科学家们在炎热的(新加坡,广州)和寒冷的(北京)环境中进行了室外测试。

新加坡测试显示,与使用正常的玻璃窗的房间相比,使用智能液体窗在一天中最热的时间(中午)的温度较低。北京的测试表明,与使用普通玻璃窗的房间相比,使用智能液体窗的房间在保持相同温度下的能耗降低了11%。

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LIquid Windows实验室研发一览,来源:NTU官网

使用实际建筑模型和四个城市(上海,拉斯维加斯,利雅得和新加坡)的天气数据进行的模拟显示,与常规玻璃窗和低辐射率窗相比,智能液体窗在所有四个城市中均具有最佳的节能性能。

参考文献:

1. NTU scientists develop energy-saving ‘liquid window’

NTU Media Release;

2. "Liquid Thermo-Responsive Smart Window Derived from Hydrogel", published in Joule, 23 September 2020.

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