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。
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。
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。”
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％。
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.
