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NTU 科學家研發液態夾層節能玻璃窗,可減少45%的能源損耗

2020/11/09
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窗戶是建築物設計中的關鍵組成部分,但它們也是能源效率最低的部分。由於熱量可以很容易地通過玻璃傳遞,窗戶對建築物的供暖和製冷成本有重大影響。根據聯合國2009年的一份報告,建築物占全球能源消耗的40%,而窗戶則占該能源消耗的一半。

近日,NTU兩名博士研究員研發了隔熱節能的液態夾層玻璃窗,把特製液體灌入窗玻璃間的夾層能增強隔熱功能,保持室內溫度舒適,減少建築物45%的能量損耗。它的能效也比市售的節能玻璃高出30%,而且製造成本更低。

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LIquid Windows,來源:NTU官網

據報道,該液態夾層節能玻璃窗未來有可能成為NTU智能校園的一部分,旨在為可持續發展提供解決方案。

液態夾層節能窗的原理

常規的節能低輻射窗戶是由昂貴的塗料製成的,這些塗料可以阻擋進入或離開建築物的紅外線,從而有助於減少對供暖和製冷的需求。但是,它們不能調節可見光,而可見光是導致建築物升溫的主要原因。

為了發明克服這些限制的窗戶,南大研究人員將研究方向轉向了水,他們創造了微水凝膠,水和穩定劑的混合物,並通過模擬實驗發現,由於它具有響應溫度變化的能力,因此可以有效地減少各種氣候條件下的能耗。多虧了水凝膠,液體混合物在暴露於熱條件下時變成不透明,從而阻擋了陽光,並且在冷卻時又恢復到其原始的「透明」狀態。

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LIquid Windows研發人員,來源:NTU官網

液態夾層節能窗的優點

儲熱能力強

除了上述阻擋紅外線和可見光外,液態夾層的儲熱能力比普通玻璃大約五倍以上,太陽能曬到玻璃上轉化為熱能後,可被玻璃間的液體吸收,避免熱氣滲入室內。相反的,液態夾層也可在寒冷季節中儲存熱能,避免熱氣流逝於室外。

隔音效果增加

研究員無意中發現,將特製液體灌入1厘米厚度的空間,隔音功效比起一般中空玻璃增加約15%。

對此,研究員解釋到,「一般中空玻璃窗戶,利用兩片玻璃中間隔著的空氣減少聲音。因為液態夾層玻璃製作的窗戶概念一樣,只是把中間的空氣換成液體,我們發現隔音效果更好,也是一般節能窗戶沒有的額外優勢。」

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LIquid Windows實驗室研發一覽,來源:NTU官網

可應用於辦公大樓

由於液態夾層玻璃窗的特性,NTU研究團隊認為,他們的創新最適合用於辦公時間較長的辦公大樓。為了驗證這一技術,科學家們在炎熱的(新加坡,廣州)和寒冷的(北京)環境中進行了室外測試。

新加坡測試顯示,與使用正常的玻璃窗的房間相比,使用智能液體窗在一天中最熱的時間(中午)的溫度較低。北京的測試表明,與使用普通玻璃窗的房間相比,使用智能液體窗的房間在保持相同溫度下的能耗降低了11%。

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LIquid Windows實驗室研發一覽,來源:NTU官網

使用實際建築模型和四個城市(上海,拉斯維加斯,利雅得和新加坡)的天氣數據進行的模擬顯示,與常規玻璃窗和低輻射率窗相比,智能液體窗在所有四個城市中均具有最佳的節能性能。

參考文獻:

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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