科技日報記者 金鳳 通訊員 朱琳

建筑物中的采暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)消耗的能源，約占建筑物總能耗的一半。如今，一種最新設(shè)計的理論模型，通過智能調(diào)節(jié)窗戶光學(xué)參數(shù)，控制太陽光和長波紅外線強度，讓室內(nèi)冬暖夏涼。

4月13日，記者從南京工業(yè)大學(xué)獲悉，該校環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副教授蔣騰耀與新加坡南洋理工大學(xué)、美國懷俄明大學(xué)等合作團隊，首次提出同時調(diào)控太陽光和長波紅外線兩個波段的理想智能窗戶模型，實現(xiàn)雙波段自響應(yīng)調(diào)控，提升建筑的節(jié)能效果。這一成果發(fā)表于國際期刊《科學(xué)》。

研究團隊設(shè)計的太陽光和長波紅外線雙波段自響應(yīng)理想智能窗戶模型

“輻射冷卻材料會自發(fā)地向寒冷的外層空間輻射長波紅外線，是炎熱季節(jié)首選的冷卻材料，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于墻壁和屋頂，但很少應(yīng)用于窗戶，因為窗戶是建筑中能效最低的部分之一?！闭撐牡墓餐谝蛔髡呤Y騰耀告訴科技日報記者，想避免室內(nèi)太熱，最直觀的是擋住從窗戶進入的太陽光，現(xiàn)有的智能窗戶在太陽光透射率的調(diào)控上已經(jīng)取得了顯著進展。然而，與熱輻射和輻射制冷有關(guān)的長波紅外波段對窗戶能效的影響卻鮮少被關(guān)注。

研發(fā)一種能同時調(diào)控太陽光和長波紅外雙波段，并保持可見光透過率的智能窗戶，是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。

在研究中，團隊提出了同時調(diào)控太陽光長波及紅外波段的理想智能窗戶模型?！霸谙募?，理想的智能窗戶需要具有低近紅外透過率，從而減少由陽光引起的室內(nèi)升溫；同時具有高長波紅外發(fā)射率，以促進輻射制冷。在冬季，智能窗戶應(yīng)具有高近紅外透過率和低長波紅外發(fā)射率，以促進陽光透射和減小經(jīng)由窗戶的熱損失?！笔Y騰耀說，這個模型的關(guān)鍵和難點在于，根據(jù)不同的季節(jié)、溫度動態(tài)調(diào)節(jié)長波紅外線的發(fā)射率，讓窗戶的長波紅外輻射能力在一個適宜的區(qū)間波動。

團隊設(shè)計的玻璃復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)圖

為了實現(xiàn)對兩個波段的自調(diào)控，使太陽光和長波紅外光自動發(fā)揮最大節(jié)能效果，研究團隊設(shè)計并制備了一款雙波段調(diào)控自響應(yīng)智能窗。

“我們采用溶液工藝在玻璃上涂了熱響應(yīng)鎢摻雜二氧化釩納米顆粒、聚甲基丙烯酸甲酯以及氧化銦錫涂層，構(gòu)成了一個法布里-珀羅諧振器。”蔣騰耀介紹，該諧振器能夠?qū)ν饨鐪囟茸皂憫?yīng)，適應(yīng)外界氣溫的變化。改變法布里-珀羅諧振器的結(jié)構(gòu)，智能窗還有不同的長波紅外發(fā)射率切換能力，滿足不同氣候區(qū)的要求。

與市售低輻射節(jié)能玻璃相比，雙波段調(diào)控智能窗戶的全球建筑節(jié)能圖

在現(xiàn)實中，這套模型是否能智能調(diào)節(jié)室溫、實現(xiàn)建筑節(jié)能？蔣騰耀表示，研究團隊在全球7個氣候區(qū)進行模擬，發(fā)現(xiàn)雙波段調(diào)控智能窗戶較市售低輻射節(jié)能玻璃表現(xiàn)出更優(yōu)異的節(jié)能效果，每平米玻璃可實現(xiàn)最高達324.6兆焦的制冷/制熱節(jié)能，“這相當(dāng)于每年每平米玻璃可節(jié)省約90度電?！?/p>

“這項成果為建筑特別是玻璃的智能節(jié)能發(fā)展提供了新的思路，也為全球的節(jié)能減碳事業(yè)提供了獨特的解決方案。但想進入工業(yè)化生產(chǎn)，還需要繼續(xù)探索工藝放大研究，例如材料的耐候性、使用壽命等問題。”蔣騰耀說。

（蔣騰耀供圖）

關(guān)鍵詞： 冬暖夏涼