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科学家开发出节能的“液体窗口”
2020年11月24日    阅读量:     新闻来源:中国玻璃网 meesm.com  |  投稿

新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)的科学家开发了一种液体窗玻璃,该玻璃窗可以同时阻挡阳光以调节太阳光的传输,同时捕获可以昼夜释放的热能,从而有助于减少建筑物的能耗。 


科学家开发出节能的“液体窗口” 中国玻璃网,meesm.com


NTU研究人员通过将基于水凝胶的液体放入玻璃面板中来开发他们的“智能窗户”,发现与传统的玻璃窗户相比,它可以在模拟建筑物中减少多达45%的能源消耗。它的能源效率也比市售的低发射率(节能)玻璃高出30%,而且制造成本更低中国玻璃网meesm.com


智能窗户是使用液体制成的节能型智能窗户的科学杂志上首次报道的实例,并支持NTU智能校园愿景,该愿景旨在为可持续发展的未来开发技术先进的解决方案。


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%,而窗户则占了一半。


常规的节能低辐射窗户是由昂贵的涂层制成的,这些涂层可以减少进入或离开建筑物的红外光,从而有助于减少对供暖和制冷的需求。但是,它们不调节可见光,可见光是导致建筑物升温的阳光的主要成分。


为了开发克服这些限制的窗口,南大研究人员转向了水,水在开始变热之前会吸收大量的热量,这种现象称为高比热容。


他们创造了一种微水凝胶,水和一种稳定剂的混合物,并通过实验和模拟发现,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时变成不透明,从而阻挡了阳光,并在冷却时恢复到其原始的“透明”状态。


用于创建智能窗口的液体混合物由微水凝胶,水和稳定剂制成。图片来源:新加坡南大

最适合办公楼的液体窗户

 

同时,水的高热容量允许存储大量的热能,而不是在炎热的白天通过玻璃传递到建筑物中。然后,热量将逐渐冷却并在晚上释放。


朗逸博士,杂志上发表的研究性学习的主要作者焦耳和高级讲师在材料科学与工程学院表示,“我们的创新结合了两种材料的水凝胶和水的独特性能。


通过使用基于水凝胶的液体,我们简化了制造过程,将混合物倒入两块玻璃面板之间,这给窗户带来了独特的优势,即高均匀性,这意味着窗户可以制成任何形状和尺寸。”


由于这些功能,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。


作为概念的证明,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,与正常的玻璃窗(84°C)相比,智能液体窗在一天中最热的时间(中午)的温度较低(50°C)。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%。


智能窗口可移动电力负荷峰值,阻止噪音


科学家还测量了一天中存储的热能的最高值何时发生。


正常玻璃窗中的温度峰值为12 pm,智能液体窗中的温度峰值变为2 pm。如果将此温度峰值变化转换为建筑物需要用电来冷却或加热建筑物的时间变化,则应为用户降低能源费。


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表明,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。 。


南大研究团队的成员包括材料科学与工程学院高级讲师龙毅博士(左)和博士生王善成(右)。隔音测试还表明,智能液体窗户的隔音效果比双层玻璃窗户降低了15%。


材料科学与工程学院项目官王善成的研究报告的第一作者说:“隔音双层玻璃窗是由两块玻璃制成的,两块玻璃之间由气隙隔开。


我们的窗采用类似的设计,但是我们用空气凝胶基的液体代替了空气,从而增加了玻璃面板之间的隔音效果,从而提供了当前节能窗所不具备的其他优势。”


另一位第一作者周扬博士是一名博士学位。她是南洋理工大学的学生,目前是中国石油北京大学(CUPB)的副教授。


华中科技大学的杨荣贵教授提供了独立的见解,他是2020年热科学与工程学院Nukiyama纪念奖的获得者,也是热能与能源系统的专家。


他说:“这是这种基于水凝胶的液体智能窗户,它使我们脱离了传统的玻璃设计,而突破性的创新导致了太阳能调节和蓄热,共同带来了出色的节能性能。”


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