科技日報記者 金鳳 通訊員 朱琳
建筑物中的采暖、通風和空調系統消耗的能源，約占建筑物總能耗的一半。如今，一種最新設計的理論模型，通過智能調節窗戶光學參數，控制太陽光和長波紅外線強度，讓室內冬暖夏涼。
4月13日，記者從南京工業大學獲悉，該校環境科學與工程學院副教授蔣騰耀與新加坡南洋理工大學、美國懷俄明大學等合作團隊，首次提出同時調控太陽光和長波紅外線兩個波段的理想智能窗戶模型，實現雙波段自響應調控，提升建筑的節能效果。這一成果發表于國際期刊《科學》。
研究團隊設計的太陽光和長波紅外線雙波段自響應理想智能窗戶模型
“輻射冷卻材料會自發地向寒冷的外層空間輻射長波紅外線，是炎熱季節首選的冷卻材料，現在已廣泛應用于墻壁和屋頂，但很少應用于窗戶，因為窗戶是建筑中能效最低的部分之一。”論文的共同第一作者蔣騰耀告訴科技日報記者，想避免室內太熱，最直觀的是擋住從窗戶進入的太陽光，現有的智能窗戶在太陽光透射率的調控上已經取得了顯著進展。然而，與熱輻射和輻射制冷有關的長波紅外波段對窗戶能效的影響卻鮮少被關注。
研發一種能同時調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，是一個極具挑戰性的課題。
在研究中，團隊提出了同時調控太陽光長波及紅外波段的理想智能窗戶模型。“在夏季，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升溫；同時具有高長波紅外發射率，以促進輻射制冷。在冬季，智能窗戶應具有高近紅外透過率和低長波紅外發射率，以促進陽光透射和減小經由窗戶的熱損失。”蔣騰耀說，這個模型的關鍵和難點在于，根據不同的季節、溫度動態調節長波紅外線的發射率，讓窗戶的長波紅外輻射能力在一個適宜的區間波動。
團隊設計的玻璃復合涂層結構圖
為了實現對兩個波段的自調控，使太陽光和長波紅外光自動發揮最大節能效果，研究團隊設計并制備了一款雙波段調控自響應智能窗。
“我們采用溶液工藝在玻璃上涂了熱響應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，構成了一個法布里-珀羅諧振器。”蔣騰耀介紹，該諧振器能夠對外界溫度自響應，適應外界氣溫的變化。改變法布里-珀羅諧振器的結構，智能窗還有不同的長波紅外發射率切換能力，滿足不同氣候區的要求。
與市售低輻射節能玻璃相比，雙波段調控智能窗戶的全球建筑節能圖
在現實中，這套模型是否能智能調節室溫、實現建筑節能？蔣騰耀表示，研究團隊在全球7個氣候區進行模擬，發現雙波段調控智能窗戶較市售低輻射節能玻璃表現出更優異的節能效果，每平米玻璃可實現最高達324.6兆焦的制冷/制熱節能，“這相當于每年每平米玻璃可節省約90度電。”
“這項成果為建筑特別是玻璃的智能節能發展提供了新的思路，也為全球的節能減碳事業提供了獨特的解決方案。但想進入工業化生產，還需要繼續探索工藝放大研究，例如材料的耐候性、使用壽命等問題。”蔣騰耀說。
（蔣騰耀供圖）
關鍵詞： 冬暖夏涼
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