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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(jì)的理論模型，通過(guò)智能調(diào)節(jié)窗戶(hù)光學(xué)參數(shù)，控制太陽(yáng)光和長(zhǎng)波紅外線(xiàn)強(qiáng)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(guó)懷俄明大學(xué)等合作團(tuán)隊(duì)，首次提出同時(shí)調(diào)控太陽(yáng)光和長(zhǎng)波紅外線(xiàn)兩個(gè)波段的理想智能窗戶(hù)模型，實(shí)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(guó)際期刊《科學(xué)》。

“輻射冷卻材料會(huì)自發(fā)地向寒冷的外層空間輻射長(zhǎng)波紅外線(xiàn)，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(hù)，因?yàn)榇皯?hù)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?qǐng)?bào)記者，想避免室內(nèi)太熱，最直觀的是擋住從窗戶(hù)進(jìn)入的太陽(yáng)光，現(xiàn)有的智能窗戶(hù)在太陽(yáng)光透射率的調(diào)控上已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。然而，與熱輻射和輻射制冷有關(guān)的長(zhǎng)波紅外波段對(duì)窗戶(hù)能效的影響卻鮮少被關(guān)注。

研發(fā)一種能同時(shí)調(diào)控太陽(yáng)光和長(zhǎng)波紅外雙波段，并保持可見(jiàn)光透過(guò)率的智能窗戶(hù)，是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的課題。

在研究中，團(tuán)隊(duì)提出了同時(shí)調(diào)控太陽(yáng)光長(zhǎng)波及紅外波段的理想智能窗戶(hù)模型。“在夏季，理想的智能窗戶(hù)需要具有低近紅外透過(guò)率，從而減少由陽(yáng)光引起的室內(nèi)升溫;同時(shí)具有高長(zhǎng)波紅外發(fā)射率，以促進(jìn)輻射制冷。在冬季，智能窗戶(hù)應(yīng)具有高近紅外透過(guò)率和低長(zhǎng)波紅外發(fā)射率，以促進(jìn)陽(yáng)光透射和減小經(jīng)由窗戶(hù)的熱損失。”蔣騰耀說(shuō)，這個(gè)模型的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于，根據(jù)不同的季節(jié)、溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)長(zhǎng)波紅外線(xiàn)的發(fā)射率，讓窗戶(hù)的長(zhǎng)波紅外輻射能力在一個(gè)適宜的區(qū)間波動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)波段的自調(diào)控，使太陽(yáng)光和長(zhǎng)波紅外光自動(dòng)發(fā)揮最大節(jié)能效果，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(gè)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(zhǎng)波紅外發(fā)射率切換能力，滿(mǎn)足不同氣候區(qū)的要求。

在現(xiàn)實(shí)中，這套模型是否能智能調(diào)節(jié)室溫、實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能?蔣騰耀表示，研究團(tuán)隊(duì)在全球7個(gè)氣候區(qū)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)雙波段調(diào)控智能窗戶(hù)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(shí)現(xiàn)最高達(dá)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。”

“這項(xiàng)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(dú)特的解決方案。但想進(jìn)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(wèn)題。”蔣騰耀說(shuō)。(科技日?qǐng)?bào)記者 金鳳 通訊員 朱琳)