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)窗戶光學(xué)參數(shù),，控制太陽(yáng)光和長(zhǎng)波紅外線強(qiáng)度,，可讓室內(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)院副教授蔣騰耀與來(lái)自新加坡南洋理工大學(xué)、美國(guó)懷俄明大學(xué)等的合作團(tuán)隊(duì),，首次提出了同時(shí)調(diào)控太陽(yáng)光和長(zhǎng)波紅外線兩個(gè)波段的理想智能窗戶模型,，實(shí)現(xiàn)了雙波段自響應(yīng)調(diào)控，提升了建筑的節(jié)能效果,。這一成果發(fā)表于國(guó)際期刊《科學(xué)》,。

　　提出智能窗新模型，同時(shí)調(diào)控太陽(yáng)光和長(zhǎng)波紅外線

　　《中國(guó)建筑能耗與碳排放研究報(bào)告（2021）》顯示,，2005—2019年間,，全國(guó)建筑全過(guò)程碳排放由2005年的22.34億噸，上升到2019年的49.97億噸,，年均增長(zhǎng)5.92%,。其中，2019年建筑全過(guò)程碳排放總量占全國(guó)碳排放總量的50.6%,。因此,，減少建筑能耗已成為最有效且最實(shí)用的節(jié)能解決方案之一。

　　身處建筑物中,，如果室內(nèi)溫度能被調(diào)節(jié)在一個(gè)舒適的區(qū)間,，而減少啟用空調(diào)、采暖設(shè)備,，將大大減少建筑使用過(guò)程的碳排放,。

　　前述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,，最直接的辦法是擋住從窗戶進(jìn)入的太陽(yáng)光,，現(xiàn)有的智能窗戶在太陽(yáng)光透射率調(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)窗戶能效的影響卻鮮少被關(guān)注,。

　　“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,，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?yàn)榇皯羰墙ㄖ心苄ё畹偷牟糠种弧,！笔Y騰耀表示,。

　　能否研發(fā)一款智能窗戶，讓它能同時(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,。這是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的課題。

　　在此次研究中,，團(tuán)隊(duì)提出了同時(shí)調(diào)控太陽(yáng)光及長(zhǎng)波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(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)由窗戶的熱損失,?！笔Y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)波紅外線的發(fā)射率，讓窗戶的長(zhǎng)波紅外輻射能力保持在一個(gè)適宜的區(qū)間,。

　　窗戶上3種材料涂層,，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)光線實(shí)現(xiàn)節(jié)能

　　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)波紅外線自動(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?cè)诓Ａ喜捎萌芤汗に嚕昧藷犴憫?yīng)鎢摻雜二氧化釩納米顆粒,，并涂了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?！笔Y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,。

　　這款諧振器中的靈魂之一,，是摻雜了鎢的二氧化釩材料。二氧化釩材料是材料界的“變色龍”,。它在高溫下處于金屬態(tài),，在溫度降低到一定程度后，變?yōu)榻^緣態(tài),。

　　摻雜了鎢的二氧化釩材料,，相變溫度從68攝氏度降至27.5攝氏度，接近體感舒適溫度,。這種材料對(duì)太陽(yáng)光和長(zhǎng)波紅外的透過(guò)率會(huì)“區(qū)別對(duì)待”,。

　　蔣騰耀介紹，“把鎢和二氧化釩的混合材料涂抹在玻璃上,，當(dāng)玻璃表面溫度低于27.5攝氏度時(shí),，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)玻璃，透過(guò)率就高,，室內(nèi)溫度也隨之提高,；而當(dāng)玻璃表面溫度高于27.5攝氏度時(shí)，太陽(yáng)光中的近紅外線就會(huì)被玻璃反射出很多,，這意味著對(duì)太陽(yáng)光的隔絕效果提高,。”

　　在玻璃表面溫度低于27.5攝氏度時(shí),，二氧化釩涂層對(duì)長(zhǎng)波紅外線來(lái)說(shuō)是透明的,，不吸收長(zhǎng)波紅外。諧振器涂層對(duì)長(zhǎng)波紅外線有著較低的諧振頻率,，因此長(zhǎng)波紅外發(fā)射率較低,，與市售低輻射玻璃相近，此時(shí)室內(nèi)溫度升高,。

　　“相反,，玻璃表面溫度高于27.5攝氏度時(shí)，二氧化釩轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賾B(tài),，吸收長(zhǎng)波紅外線,，發(fā)射率增大。長(zhǎng)波紅外線穿過(guò)玻璃的二氧化釩涂層,、聚甲基丙烯酸甲酯涂層后,，被氧化銦錫涂層進(jìn)一步反射，導(dǎo)致長(zhǎng)波紅外發(fā)射率提高,，達(dá)到散熱效果,，室內(nèi)溫度就可以慢慢降低?！笔Y騰耀解釋,。

　　此外,，改變法布里—珀羅諧振器的結(jié)構(gòu)，例如調(diào)節(jié)聚甲基丙烯酸甲酯涂層的厚度及二氧化釩的摻雜量,，智能窗還能切換不同的長(zhǎng)波紅外線發(fā)射率,，滿足不同氣候區(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，每平方米玻璃可實(shí)現(xiàn)最高達(dá)324.6兆焦的制冷/制熱節(jié)能,，“這相當(dāng)于每年每平方米玻璃可節(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)》2022年4月20日,，第  5  版）