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NTU科学家开发出节能“液体玻璃”，可减少45％的能源损耗

来源：爱乐趣网时间：2020年11月07日 10:40

原标题：NTU科学家开发出节能“液体玻璃”，可减少45％的能源损耗

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源消耗。

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，它可以在模拟建筑中减少多达45％的能源消耗。它的能效也比市售的节能玻璃高出30％，而且制造成本更低。

“智能窗户”科学杂志上首次报道的，是使用液体制成的智能节能玻璃窗，未来有可能成为NTU智能校园的一部分，旨在为可持续发展提供解决方案。

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％，而窗户则占该能源消耗的一半。

常规的节能低辐射窗户是由昂贵的涂料制成的，这些涂料可以阻挡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，它们不能调节可见光，可见光是导致建筑物升温的主要原因。

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

他们创造了微水凝胶，水和稳定剂的混合物，并通过模拟实验发现，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，并且在冷却时又恢复到其原始的“透明”状态。

最适合办公大楼的“液体窗户”

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。天黑以后，温度降低，被储存的热量将在晚上释放。

材料研究与工程学院的高级讲师，材料科学与工程学院的高级讲师隆伊博士（Long Yi博士）说：“我们结合了水凝胶和水两种材料的独特特性。通过使用基于水凝胶的液体，我们将制造过程简化为将混合物倒入两个玻璃面板之间。这给窗户带来了高度均匀的独特优势，意味着可以制造任何形状和尺寸的窗户。”

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。为了验证这一技术，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，与使用正常的玻璃窗的房间相比，使用智能液体窗在一天中最热的时间（中午）的温度较低。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％。

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12pm，而智能液体窗中的“温度峰值”为2pm。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损耗。

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显示，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。。

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主任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，两块玻璃之间用气隙隔开。我们的窗户采用类似的设计，但我们用水凝胶基液体代替了空气，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户所不具备的其他优势。”

另一位第一作者周扬博士曾在南洋理工大学攻读博士学位，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纪念奖的获得者以及热能系统专家，他说：“这是基于水凝胶的液体智能窗户，它使我们与传统的玻璃设计相距甚远。突破性的创新导致了太阳能调节和储热，两者共同带来了出色的节能性能。”

目前，研究团队正在寻求与行业合作伙伴合作，以使智能窗户商业化。

该研究得到新加坡国家研究基金会总理办公室及其卓越研究与技术企业校园（CREATE）计划以及中新国际联合研究院的支持。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_461039.html

来源：贤集网

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