热点评论|南洋理工大学科学家开发出节能“液体窗”

热点评论|南洋理工大学科学家开发出节能“液体窗”海贼王764 南洋理工大学科学家开发出节能“液体窗” 【solardaily网11月6日报道】 新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的科学家们研发出一种液体窗，它不仅可以阻挡阳光以调节日光射入量，同时还能捕

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南洋理工大学科学家开发出节能“液体窗”

【solardaily网11月6日报道】

新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的科学家们研发出一种液体窗，它不仅可以阻挡阳光以调节日光射入量，同时还能捕获热能并在昼夜间释放，以降低建筑能耗。

南洋理工大学的研究人员将水凝胶基液体置于玻璃板内，开发出他们的“智能窗户”。在模拟实验中他们发现，与传统玻璃窗相比，智能窗可以减少45%的建筑能耗，其节能效率也比市面上的低辐射镀膜（节能）玻璃高30%左右，而且造价更低。

这种“智能窗”在智能液体节能窗的科学杂志上成为首个实例。这彰显了南洋理工大学智能校园的愿景，即立志开发先进技术，在未来实现可持续发展。

窗户是建筑设计的关键组成部分，也是最不节能的一部分。由于热量可以轻易穿过玻璃，因此窗户很大程度上影响着建筑的供暖和制冷成本。联合国2009年的一份报告显示，建筑能耗占全球总能耗的40%，而一半的建筑能耗都与窗户有关。

传统低辐射节能窗带有昂贵的镀膜，镀膜能阻隔红外线穿过建筑，从而有助于减少加热和制冷需求。然而，可见光才是太阳光中导致建筑升温的主要组成部分，而镀膜无法调节可见光。

为了研发出一种克服这些缺陷的窗户，南洋理工大学的研究人员将目光投向了水，水在吸收大量热能后会变热，这种现象被称为高比热容。

他们创造了一种微水凝胶、水和稳定剂的混合物。在模拟实验中，这种混合物能对环境的变化做出反应，因而能够在多种气候环境中有效降低能耗。在液体混合物中加入水凝胶使得其在高温时变得不透明，从而阻挡阳光，低温时又能恢复到原来“透明”的状态。

“液体窗”最适合办公建筑

由于比热容较高，水能在天气炎热时储存大量热量，同时又不会让其穿过玻璃，进入建筑。到了晚上，这些热量会逐渐释放出来。

这项研究发表在《焦耳》杂志上，该研究的主要作者、材料科学与工程学院的高级讲师龙祎博士称，我们创造性地将水凝胶和水的特殊性质结合起来。在生产玻璃时，只需将以水凝胶为基础的液体混合物浇注在两个玻璃板之间即可。这不仅简化了制造流程，还使得玻璃具有高度均匀的独特优势，可以制成任意形状和尺寸。

有了这些特点，南洋理工大学研究团队认为他们的创意最适合白天大部分时间都在运作的办公建筑。为了验证自己的看法，他们在炎热（新加坡和广州）和寒冷的环境（北京）中分别进行了户外测试。

新加坡的测试证明，在一天中最热的时候（也就是正午时分），智能液体窗的温度（50摄氏度）低于普通玻璃窗（84摄氏度）。而在北京的测试显示，在保证相同室温的前提下，装有智能液体窗的房间比普通房间少消耗11%的能源。

智能窗户能错开用电高峰，并阻隔噪音

科学家们也观测了不同玻璃一天中储热量最高的时刻。普通玻璃窗的“温度峰值”出现在中午12点，而智能玻璃窗的温度峰值则出现在下午2点。温度峰值出现时间的变动意味着建筑会改变使用电力制冷或供热的时间，这将减少用户的能源支出。

此外，通过对四个城市（上海、拉斯维加斯、利雅得和新加坡）的实际建筑模型和天气数据进行模拟还表明，与普通玻璃窗和低辐射镀膜窗相比，智能液体窗在四个城市中的节能效果最好。

而隔音测试显示，智能液体窗比双层玻璃窗的降噪效果好15%。

该研究的第一作者、材料科学与工程学院的项目主任王善成表示，双层隔音玻璃窗由两块玻璃制成，两块玻璃之间有空气间层。而我们的窗户虽然也有相似的设计，但用以水凝胶为基础的液体填充了中间的空气间层，从而增强了两块玻璃板之间的隔音效果。这种巨大的优势在当前节能窗户中十分罕见。

另一位第一作者周洋现任中国石油大学（北京）的副教授，他曾在南洋理工大学读博。

现任中国华中科技大学教授的杨荣贵先生是热能与能源系统的专家，他曾荣获2020年nukiyama热科学与工程纪念奖。对于这项技术，他发表了自己的看法：这是第一个以水凝胶为基础的智能液体窗，与传统玻璃窗的设计截然不同。这个颠覆性的创新既能调节太阳能，又能储存热量，因此节能效果十分出色。

目前，该研究团队正在寻求行业合作来对这种智能窗户进行商业推广。

陈思源

李晨圆

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