科学家们开发衍生自水凝胶的节能“液体窗”

NTU研究团队的成员包括材料科学与工程学院高级讲师龙毅（左），博士生王市（右）。

新加坡南洋科技大学的科学家（NTU新加坡）开发了一个液体窗口面板，可以同时阻挡太阳能调节太阳能传动，同时捕获可通过日夜释放的热量，有助于降低建筑物中的能耗。

与传统玻璃窗相比，NTU研究人员通过将水凝胶基液体置于玻璃板内，发现它可以减少高达45％的加热，通风和空调能耗。它比市售的低发射率（节能）玻璃更高的节能率约为30％，同时更便宜。

“智能窗口”是第一个在使用液体制作的节能智能窗口中的第一个报告的实例，并支持NTU智能校园视觉，旨在为可持续的未来开发技术先进的解决方案。

Windows是建筑物设计中的关键组件，但它们也是最不节能的部分。由于热量可以通过玻璃转移的容易，窗户对建筑物的加热和冷却成本产生重大影响。根据联合国2009年的报告，建筑物占全球能源使用量的40％，窗户负责一半的能源消耗。

智能窗口在暴露于热量时转动不透明，从而阻止阳光，并且在凉爽时，返回其原始的“清晰”状态。

传统的节能低发射窗是用昂贵的涂层制成的，可使流入或从建筑物中的红外光减少，从而有助于减少加热和冷却的需求。然而，它们不会调节可见光，这是阳光的主要成分，导致建筑物升温。

为了克服这些限制的窗口，NTU研究人员转向水，这在开始热量之前吸收大量的热量 - 一种称为高比热容量的现象。

它们产生了微水凝胶，水和稳定剂的混合物，并通过实验和模拟发现，它可以有效地降低各种气候中的能量消耗，这是由于其响应温度变化的能力。由于水凝胶，液体混合物在暴露于热量时转动不透明，从而阻止阳光，并且当冷却时，返回其原始的“透明”状态。

'液体窗口'最适合办公楼

同时，水的高热容量允许储存大量的热能，而不是通过玻璃转移到炎热的白天期间的建筑物。然后将热量逐渐冷却并在夜间释放。

用于产生智能窗口的液体混合物由微水凝胶，水和稳定剂制成。

龙毅博士，研究学习的研究研究中发表在焦耳期刊上发表，材料科学与工程学院的高级讲师表示，“我们的创新结合了两种类型材料的独特性质 - 水凝胶和水。通过使用基于水凝胶的液体，我们简化了制造过程，将混合物倒入两个玻璃面板之间。这使窗口具有高均匀性的独特优势，这意味着窗口可以以任何形状和大小产生。“

由于这些特征，NTU研究团队认为，他们的创新最适合在办公楼中使用，运营时间主要是当天的工作时间。

作为概念证明，科学家们在热（新加坡，广州）和冷（北京）环境中进行了户外测试。

新加坡测试显示，与普通玻璃窗（84C）相比，智能液体°窗口在白天（中午）的最热时间期间具有较低的温度（50℃）。°北京试验表明，与具有正常玻璃窗的房间相比，使用智能液体窗口的空间消耗了11％的能量，以保持相同的温度。

智能窗口换电峰值，阻塞噪音

科学家们还测量了当天储存热能的最高值时。

普通玻璃窗中的“温度峰”是12点，并且在智能液体窗口移至下午2点。如果该温度峰值转移转换为建筑物需要绘制电力以冷却或温暖建筑物的时间转移，则应导致用户的能源关税收费较低。

使用四个城市的实际建筑模型和天气数据（上海，拉斯维加斯，利雅得和新加坡）模拟表明，与普通玻璃窗和低发射窗相比，智能液体窗口在所有四个城市都有最好的节能性能。

隔音测试还建议智能液体窗口比双釉窗更有效地降低了15％的噪声。

该研究的第一作者是材料科学与工程学院的项目官员所说的，“声音阻挡双层玻璃窗户用两块玻璃制成，这些玻璃由气隙分开。我们的窗户类似地设计，但代替空气，我们用基于水凝胶的液体填充间隙，这增加了玻璃板之间的隔音，从而提供了在当前节能窗口中常见的额外益处。“

另一名第一作者，周阳博士是NTU的博士学生，目前是中国石油大学 - 北京大学（Cupb）的副教授。

中国华中科技大学荣桂杨荣桂杨教授提供了一个独立的观点，这是热科学和工程纪念奖的收件人，以及热能和能源系统专家表示，“这是第一个基于水凝胶的液体智能窗口，它需要我们远离传统的玻璃设计。破坏性创新导致太阳能调节和储热量，共同提供了出色的节能性能。“

该研究团队现在正在寻求与行业合作伙伴合作，以将智能窗口商业化。

参考：“液体热响应智能窗口源自水凝胶”由杨周，沙城王，金青彭，玉龙谭，蔡昌李，弗雷迪尹蒋博伊和易龙，9月23日joule.doi：
10.1016 / J.Joule.2020.09.001

该研究得到了国家研究基金会，新加坡首相驻卓越校园（创建）计划，中新加坡国际联合研究所的校园。