智能玻璃涂層 可為玻璃建筑降溫

Fraunhofer研究人員開發(fā)了一種用于在陽(yáng)光下變暗的玻璃窗的智能涂層。這使用對(duì)電和熱起反應(yīng)的電致變色和熱致變色材料。在具有大玻璃幕墻的建筑物中，它可以防止房間因太陽(yáng)輻射而變得過(guò)熱，從而減少對(duì)能源密集型空調(diào)的需求。

　　建筑業(yè)是溫室氣體的較大排放者之一。根據(jù)德國(guó)環(huán)境署的數(shù)據(jù)，建筑占該國(guó)約30%的CO 2排放量和35%的能源消耗量。具有大型玻璃幕墻和屋頂?shù)慕ㄖ绕涑蓡?wèn)題，例如主 導(dǎo)現(xiàn)代城市的辦公大樓。它們?cè)陉?yáng)光下會(huì)變熱，尤其是在夏天。然而，使用百葉窗和百葉窗提供遮陽(yáng)通常不受歡迎，因?yàn)樗鼈儠?huì)降低玻璃的美感并干擾外面的視野。相反，內(nèi)部使用空調(diào)冷卻，這需要大量電力并增加建筑物的碳足跡。

　　位于維爾茨堡的弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所ISC和位于德累斯頓的弗勞恩霍夫有 機(jī)電子、電子束和等離子技術(shù)FEP研究所開發(fā)了一種復(fù)雜的解決方案來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。在Switch2Save項(xiàng)目中，研究人員一直在研究使用電致變色和熱致變色材料的窗戶和玻璃幕墻的透明涂層。這些為窗戶的外側(cè)增添了一種可變的、透明的深色色調(diào)，使房間保持涼爽。弗勞恩霍夫研究所已與六個(gè)歐盟國(guó)家的大學(xué)和工業(yè)合作伙伴合作開展這項(xiàng)由歐盟資助的研究項(xiàng)目。

　　將電致變色涂層涂在透明的導(dǎo)電薄膜上，然后可以“打開”。施加電壓會(huì)觸發(fā)離子和電子的轉(zhuǎn)移，從而使涂層變暗并使窗戶著色。另一方面，熱致變色涂層起作用Fraunhofer ISC電致變色系統(tǒng)組經(jīng)理Marco Schott博士解釋說(shuō)，當(dāng)達(dá)到某個(gè)環(huán)境溫度時(shí)，它會(huì)反射太陽(yáng)的熱輻射。

　　借助電致變色元件，傳感器可用于測(cè)量亮度和溫度等因素，并將結(jié)果發(fā)送到控制系統(tǒng)。這會(huì)向?qū)щ娔ぐl(fā)送電流或電壓脈沖，觸發(fā)窗口變暗。每當(dāng)溫度或亮度變得過(guò)高時(shí)，玻璃表面就會(huì)逐漸變暗。這可以防止房間過(guò)熱并減少對(duì)空調(diào)的需求，這在陽(yáng)光充足的氣候和具有大型玻璃幕墻的建筑物中特別有用。它還可以在晴天起到防眩光保護(hù)的作用。在陰天和晚上，窗戶將保持明亮狀態(tài)。

　　Fraunhofer研究人員還考慮了該技術(shù)是否適合日常使用。窗戶不會(huì)突然變暗，而是在幾分鐘內(nèi)逐漸變暗，肖特解釋說(shuō)，能耗非常低。在較佳情況下，電致變色薄膜僅在轉(zhuǎn)換過(guò)程中需要電力，極低的電壓就足以啟動(dòng)著色過(guò)程。熱致變色材料根本不需要電力，而是被動(dòng)地對(duì)太陽(yáng)產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)。它們可用于補(bǔ)充可切換系統(tǒng)或作為不需要可切換解決方案的替代方案。

　　Switch2Save承諾通過(guò)減少空調(diào)系統(tǒng)的使用或完全消除對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的需求，在室外溫度高的地區(qū)（即南部地區(qū)）節(jié)省大量能源。弗勞恩霍夫FEP的Switch2Save項(xiàng)目協(xié)調(diào)員兼研究組負(fù)責(zé)人John Fahlteich博士解釋說(shuō)，在歐洲的溫暖地區(qū)，現(xiàn)代建筑的冷卻和加熱能源需求可以減少多達(dá)70%。在較冷的北方地區(qū)，節(jié)省的成本并不大，但該系統(tǒng)也可以在這里用作防眩光保護(hù)，防止陽(yáng)光直射。

　　原則上，復(fù)合窗中電致變色層和熱致變色層的組合提供了較大可能的靈活性。通過(guò)使用它，建筑師和開發(fā)商可以為各種區(qū)域和建筑物提供個(gè)性化的解決方案。我們正在希臘雅典第二大醫(yī)院的兒科診所和瑞典烏普薩拉的一座辦公樓中安裝該技術(shù)。在這兩座建筑中，能源消耗將被監(jiān)測(cè)和比較整整一年在安裝新窗戶之前和之后。通過(guò)這樣做，我們可以展示Switch2Save技術(shù)的實(shí)際性能，并可以繼續(xù)針對(duì)不同氣候區(qū)測(cè)試和改進(jìn)該技術(shù)，F(xiàn)ahlteich說(shuō)。

　　研究人員還解決了制造方面的挑戰(zhàn)。電致變色涂層應(yīng)用于聚合物基薄膜基材。另一方面，熱致變色涂層使用薄玻璃基板。濕法化學(xué)和真空鍍膜工藝用于經(jīng)濟(jì)高效的卷對(duì)卷制造系統(tǒng)。然后將可切換組件在真空下層壓到4毫米厚的窗玻璃上，然后將其集成到絕緣玻璃單元中。該涂層工藝在工業(yè)規(guī)模上也是經(jīng)濟(jì)可行的。電致變色和熱致變色可切換元件只有幾百微米厚，每平方米不到500克。因此，它們幾乎不會(huì)給窗戶增加任何重量，這意味著它們可以在現(xiàn)有建筑物中進(jìn)行改裝，而無(wú)需改變建筑物結(jié)構(gòu)。

　　該項(xiàng)目聯(lián)盟目前正致力于進(jìn)一步改進(jìn)該技術(shù)。例如，專 家團(tuán)隊(duì)正在研究如何將電致變色和熱致變色元素組合在復(fù)合窗中，以更好地利用該技術(shù)的潛力。進(jìn)一步的研究目標(biāo)包括使涂層適應(yīng)彎曲的玻璃形式，并為現(xiàn)有的藍(lán)色和灰色選項(xiàng)添加更多顏色。

　　世界變暖和歐洲綠色協(xié)議的目標(biāo)將在未來(lái)幾年顯著增加對(duì)節(jié)能建筑技術(shù)的需求——預(yù)計(jì)到2050年，歐盟的所有建筑都將實(shí)現(xiàn)碳中和。歐盟的電致變色和熱致變色窗戶Switch2Save項(xiàng)目可以為此做出重要貢獻(xiàn)。

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