智能窗户可以减少对耗能空调的需求| 地平线杂志


欧盟约有75%的建筑物能源效率低下,现在各国都在寻求对旧建筑物进行改造,以防止高昂的热量泄漏。 英国伦敦大学学院纳米工程学教授Ioannis Papakonstantinou表示,尽管投入了脑力来使建筑物更节能,但是窗户的设计直到最近才使用了很多现代技术。

他的研究项目Intelglazing正在利用纳米技术和光子学(光的物理学)方面的新思想来创建纳米级的,可以更好地隔离建筑物的超薄窗户涂料。

这在工业上曾经尝试过,但是先前的所有努力都落空了-它们要么遮挡了太少的阳光,要么制造成本太高。

他说:“如果您开始将这些(窗口)涂料与纳米技术混合,则可以将性能界限推到更高的水平。”

Intelglazing玻璃技术有两个部分。 第一个是微观结构的纳米结构玻璃薄层,形状像微小的发梳,高度不到一微米(或千分之一毫米)。 这些“纳米腔”结构相互重叠,并散射阳光,减少了透过窗户进入的眩光。

第二部分是窗户变得节能的地方。 在这里,研究人员正在试验一种叫做氧化钒的材料,它可以附着在纳米梳子上。 这种化合物是热致变色的-意味着它可以根据温度改变颜色。 例如,炎热的天气会导致氧化钒改变其结构,使其变黑并排斥大部分变暖的近红外太阳光,而在寒冷的日子会使其变淡并使其大部分进入。

制造商可以将此层直接作为新玻璃窗应用到新窗户上,或者DIY改良剂可以将其作为聚合物膜的粘合层应用到旧窗户上。 Papakonstantinou教授说,这样做的另一个好处是,制造商可以定制带有这些层的窗户或薄膜,以在不同的温度点开启。

他说,可以改变二氧化钒的化学成分,使其可以在更高或更低的温度下转换。 “所以你有一些很好的控制权。” 例如,可以对西班牙南部的窗户进行定制,以阻挡较低温度的阳光,以防止建筑物在白天变暖。 同样,瑞典北部的一栋建筑将希望尽可能多地吸收阳光,因此其窗户只能开始遮挡高温下的阳光。

“建筑物的整修一直都在进行……重要的是,当我们这样做时,我们必须以最节能的方式进行,这样我们才不会用性能不佳的新窗户代替旧窗户。”

丹麦奥尔堡大学Per Heiselberg教授

憎水的

具有此纳米梳状钒氧化物层的窗户也具有疏水性(防水性)-雨水很快从玻璃上流下,并在途中吸收任何灰尘,从而使窗户自清洁。 例如,这使窗户在摩天大楼中使用时效率更高。

该项目的目的是通过在需要时阻挡或允许阳光照射,使人们的窗户将人们的能源消耗减少25%,并且与市场上现有的窗户技术相比,其效率提高50%以上,因为不需要额外的能量来活化钒。氧化物。

Papakonstantinou教授说,实际上,自该项目于2016年启动以来,窗户翻新技术已发生了巨大变化。 他说,当他在2010年代中期首次讨论该项目时,窗户中的纳米技术是闻所未闻的,但是现在“这一领域已经开始蓬勃发展”。

丹麦奥尔堡大学的Per Heiselberg教授说,关于建筑改建的讨论已经进行了数十年,尽管环境因素直到最近才成为重中之重。

他说,这已经有40年了,但是争论当然已经改变了。 他说,早在1970年代,人们就在节约能源,以免依赖于在石油供应方面寡头垄断的中东国家。 “现在的重点是减少碳排放并避免温室气体。”

Heiselberg教授的ReCO2ST项目正在寻找方法,以翻新覆盖建筑物的各个表面,使其更具成本效益和环境友好性。

通风系统

该项目的主要特点是使用智能窗户技术为装修后的建筑物提供通风,在这些建筑物中安装现代通风系统(如空调)困难或昂贵。 他说:“(窗户通常是)信封的薄弱部分,因为它通常是漏水的,并且绝缘性不好。” “另一方面,这也是我们从太阳吸收热量到建筑物的地方。

主要思想是使用智能窗户既可以提供更好的遮阳效果,又可以为建筑物提供新鲜空气。 这对于装有现代窗户的旧建筑尤其有用。 由于这些现代窗户的气密性更高,因此会导致建筑物中积聚湿气和排放物,这可能需要对建筑物的通风系统进行另一次昂贵的改造。

海斯伯格教授说:“很难找到管道和通风系统的空间,尤其是在老建筑中,以向这些空间供应新鲜空气,而且所有空间通常都可以通过窗户进入外部。”

“如果不是使用新的窗户和通风系统,而是使用窗户来供应新鲜空气,然后使用旧建筑中的烟囱或烟囱来排烟,这将更具成本效益。空气。’

他们的智能窗口构想是基于先前在欧盟称为CLIMAWIN的项目中所做的研究。 在其三层玻璃窗框架中,外部底部的底部有一个小缝隙(约5毫米宽)。 该间隙允许空气在窗户的玻璃层之间通过并被阳光加热。 然后,它通过面向建筑物内部的窗户顶部的小阀门进入房间。

结果是新鲜空气通过窗户经过预热,然后可以通过另一个通风口离开建筑物。

Heiselberg教授说,目前,研究小组正在尝试各种不同的材料,这些材料可以在白天将潜热存储在窗户中,然后在晚上将其释放出来。 他说,在有阳光的时候,我们可以收集和储存阳光。 “然后我们也有可能在太阳不发光的时候对空气进行预热。”

夏季也可以将这种材料遮蔽在阳光下,以便代替储存潜热,而是冷却通过它的空气。 正在开发的另一个想法是在窗户上安装传感器,以了解存储和释放热量的最佳时间,并增加微型风扇来控制气流的方向。

Heiselberg教授说:“由于部件具有一定的使用寿命并且需要更换,因此一直在进行建筑物的翻新。” “重要的是,当我们这样做时,我们必须以最节能的方式来做到这一点,以免我们用性能不佳的新窗户代替旧的窗户。”

本文中的研究是由欧盟资助的。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。



This article – “智能窗户可以减少对耗能空调的需求| 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

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