智能窗戶｜美國NREL突破熱致變色技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更多可變顏色及溫度范圍

CINNO Research 產(chǎn)業(yè)資訊，美國能源部國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL，National RenewableEnergy Laboratory）的科學(xué)家最近報(bào)告說，他們在下一代熱致變色窗戶的研發(fā)方面取得了突破，他們開發(fā)的這種智能窗戶不僅可以提供電能，還能夠減少人們對空調(diào)的需求。一般來說，建筑物內(nèi)部使用空調(diào)或者存在制冷需求的最大原因是透過窗戶陽光所產(chǎn)生的熱量。在美國，住宅和商業(yè)建筑消耗的電能占所有電能的 74％，占所有能源的 39％，從這個角度看，智能變色窗戶（的遮擋效果）有助于建筑物節(jié)省能源。

原型熱變色智能窗戶可以提供電能，減少人們對空調(diào)的需求（圖片來源：Compound Semiconductor）當(dāng)玻璃在炎熱的晴天變暖時，“熱致變色光伏”技術(shù)可以讓窗戶智能地改變顏色以阻擋眩光并減少不必要的太陽輻射能量。同時，這種顏色的變化還讓窗戶自身變成一塊可以正常工作的太陽能電池，這就類似一塊板載電源。熱致變色光伏窗戶可以讓普通的建筑物變成一個能源設(shè)備，這對更廣泛的能源網(wǎng)需求非常有幫助。

NREL 的突破實(shí)現(xiàn)了更多的可變化顏色和更廣泛的溫度變化范圍，這里的溫度變化正是智能窗戶顏色改變的原因。這些突破在提高能源效率以及控制建筑美學(xué)方面，增加了設(shè)計(jì)者的靈活性，這對于建筑師和終端用戶都是非常急切的。實(shí)際上，這項(xiàng)研究建立在 NREL 的早期工作基礎(chǔ)上，原來他們就研發(fā)過一種熱致變色的智能窗戶。隨著太陽能對這種智能窗戶表面的加熱，強(qiáng)度超過一定閾值后，窗口會慢慢變暗。另一方面，當(dāng)這種智能窗口從透明變?yōu)橛猩珪r，嵌入材料中的鈣鈦礦材料會向太陽能電池一樣產(chǎn)生電能。鈣鈦礦是一種晶體結(jié)構(gòu)，在光能收集方面具有非常顯著的效率。

NREL 的博士后研究員 Bryan Rosales 評論，“我們可以在一年內(nèi)基于這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)出一款智能變色窗戶的原型設(shè)備”。這篇論文的其他作者還包括蘭斯·惠勒（Lance Wheeler），正是他開發(fā)了上述第一個熱致變色光伏窗戶；泰勒·艾倫（Taylor Allen），大衛(wèi)·摩爾（David Moore），凱文·普林斯（Kevin Prince），加里·隆布爾斯（Garry Rumbles）和勞拉·謝爾哈斯（Laura Schelhas），另外還有 SLAC 國家加速器實(shí)驗(yàn)室的 Laura Mundt 和科羅拉多礦業(yè)大學(xué)的 Colin Wolden。第一代智能窗戶能夠在透明和紅棕色之間來回切換，其觸發(fā)切換的溫度范圍在 65.5℃到 80℃之間?；谏鲜鐾黄频淖钚掳姹局悄艽皯?，可提供非常多顏色的切換，另外其觸發(fā)切換的溫度也降到了 35℃到 46℃，這一溫度范圍在炎熱的天氣下很容易達(dá)到。

另外，通過不同化學(xué)成分和材料的選擇，研究人員還能夠降低顏色切換時間，具體來說，這一時間已經(jīng)由 2017 年展示概念品的三分鐘降低到了目前的七秒鐘。在這種智能窗戶的制作工藝中，科學(xué)家將鈣鈦礦薄膜夾在兩層玻璃之間，并注入蒸氣。這些蒸氣會觸發(fā)反應(yīng)，進(jìn)而讓鈣鈦礦材料自身排列成不同的形狀，從鏈狀到片狀再到立方體。正是這種材料的形狀變化，造成人們看到的顏色的變化。最后，研究人員說，通過降低濕度可讓鈣鈦礦材料恢復(fù)到正常的透明狀態(tài)。