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智能玻璃涂層 可為玻璃建筑降溫

2021.09.10

Fraunhofer研究人員開發了一種用于在陽光下變暗的玻璃窗的智能涂層。這使用對電和熱起反應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輻射而變得過熱,從而減少對能源密集型空調的需求。

  建筑業是溫室氣體的較大排放者之一。根據德國環境署的數據,建筑占該國約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的建筑尤其成問題,例如主 導現代城市的辦公大樓。它們在陽光下會變熱,尤其是在夏天。然而,使用百葉窗和百葉窗提供遮陽通常不受歡迎,因為它們會降低玻璃的美感并干擾外面的視野。相反,內部使用空調冷卻,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 機電子、電子束和等離子技術FEP研究所開發了一種復雜的解決方案來解決這個問題。在Switch2Save項目中,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。這些為窗戶的外側增添了一種可變的、透明的深色色調,使房間保持涼爽。弗勞恩霍夫研究所已與六個歐盟國家的大學和工業合作伙伴合作開展這項由歐盟資助的研究項目。

  將電致變色涂層涂在透明的導電薄膜上,然后可以“打開”。施加電壓會觸發離子和電子的轉移,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電致變色系統組經理Marco Schott博士解釋說,當達到某個環境溫度時,它會反射太陽的熱輻射。

  借助電致變色元件,傳感器可用于測量亮度和溫度等因素,并將結果發送到控制系統。這會向導電膜發送電流或電壓脈沖,觸發窗口變暗。每當溫度或亮度變得過高時,玻璃表面就會逐漸變暗。這可以防止房間過熱并減少對空調的需求,這在陽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的作用。在陰天和晚上,窗戶將保持明亮狀態。

  Fraunhofer研究人員還考慮了該技術是否適合日常使用。窗戶不會突然變暗,而是在幾分鐘內逐漸變暗,肖特解釋說,能耗非常低。在較佳情況下,電致變色薄膜僅在轉換過程中需要電力,極低的電壓就足以啟動著色過程。熱致變色材料根本不需要電力,而是被動地對太陽產生的熱量做出反應。它們可用于補充可切換系統或作為不需要可切換解決方案的替代方案。

  Switch2Save承諾通過減少空調系統的使用或完全消除對空調系統的需求,在室外溫度高的地區(即南部地區)節省大量能源。弗勞恩霍夫FEP的Switch2Save項目協調員兼研究組負責人John Fahlteich博士解釋說,在歐洲的溫暖地區,現代建筑的冷卻和加熱能源需求可以減少多達70%。在較冷的北方地區,節省的成本并不大,但該系統也可以在這里用作防眩光保護,防止陽光直射。

  原則上,復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。通過使用它,建筑師和開發商可以為各種區域和建筑物提供個性化的解決方案。我們正在希臘雅典第二大醫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。在這兩座建筑中,能源消耗將被監測和比較整整一年在安裝新窗戶之前和之后。通過這樣做,我們可以展示Switch2Save技術的實際性能,并可以繼續針對不同氣候區測試和改進該技術,Fahlteich說。

  研究人員還解決了制造方面的挑戰。電致變色涂層應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。濕法化學和真空鍍膜工藝用于經濟高效的卷對卷制造系統。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。該涂層工藝在工業規模上也是經濟可行的。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,它們幾乎不會給窗戶增加任何重量,這意味著它們可以在現有建筑物中進行改裝,而無需改變建筑物結構。

  該項目聯盟目前正致力于進一步改進該技術。例如,專 家團隊正在研究如何將電致變色和熱致變色元素組合在復合窗中,以更好地利用該技術的潛力。進一步的研究目標包括使涂層適應彎曲的玻璃形式,并為現有的藍色和灰色選項添加更多顏色。

  世界變暖和歐洲綠色協議的目標將在未來幾年顯著增加對節能建筑技術的需求——預計到2050年,歐盟的所有建筑都將實現碳中和。歐盟的電致變色和熱致變色窗戶Switch2Save項目可以為此做出重要貢獻。

-轉自中玻網

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