智能玻璃前景廣闊 其日光引導技術可節約巨大能源

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建築物佔一次能源消耗的40%,佔二氧化碳總排放量的36%。而且,正如我們所知,二氧化碳排放引發了全球變暖、海平面上升以及海洋生態系統的深刻變化。用節能的智能玻璃窗代替建築物的低效玻璃區,在減少照明和溫度控制的能源消耗方面有很大的潛力。

德國卡塞爾大學的Harmut Hillmer等人在名為 "MOEMS微鏡陣列在智能窗中的日光引導 "論文中展示了這種潛力,這篇論文最近發表在《光學微系統》雜誌的創刊號上。研究人員表示,智能玻璃基於數百萬個微鏡,肉眼看不見,並根據用戶的行為、太陽的位置、白天和季節反射進入的陽光,在建築物內提供個性化的光線引導。

智能玻璃前景廣闊 其日光引導技術可節約巨大能源

如果夏天沒有用戶在場,所有的鏡子都垂直切換,把太陽的熱量保持在外面。這通過最大限度地減少熱傳遞而節省了大量能源。在夏季,一旦感測器檢測到用戶的存在,上部的鏡子就會打開,將日光反射到天花板區域。在沒有用戶站立的地方,房間保持涼爽,節省了氣候調節的能源。房間里遠離窗戶的部分可以有效地被日光照亮,節省人工照明的能源。如果冬天沒有用戶,所有的鏡子都打開,通過將太陽輻射反射到牆上來獲取能量,作為輻射加熱器。這就節省了供暖的能源。 一旦在冬季檢測到用戶的存在,所有的鏡子將把全部的太陽輻射重新導向天花板,以減少眩光。現在,天花板作為一個輻射加熱器,節省了加熱能源。

微鏡陣列不受風、窗戶清潔或任何天氣條件的影響,因為它位於充滿氬或氪等惰性氣體的窗玻璃之間的空間。這種玻璃在冬天提供免費的太陽熱能,在夏天防止過熱,它可以實現健康的自然採光,巨大的能源節約(高達35%),大量的二氧化碳減少(高達30%),以及在高層建築中減少10%的鋼和混凝土。

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智能玻璃前景廣闊 其日光引導技術可節約巨大能源

除了能源問題,人工照明也對健康和福祉產生了影響。各種研究表明,人工照明與注意力不集中、極易生病、生物節律紊亂和失眠有關。智能玻璃可以通過優化房間內的自然日光來減少對人工照明的依賴。目前最先進的智能玻璃目前要麼是針對冬季,要麼是針對夏季進行優化,並不能確保全年的節能性能。人們一直需要一種能夠對當地氣候(白天、季節)作出反應的智能和自動技術,利用現有的陽光,調節光線和溫度,並節省大量的能源。

研究人員的MEMS微鏡陣列集成在隔熱玻璃內,並由一個電子控制系統操作。鏡子的方向是由各自電極之間的電壓控制的。房間里的運動感測器檢測房間里用戶的數量、位置和移動。其結果包括在亞毫秒範圍內更高的驅動速度,比電致變色或液晶概念的功耗低40倍。為了研究可靠性,研究人員對微鏡結構進行了快速老化測試,發現了微鏡陣列的可持續性、堅固性和長壽命。有了這樣的積極結果,這種智能玻璃的好處就非常明顯了。

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