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灵活高效!这种节能玻璃可“调控”热量进出

发布日期:2022/7/1



      在冬季,室内热量的来源主要是太阳辐射和加热器辐射。太阳辐射会通过玻璃进入室内,而室内温度通常高于室外,再加上暖气片、加热器等各类取暖设备会发射出室温下的中远红外辐射,辐射打到玻璃上,玻璃吸收辐射的热量后升温,随后又会把这部分能量交给室外的冰天雪地,由此造成大量的能量流失。


      如果我们可以用一种方式,让太阳辐射更多地进入室内,且取暖设备辐射更少地流出,那么,就可以大大地减少这类能源消耗。
如今,科学家们已研发出一种新材料。把它涂到玻璃上,玻璃就拥有了调控阳光的能力,变成新型节能玻璃。那么,这种新型材料是什么?它如何让玻璃发挥节能作用?与传统节能玻璃相比,又有什么优势呢?


     从普通玻璃到节能玻璃只差一层涂料


     太阳热辐射与室内热辐射最大的区别,就在于它们处于不同的波段。因此,如果在玻璃上设置好波段的出入条件,我们就可以人为地调控它们的去留。


     基于这样的思路,中国科学院工程热物理研究所的科研人员将高透明高分子材料与具有特定结构的纳米组分单元相结合,设计了一种对于辐射能够进行调控的超材料(指具有特殊性质的人造材料)。


     把这种人造材料涂抹在普通的玻璃上,就可以把普通的玻璃变成新型节能玻璃。


     在这种超材料中,高透明高分子材料可以让可见光更好地通过,纳米单元则负责筛选辐射——遇到短波长的太阳辐射时,它会被激活,并放行能量;而对于室温物体所发射的长波长的热辐射,则会形成一张“大网”,将其反射回去。


     这种超材料与玻璃相结合,就可以让玻璃在保持良好透光性的同时,选择性通过热辐射,进而达到冬季保温、夏季阻热的目的。


      新型节能玻璃的节能效果到底如何?科研人员进行了一场实验:两个玻璃房模型,一个由普通玻璃制成,另一个由高效节能玻璃制成。两个模型内的初始温度都是21摄氏度,打开模拟日光照射设备让它们同时接受阳光直射。


     实验结果显示,一个小时过去后,普通玻璃房的温度提升到27.3摄氏度,高效节能玻璃房的温度升高到43摄氏度。


     两个模型房的温度相较于初始温度,分别提高了6.3摄氏度和22摄氏度。也就是说,高效节能玻璃房比普通玻璃房多提高了15.7摄氏度。


     这表明,高效节能玻璃对太阳光热辐射有着更好的通过率,同时对室内热辐射的外溢也有着更好阻拦效果。


     相比传统节能玻璃更高效、应用更灵活


     对比现有的节能玻璃,新型节能玻璃的优势主要有3点。


     第一个优势是高效性。使用新型节能玻璃,可以在保证室内节能的同时,尽量让更多的太阳光照射进来,因此对室内的温度控制有更好的效果。


     实验显示,传统节能玻璃的可见光透过率相对较低,一般为30%—70%,但新型节能玻璃可达到85%以上。


     第二个优势是生产、运输和使用过程中的便捷性。生产常规节能玻璃要在真空中蒸镀各种镀层,这个过程会产生较高的生产成本,运输也不方便。另外,因为常规节能玻璃的里面是真空的,更新替换需要整体更换。


     而对于新型节能玻璃来说,不管是传统玻璃,还是有一定节能性能的玻璃,只要已然成型,就不需要拆掉或再做其他的变动,只用涂上这种材料,或者贴上由该材料做成的贴膜就可以使用了。


     第三个优势是灵活性。这种超材料是一种柔性材料,它可以应用于不同的场景。


      举个例子,在以前,如果想把低辐射玻璃应用在帐篷上,难度就比较大。因为低辐射玻璃需用双层的、很厚的玻璃把里面的功能层保护起来,缺少灵活性。而现在,我们可以通过这项新技术,将超材料做成贴膜,或者直接做成涂层喷在帐篷上。


      虽然新型节能玻璃在实验室中表现良好,但由于更广泛的耐环境性测试,例如严寒地区、高盐雾地区的测试还未开展,普适性还有待考证。



来源:科普中国

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