当前正值炎炎夏日，为了营造适宜居住的室内环境，人们往往依赖空调来降低室内温度，温度虽然降下来了，但却容易造成大量的能源消耗和温室气体排放。

在建筑物中，减少空调、暖气等室内温控设备的过度使用是实现节能减排目标的重要途径之一。降低室内温度，其实还有一种新的思路，那就是在建筑物中安装智能化的节能窗户，通过阻挡太阳光对室内的长时间直射，延缓室内温度的升高，就能够降低空调的使用频率，在节约电能的同时还能减少碳排放。

近期，中国科学技术大学科研团队基于纳米技术，提出了一种智能窗户制备的新策略，创制出一种可以动态调控太阳光辐射的智能窗户，在调控辐射的同时，还能够“隔热不隔光”，最大化地保证室内光线充足。那么，这种智能窗户如此神奇的功能是如何产生的？

玻璃如何做到“隔热不隔光”？

根据温度变化调控太阳光辐射的智能化窗户

空调是建筑环境中的耗能大户，空调能耗占据了建筑能耗的一半以上。除了从空调本身的节能策略入手之外，让智能窗户来帮助调节室温，减少对空调的依赖，也成为一个有效的新思路。论文通讯作者、中国科学技术大学教授刘建伟介绍，理想中的智能窗户可以实现在炎热天气里持续阻挡强烈太阳光照射，维持室内的凉爽；而在寒冷天气里又尽可能地让太阳辐射进入室内，营造温暖的环境。

刘建伟：现在全球大概有20%的能源消耗用来让人们生活工作得更舒适，比如冬天需要加热，夏天需要降温。那么夏天特别热，能不能使用一些智能的玻璃代替一部分空调的使用？比如空调只需要开到28℃，产生的制冷效果就相当于26℃，空调每降低一度对全球能源布局的影响都是非常大的。

现如今人们尝试制造的智能窗户，主要着重于改变窗户玻璃的色彩，通过透明和不透明两种光学状态间的切换来调控太阳光辐射。不过，这种方法缺乏对太阳光中不同波段的区分度和选择性，在阻挡更多的太阳光辐射的同时，可见光也一并被“拒之窗外”，影响了室内采光照明。如何达到“隔热不隔光”的效果？刘建伟介绍，研究团队从特殊纳米材料入手，合成并混合了不同尺寸的一维金（Au）纳米棒，制成的纳米涂层可以选择性地吸收太阳光中760-1360纳米波段的近红外光，而不会过多影响到400-760纳米波段的可见光。

刘建伟：我们利用了一些功能纳米材料，把太阳光当中发热的那部分进行拦截和吸收。因为太阳光中的可见光波段非常窄，我们让可见光波段的这些光全部透进来，这样看起来玻璃还是很透明的。

智能窗户的构筑和调制机理

纳米材料的神奇远不止于此，那是否有可能变得更加“智能”，可以根据环境温度的变化来动态调节室内温度呢？其实，纳米材料的性质并不是一成不变的，一些纳米材料可以发生“相变”，相变材料的导热性、透光性会随着条件的不同而发生变化。刘建伟介绍，就像宏观世界中组装机器一样，研究团队将多种纳米相变材料进行排列组装，使材料的透光性和变色性质能够随着环境温度的不同而发生变化。

刘建伟：这样的一些纳米材料比我们的头发丝还细几千倍，就像装配飞机的零部件一样，通过一些界面组装的方式进行自组装，去进行一些定向的排列。组装之后，微观层次上精妙的结构设计会影响到宏观上的效果，在保证透过率的基础之上，能够智能地调节室内温度。

“物美价廉”，有望为节能减排添砖加瓦

智能窗户的实际控温性能及节能效率的模拟

通过建筑物能源功耗仿真模拟，研究人员对比了安装普通玻璃窗户和智能窗户建筑物的全年能源消耗情况。结果显示，在不同气候类型的地区中，相较于普通玻璃窗户，这种新型智能窗户可以在炎热的月份带来更加明显的能耗节省。

刘建伟：我们做了小房子的模型，在小房子上开了一个智能窗户，它的控温效果能够使得室内的温度在不用空调的状态下降低3-5℃左右。也就是说，室外如果是特别炎热的天气，将近到35℃了，如果不开空调的话，室内温度有可能只有30℃左右。

那么，具备如此立竿见影降温效果的智能窗户距离投入应用还有多远呢？刘建伟表示，接下来，研究团队将开展更进一步的效果研究和材料开发，争取早日为建筑行业的节能减排“添砖加瓦”。

刘建伟：我们的科研团队会在这个方向上继续耕耘，第一方面就是让它更加实用化，至少要做成一个十几平方米的办公室模型，研究具体的降温情况。第二方面就是去开发一些新的材料体系，让它在可见光波段透过率几乎为100%。我们希望以后绝大多数的高层建筑里面能有我们的一些产品，因为它的成本还是比较低的。一平方米大小的一块玻璃加上镀膜工艺，成本可能是几十元人民币，如果大规模应用的话，成本可能还会继续降低。

中国之声 2023-07-24

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