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智能玻璃可以通過(guò)優(yōu)化房間的自然采光 節(jié)省大量能源

2021-04-02 來(lái)源:賢集網(wǎng)

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中玻網(wǎng)】建筑物占一次能源消耗的40%,占二氧化碳排放總量的36%。而且,眾所周知,二氧化碳的排放會(huì)引發(fā)世界變暖,海平面上升以及海洋生態(tài)系統(tǒng)的深刻變化。用節(jié)能的智能玻璃窗代替建筑物的低效率玻璃窗,具有減少照明和溫度控制能耗的巨大潛力。

  德國(guó)卡塞爾大學(xué)(University of Kassel)的研究表明,“MOEMS micromirror arrays in smart windows for daylight steering”具有潛力,該論文近期發(fā)表在《光學(xué)微系統(tǒng)雜志》(Journal of Optical Microsystems)上。

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垂直站立的平面微鏡陣列的SEM顯微照片,帶有放大的插圖。圖片來(lái)源:Hillmer等。

 ?。╝)如果在夏天沒(méi)有人在場(chǎng),則所有后視鏡均會(huì)垂直切換,從而將太陽(yáng)光保持在外面。通過(guò)大程度地減少熱傳遞,可以節(jié)省大量能源。(b)在夏季,一旦傳感器檢測(cè)到用戶(hù)存在,則后視鏡將打開(kāi)并將日光反射到天花板區(qū)域。在沒(méi)有用戶(hù)站立的地方,房間保持涼爽,節(jié)省了氣候的能源。房間的遠(yuǎn)離窗戶(hù)的部分可以通過(guò)日光有效地照明,從而節(jié)省了人造光的能量。(c)如果冬天沒(méi)有使用者,則所有的鏡子都會(huì)打開(kāi),并通過(guò)將太陽(yáng)輻射反射到墻壁上作為輻射加熱器來(lái)收集能量。這節(jié)省了用于加熱的能量。(d)一旦在冬天檢測(cè)到用戶(hù)存在,所有的鏡子都會(huì)將整個(gè)太陽(yáng)輻射重定向到天花板,以較大程度地減少眩光?,F(xiàn)在,天花板充當(dāng)輻射加熱器,節(jié)省了加熱能量。

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  希爾默說(shuō),我們的智能玻璃基于數(shù)百萬(wàn)個(gè)微鏡,肉眼看不見(jiàn),并根據(jù)用戶(hù)的動(dòng)作、太陽(yáng)位置、白天和季節(jié)反射入射的陽(yáng)光,從而在建筑物內(nèi)提供個(gè)性化的光線(xiàn)轉(zhuǎn)向,希爾默解釋說(shuō)。

  微鏡陣列不受風(fēng)、窗戶(hù)清潔或任何天氣條件的影響,因?yàn)樗挥诔錆M(mǎn)稀有氣體(例如氬氣或k氣)的窗玻璃之間的空間中。玻璃窗在冬天提供免費(fèi)的太陽(yáng)熱能,在夏天提供防止過(guò)熱的方法,可實(shí)現(xiàn)健康的自然日光,巨大的能源節(jié)約(高達(dá)35%),大量減少的CO2(高達(dá)30%)以及減少10%的鋼材和混凝土在高層建筑中。

  除了能源問(wèn)題之外,人造照明還對(duì)健康產(chǎn)生影響。各種研究已將人造照明與缺乏注意力,對(duì)疾病的高度敏感性,生物節(jié)律紊亂和失眠聯(lián)系在一起。智能玻璃可以通過(guò)優(yōu)化房間的自然采光來(lái)減少對(duì)人造照明的依賴(lài)。

  當(dāng)前先進(jìn)的智能玻璃目前已針對(duì)冬季或夏季進(jìn)行了優(yōu)化,并且無(wú)法確保全年的節(jié)能性能。人們需要一種智能且自動(dòng)的技術(shù),該技術(shù)可以對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂颍ò滋?,季?jié))做出反應(yīng),利用可用的陽(yáng)光,調(diào)節(jié)光和溫度,并節(jié)省大量的能源。

  研究人員的MEMS微鏡陣列集成在絕緣玻璃內(nèi)部,并由電子控制系統(tǒng)進(jìn)行操作。反射鏡的方向由各個(gè)電極之間的電壓控制。房間中的運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)房間中用戶(hù)的數(shù)量,位置和移動(dòng)。

  結(jié)果包括亞毫秒級(jí)范圍內(nèi)更高的驅(qū)動(dòng)速度,比電致變色或液晶概念低40倍的功耗,反射而不是吸收以及色彩中性。進(jìn)行了微鏡結(jié)構(gòu)的快速老化測(cè)試,以研究可靠性,并揭示了微鏡陣列的可持續(xù)性,堅(jiān)固性和長(zhǎng)壽命。

  有了這樣的積極成果,這種智能玻璃的好處就顯而易見(jiàn)了。


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