智能玻璃可以通過優(yōu)化房間的自然采光 節(jié)省大量能源

       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)全球變暖，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，該論文最近發(fā)表在《光學(xué)微系統(tǒng)雜志》（Journal of Optical Microsystems）上。

 

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

 

      （a）如果在夏天沒有人在場(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。通過最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)到用戶存在，則后視鏡將打開并將日光反射到天花板區(qū)域。在沒有用戶站立的地方，房間保持涼爽，節(jié)省了氣候的能源。房間的遠(yuǎn)離窗戶的部分可以通過日光有效地照明，從而節(jié)省了人造光的能量。（c）如果冬天沒有使用者，則所有的鏡子都會(huì)打開，并通過將太陽(yáng)輻射反射到墻壁上作為輻射加熱器來收集能量。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，以最大程度地減少眩光。現(xiàn)在，天花板充當(dāng)輻射加熱器，節(jié)省了加熱能量。

 

       希爾默說，我們的智能玻璃基于數(shù)百萬(wàn)個(gè)微鏡，肉眼看不見，并根據(jù)用戶的動(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)性化的光線轉(zhuǎn)向，希爾默解釋說。

 

       微鏡陣列不受風(fēng)、窗戶清潔或任何天氣條件的影響，因?yàn)樗挥诔錆M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。智能玻璃可以通過優(yōu)化房間的自然采光來減少對(duì)人造照明的依賴。

 

       當(dāng)前最先進(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了。