[发明专利]一种高效节能的可翻转智能窗

说明书

技术领域

本发明属于智能光学材料领域，涉及一种可感知气候变化、具备光热响应能力的智能玻璃系统。

背景技术

节能与环保是新世纪的全人类主题。中国，作为世界最大的能源消费国，建筑行业能耗在2006年占一次能源的26％，这一数字预计到2020年上升到30％以上。在炎热和潮湿地区，建筑能耗的消耗更为显著，约占国家电力总量的1/3到1/2。现代建筑大面积使用的玻璃窗户是建筑物中能效最低而又不得不用的一个部件。住宅年单位建筑面积的电耗为10-20kwh，而公共建筑的电耗则高得多，单位建筑面积全年用电最高可以超过350kwh。建筑能耗有60％是通过玻璃门窗散失。

太阳光主要由200-380纳米的紫外线，380-780纳米的可见光，以及780-2500纳米的近红外线构成。其中，紫外线占据了太阳能整体能量的3％，可见光占据了整体能量的50％，近红外线占据了太阳能整体的47％。太阳光辐射到地区表面被物体吸收，转化为黑体辐射热能。自然界中有两种基本的热能辐射，分为太阳辐射和远红外热辐射。据透过玻璃传递的能量公式：Q＝630*Sc+U*(T_内－T_外)，[Q——透过玻璃传递的热量；Sc——遮蔽系数，反映对阳光的遮蔽效果；U——传热系数，与测试条件有关，W/㎡*K；]。Sc的数值越大，表明透过玻璃进入室内的太阳辐射越多，反之越小；U代表了导热系数，导热系数越大表明，透过玻璃的黑体辐射热量交换就越小。

建筑节能要求的不断提高，要求通过玻璃交换的黑体辐射热越少越好，也就是U值或K值越低越好。正因为这样的要求，人们发明了Low-E玻璃，中空玻璃，真空玻璃，甚至三玻两腔，四玻三腔的真空或中空玻璃。而对于玻璃的遮比系数Sc值而言，代表了进入室内太阳能的多少，也就是得热多少；以及可见光的多少，也就是光线的明暗。显然，一年分为春、夏、秋、冬；一日分为，早、中、晚，不同时期人们有对太阳能的需求和可见光的需求是不同的。在冬天，人们需要更多的太阳能进入室内，夏天人们尽量阻止太阳能热量进入室内；在早上或晚上，人们需要更多的可见光进入室内，室内明亮，在中午，阳光直射玻璃表面时，更多的可见光进入室内，会产生炫光，使人们不舒服，因此需要减少可见光进入室内。

显然，节能舒适的要求，人们希望能够根据气候变化，也就是光线、温度变化调节玻璃光透率。研究表明，在夏天当玻璃的遮阳系数由0.8降低到0.4时，建筑整体制冷电费可以降低50％，冬天，当玻璃的遮阳系数由0.4提高到0.8时，取暖能量也会降低50％以上。可见，适时改变玻璃的遮阳系数对于节能舒适是多么重要。然而，目前市场上的绝大多数的玻璃是不能变色的，也就是玻璃的遮阳系数固定不变的。为了达到节能舒适，调节玻璃Sc值人们往往是依靠外遮阳和内遮阳设施实现。内遮阳能够降低炫光，阻挡阳光特别是近红外线辐照人体，提高舒适感。但是太阳能已经通过玻璃进入室内，室内温度并不能降低，因此节能。外遮阳可以阻止太阳能进入室内，然而，外遮阳设施造价高，破坏建筑外立面美观，落灰难清理，使用寿命有限，安装困难及安全系数不高等问题大大限制了外遮阳设施的使用和发展。

低辐射Low-E玻璃在近些年来建筑玻璃市场发挥越来越大的作用。所有的Low-E玻璃对于2.5-100微米的光辐射，也就是黑体辐射具有较高的反射能力。近些年快速发展的双银或三银Low-E玻璃还对800-2500纳米的近红外线具有较高的反射能力，因此其遮蔽系数可以达到0.4甚至到0.2。然而，Low-E玻璃的遮蔽系数始终保持固定值，在夏天的时候太阳能得热值较低，利于节能；但是，到了冬天，太阳能的得热低，不利于节能及舒适。

变色调光玻璃能够调节玻璃的透光率，将在建筑节能领域发挥更大的作用。例如液晶玻璃，通过通电和断电通过雾度的增减，调节光线透过率。然而，这种玻璃变色需要电驱动，价格比较高，耐环境老化的能力差，仅管遮挡了视线，但是光能还是通过散射的方式进入室内，更为重要的是在透明状态，其雾度也非常高，这限制其只能用作电子窗帘；再有一种卤化银光致变色玻璃，通过卤化银的分解合成来调光，但是价格昂贵，质量重，玻璃强度差，不能达到建筑玻璃的要求；专利201110101849.4，20111031787.X，201410187436.6提供了一种具有温敏型调光玻璃随温度变化在透明与不透明之间转变，当温度高于设定值时，呈现不透明，影响视野，更为重要的是，其实在玻璃间隙间填入胶体，这大大降低了玻璃强度，无法应用于建筑。