智能玻璃可以通过优化房间的自然采光 节省大量能源

2021-04-02 来源:贤集网

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中玻网】建筑物占一次能源消耗的40%,占二氧化碳排放总量的36%。而且,众所周知,二氧化碳的排放会引发世界变暖,海平面上升以及海洋生态系统的深刻变化。用节能的智能玻璃窗代替建筑物的低效率玻璃窗,具有减少照明和温度控制能耗的巨大潜力。

  德国卡塞尔大学(University of Kassel)的研究表明,“MOEMS micromirror arrays in smart windows for daylight steering”具有潜力,该论文近期发表在《光学微系统杂志》(Journal of Optical Microsystems)上。

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垂直站立的平面微镜阵列的SEM显微照片,带有放大的插图。图片来源:Hillmer等。

  (a)如果在夏天没有人在场,则所有后视镜均会垂直切换,从而将太阳光保持在外面。通过大程度地减少热传递,可以节省大量能源。(b)在夏季,一旦传感器检测到用户存在,则后视镜将打开并将日光反射到天花板区域。在没有用户站立的地方,房间保持凉爽,节省了气候的能源。房间的远离窗户的部分可以通过日光有效地照明,从而节省了人造光的能量。(c)如果冬天没有使用者,则所有的镜子都会打开,并通过将太阳辐射反射到墙壁上作为辐射加热器来收集能量。这节省了用于加热的能量。(d)一旦在冬天检测到用户存在,所有的镜子都会将整个太阳辐射重定向到天花板,以较大程度地减少眩光。现在,天花板充当辐射加热器,节省了加热能量。

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  希尔默说,我们的智能玻璃基于数百万个微镜,肉眼看不见,并根据用户的动作、太阳位置、白天和季节反射入射的阳光,从而在建筑物内提供个性化的光线转向,希尔默解释说。

  微镜阵列不受风、窗户清洁或任何天气条件的影响,因为它位于充满稀有气体(例如氩气或k气)的窗玻璃之间的空间中。玻璃窗在冬天提供免费的太阳热能,在夏天提供防止过热的方法,可实现健康的自然日光,巨大的能源节约(高达35%),大量减少的CO2(高达30%)以及减少10%的钢材和混凝土在高层建筑中。

  除了能源问题之外,人造照明还对健康产生影响。各种研究已将人造照明与缺乏注意力,对疾病的高度敏感性,生物节律紊乱和失眠联系在一起。智能玻璃可以通过优化房间的自然采光来减少对人造照明的依赖。

  当前先进的智能玻璃目前已针对冬季或夏季进行了优化,并且无法确保全年的节能性能。人们需要一种智能且自动的技术,该技术可以对当地的气候(白天,季节)做出反应,利用可用的阳光,调节光和温度,并节省大量的能源。

  研究人员的MEMS微镜阵列集成在绝缘玻璃内部,并由电子控制系统进行操作。反射镜的方向由各个电极之间的电压控制。房间中的运动传感器检测房间中用户的数量,位置和移动。

  结果包括亚毫秒级范围内更高的驱动速度,比电致变色或液晶概念低40倍的功耗,反射而不是吸收以及色彩中性。进行了微镜结构的快速老化测试,以研究可靠性,并揭示了微镜阵列的可持续性,坚固性和长寿命。

  有了这样的积极成果,这种智能玻璃的好处就显而易见了。


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