窗戶是建築物設計中的關鍵組成部分，但它們也是能源效率最低的部分。由于熱量可以很容易地通過玻璃傳遞，窗戶對建築物的供暖和制冷成本有重大影響。根據聯合國2009年的一份報告，建築物占全球能源消耗的40％，而窗戶則占該能源消耗的一半。
近日，NTU兩名博士研究員研發了隔熱節能的液態夾層玻璃窗，把特制液體灌入窗玻璃間的夾層能增強隔熱功能，保持室內溫度舒適，減少建築物45％的能量損耗。它的能效也比市售的節能玻璃高出30％，而且制造成本更低。
LIquid Windows，來源：NTU官網
據報道，該液態夾層節能玻璃窗未來有可能成爲NTU智能校園的一部分，旨在爲可持續發展提供解決方案。
液態夾層節能窗的原理
常規的節能低輻射窗戶是由昂貴的塗料制成的，這些塗料可以阻擋進入或離開建築物的紅外線，從而有助于減少對供暖和制冷的需求。但是，它們不能調節可見光，而可見光是導致建築物升溫的主要原因。
爲了發明克服這些限制的窗戶，南大研究人員將研究方向轉向了水，他們創造了微水凝膠，水和穩定劑的混合物，並通過模擬實驗發現，由于它具有響應溫度變化的能力，因此可以有效地減少各種氣候條件下的能耗。多虧了水凝膠，液體混合物在暴露于熱條件下時變成不透明，從而阻擋了陽光，並且在冷卻時又恢複到其原始的“透明”狀態。
LIquid Windows研發人員，來源：NTU官網
液態夾層節能窗的優點
儲熱能力強
除了上述阻擋紅外線和可見光外，液態夾層的儲熱能力比普通玻璃大約五倍以上，太陽能曬到玻璃上轉化爲熱能後，可被玻璃間的液體吸收，避免熱氣滲入室內。相反的，液態夾層也可在寒冷季節中儲存熱能，避免熱氣流逝于室外。
隔音效果增加
研究員無意中發現，將特制液體灌入1厘米厚度的空間，隔音功效比起一般中空玻璃增加約15%。
對此，研究員解釋到，“一般中空玻璃窗戶，利用兩片玻璃中間隔著的空氣減少聲音。因爲液態夾層玻璃制作的窗戶概念一樣，只是把中間的空氣換成液體，我們發現隔音效果更好，也是一般節能窗戶沒有的額外優勢。”
LIquid Windows實驗室研發一覽，來源：NTU官網
可應用于辦公大樓
由于液態夾層玻璃窗的特性，NTU研究團隊認爲，他們的創新最適合用于辦公時間較長的辦公大樓。爲了驗證這一技術，科學家們在炎熱的（新加坡，廣州）和寒冷的（北京）環境中進行了室外測試。
新加坡測試顯示，與使用正常的玻璃窗的房間相比，使用智能液體窗在一天中最熱的時間（中午）的溫度較低。北京的測試表明，與使用普通玻璃窗的房間相比，使用智能液體窗的房間在保持相同溫度下的能耗降低了11％。
LIquid Windows實驗室研發一覽，來源：NTU官網
使用實際建築模型和四個城市（上海，拉斯維加斯，利雅得和新加坡）的天氣數據進行的模擬顯示，與常規玻璃窗和低輻射率窗相比，智能液體窗在所有四個城市中均具有最佳的節能性能。
參考文獻：
1. NTU scientists develop energy-saving ‘liquid window’
NTU Media Release;
2. “Liquid Thermo-Responsive Smart Window Derived from Hydrogel”, published in Joule, 23 September 2020.
