南航团队研发新型节能窗：降低建筑能耗20%，实现51.4%能量回收

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@小白创作中心

南航团队研发新型节能窗：降低建筑能耗20%，实现51.4%能量回收

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来源

https://www.gbwindows.org/news/16765.html

随着全球能源消耗的持续增长，建筑物约占总能源使用量的 40%，其中近一半用于供暖和制冷。窗户作为室内和室外环境之间能量交换的主要接口，造成了 20-40% 的能量损失。为了解决这个问题，开发节能智能窗户，在保持自然光和美学的同时最大限度地减少能源消耗已成为可持续建筑设计的关键重点。

近期，南京航空航天大学张校刚/张圣亮团队研发了一种高效柔性双功能双波段电致变色器件，集光谱选择性调控与能量回收一体，获得了较高的光学调制幅度、长循环寿命(10000圈容量损失3.3%)以及较高的能量回收效率(51.4%)。该器件通过三种不同的模式(明亮、清凉和黑暗)可实现对可见光和近红外透过率的独立调控，展现了优异的节能性能(比普通玻璃低8.8℃)。此外，EnergyPlus模拟研究表明该器件在世界大多数气候区都展现出比商用低辐射玻璃更加优异的节能性能。文章发表在《纳微快报》（Nano-Micro Letters）上。

这种创新窗口的核心在于其 W18O49 纳米线结构，能够精确控制可见光和近红外光谱中的光调制。这种双频电致变色器件（DBED）具有出色的光调制范围（可见光为 73.1%，近红外为 85.3%）和超长的使用寿命，10,000 次循环后容量损失最小（3.3%）。此外，它还拥有 51.4% 的能量回收效率，其中着色过程中消耗的能源被回收利用，从而降低了整体净能耗。

当集成到建筑物中时，该设备不仅可以优化热调节，还可以在各种气候区表现出出色的性能。根据 EnergyPlus 模拟，DBED 在大多数全球气候下的性能优于传统的低辐射玻璃，可节省大量能源。它能够选择性地调制多个波长的光和热，确保显着减少加热和冷却所需的能量。

核心技术与性能

研究团队采用溶剂热法合成W₁₈O₄₉ NWs，并通过XPS谱图和EPR测试证实了纳米线氧空位的存在，这为离子嵌入和扩散提供了较大的空间，有助于提高材料的循环稳定性和双波段电致变色性能。

研究团队采用超声波喷涂法制备了柔性W₁₈O₄₉ NW薄膜，W₁₈O₄₉ NW薄膜具有优异的双波段电致变色性能。在633和1200 nm处分别显示出73.1%和85.3%的高光学调制范围。此外，W₁₈O₄₉ NW薄膜还展示出快速的响应速度(在633和1200 nm处着色和褪色时间分别为14.2/4.8 s和12.0/10.8 s)、良好的着色效率和高的离子扩散系数。

通过对W₁₈O₄₉ NW薄膜进行电化学和原位光谱测试，证实了其近红外和可见光的电致变色调控机制可以分别归因于LSPR和极化子吸收效应。非原位XRD测量结构表明，W₁₈O₄₉ NW在Li⁺吸收和插层过程中没有发生相变，这有利于提高循环稳定性。同时W₁₈O₄₉ NW也具有良好的倍率性能和储能能力。

大面积器件制备与性能

研究团队将超声喷涂的W₁₈O₄₉ NW薄膜正极和多孔聚苯胺(PANI)负极组成柔性双波段电致变色器件(DBED)，所组装的柔性双波段电致变色器件在633和1200 nm处分别显示出51.7%和60.0%的高光学调制范围。并且该电致变色器件可实现柔性大面积器件的制备，为设计和开发高性能柔性电致变色材料提供理论依据和可行性方案。

节能性能评估

DBED展现出优异的循环稳定性，在10,000次循环后，其容量保留率为96.7%。为了进一步探索DBED的节能性能，通过建模与模拟计算发现，优化的DBED在几乎所有不同的气候条件下都比商用low-e玻璃具有更高的节能性能，节能高达178.3 MJ m⁻2 (Phoenix)，进一步证明了DBED在节能建筑方面的潜力。