NREL测试钙钛矿基热致变色窗口

在八个气候区的一栋12层建筑中模拟能源使用显示了巨大的节能效果

美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）领导的一项研究表明，办公楼的热变色窗户可以通过调节室内温度来提高美国的能源效率，从而节省大量能源。

这一发现在《先进能源材料》杂志上发表的论文《理想过渡温度下的热致变色卤化物钙钛矿窗》中有详细介绍。

该项目的首席研究员Lance Wheeler表示，改用热致变色窗户每年可节省大量能源，主要节约来源是在寒冷或季节性气候下，高玻璃办公楼需要较少的热能。如果模拟办公楼里的所有员工都驾驶一辆电动汽车，距离相当于美国普通通勤距离，那么每年的能源可以用来为每个员工的汽车充满电。

这项研究依赖于Wheeler帮助开发的PVwindow建模软件，该研究表明，在单窗格玻璃甚至双窗格玻璃上添加热变色层压板将产生显著的节约。

建筑约占美国所有一次能源消耗的40%，供暖是最大的贡献者。涂层技术从20世纪80年代开始，通过选择性地吸收或反射红外光，而允许太阳光谱可见部分的光穿过玻璃，彻底改变了窗户的能源效率。然而，略多于一半的太阳能量来自可见光波长，因此需要更多的能量来加热或冷却具有显著玻璃幕墙的建筑物。

研究人员用一个12层的建筑作为模型，窗户与墙壁的比例为95%。他们在全美八个气候区，包括夏威夷、亚利桑那州、加利福尼亚州、科罗拉多州、纽约州、威斯康星州、明尼苏达州和阿拉斯加州，以15分钟的间隔模拟了一年中建筑物的能源使用情况。

他们发现，与每个区域的双窗格玻璃相比，热变色双窗格玻璃提高了建筑能效。寒冷地区的能源节约更大。在最热的气候区，热致变色双窗格玻璃甚至比三窗格玻璃要好。

研究人员注意到，在较冷的气候下，三层玻璃窗比热变色双层玻璃窗节省了更多的能源，但与效率最高的双层玻璃窗相比，添加热变色层压板以创建三层玻璃窗户可节省最多的年度能源。

热变色窗口由温度触发，研究人员计算出理想的转变温度在20–27.5摄氏度之间。

Wheeler说：“如果过渡温度太高，那么窗户可能不会节能，建筑物最好使用静态窗户。有趣的是，从明尼苏达州北部到加利福尼亚州南部，这一范围适用于许多不同的气候。这是因为动态窗户减少了夏季的太阳能热增量以节省空调，而且当冬季需要热量时，它们也增加了太阳能热增量。”

研究人员将建模与实验工作相结合，展示了夹在两层玻璃之间的钙钛矿薄膜。热致变色开关被证明可以持续200个循环。

Wheeler说：“我们能够显著降低实验室中的转变温度，使之与预测的理想温度相匹配。这项工作展示了NREL的许多专业领域，以及材料科学和建筑能源科学之间合作的力量。”

能源部建筑技术办公室资助了这项研究。