因为这些窗户,未来10年的城市将会大变样?
为修建供热制冷是碳排放的一个巨大来历。那毫不起眼的窗户能否是绿色科技的下一个风口? 来历 | 科学美国人翻译 | 巢栩嘉审校 | 赵欢用玻璃发电2019年年末,美国加利福尼亚州红杉市的Ubiquitous Energy公司的职工集合在彻底由玻璃窗组成的会议室里,他们面前的新式玻璃窗不仅能呈现加利福尼亚州北部壮丽的山景和美丽的天空,还能兼作光伏电池,为公司的照明、电脑和空调等供能。经过多年的研制,Ubiquitous Energy完成了一项清洁职业的技能打破——发电玻璃,其间的奥妙在于玻璃薄板之间的多种有机聚合物层,其间一些聚合物层能彻底透光,而别的一些能吸收不行见的红外线和紫外线光子。光线透过玻璃时,聚合物层之间的电子流构成电流,被玻璃中的细导线搜集。玻璃发电的原理Ubiquitous Energy事务拓宽总监Veeral Hardev说,“这有点像反向运转的通明电脑显示器。”换句话说,显示器用电点亮屏幕的各个像素点,反过来这种发电玻璃在光线透过玻璃时,能在不同方位发作电流。现在,在给定的光照水平下,这种玻璃的发电能力大约是惯例房顶光伏的三分之一,其透光率大约是一般玻璃的一半。Hardev表明,到达这些目标已足以使这种玻璃成为一种有用的产品,而他的公司有望大幅前进玻璃的透光率。至于较低的发电能力,他指出窗户所掩盖的面积比房顶大,因而能用面积优势补偿功率上的缺乏。Hardev说,“你能够两者都用,但窗户的发电将更多。”他弥补道,最大的应战是将现在缺乏0.19平方米的窗户面积扩展至约4.65平方米。比玻璃更明晰窗户的革新早该呈现了。跟着国际各大城市重拾对摩天大楼的酷爱,熠熠生辉的楼房已演化成各地的固定景点,但楼房上的玻璃却几乎没有技能上的前进。对修建的温度操控是一项巨大应战,美国能源专项上18%的资金用于给修建供热和制冷。据美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)估量,在冰冷的时节里,从窗户丢失的暖气的折合价值约为200亿美元;而在夏日,从装有空调的修建的窗户丢失的凉气折合出的价值数额更大。总归,用于修建供热制冷的资金,有一半以上的费用经过窗户丢失的能量而浪费了。总部坐落密西根的Mackinac Technology公司正在开发一种可防止置于一般玻璃外表的涂层塑料薄板,在不影响视界明晰度的一起,还能改善玻璃的绝热和热反射功能。其间,塑料板将空气困在中心,前进玻璃的绝热功能。而涂层能让可见光透过,但会反射红外线(携带着大部分热能)。该公司的CEOJohn Slagter表明,事实上Mackinac的窗户比一般玻璃更明晰。他表明,隐形的涂层能削减塑料外表反射的光线,反而添加窗户的透光量和室内明晰度。将涂层塑料薄板直接安装在现有窗户框架上,就可将单层玻璃或双层玻璃的绝热功能前进两倍,一起它十分轻,不会明显添加窗户分量。Slagter表明,这种新资料已成功经过了在美国加尔文大学(Calvin University)在窗户上的测验。得益于美国政府机构的部分赞助,在2022年正式投入使用前,这种塑料薄板将在更大的试点项目中进行推行测验。光线的明暗之争但有时,高明晰度并不总是长处,特别是关于朝南的修建物,激烈的太阳光会经过窗户射入室内。科罗拉多大学博尔德分校的资料科学研究人员Michael McGehee说,“尽管强光能添加房间的温度,但人们并不喜爱在阳光充足的环境下作业,乃至可能会看不清电脑屏幕。一般人们会挑选拉上窗布,但这样又会失掉窗外的视界,享受不了阳光带来的其他优点。”为缓解阳光的扎眼感,McGehee团队长时间致力于改善“电致变色”窗户(经过外加电场,使资料发作安稳、可逆的色彩改动),经过开关操控窗户的明暗度,滤除严峻的眩光,将室内调理至舒适的进光量。基于此,这个团队规划的窗户包括一个含有铂的铟锡氧化物层和一个氧化镍层,并两层之间填充了一种锂溶液。对两层结构施加低电压时,它们充任电极发作电场,溶液中的锂离子会搬迁并粘附到氧化镍层。尽管锂在溶液中呈通明,但掩盖在氧化镍层时却呈半通明。McGehee说,“只需要在电极上掩盖一层10nm厚的锂,就能阻挠大部分光线。”他弥补道,这样的窗户就像是修建的“太阳镜”。此外,经过改动电压能够分级调理遮挡阳光的程度。假如这些效果顺畅商业化,那么在未来10~20年里,窗户将成为很多快捷、环保型城市的重要组成部分。这会是人类朝着碳脚印归零方向迈出的坚实一步。

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