随着社会飞速发展,一次能源被大量消耗,环境受到了严重污染,节能减排策略的设计与推行成为了全人类共同面对的一项课题。相关数据表明,建筑能耗占全球总能耗的30%～40%,建筑围护结构能耗中,门窗带来的能耗高达50%,对于高能耗建筑来说,门窗能耗占建筑总能耗的40%以上,因此针对建筑门窗等围护结构的创新对于节能发展意义重大。窗体性能优化改造成为了近年来建筑节能领域的焦点之一。改造的主要目标是充分高效利用太阳光能源,节省建筑的供热制冷能耗。但是,建筑在不同季节对太阳能的需求不尽相同,很多窗体改造都仅仅考虑了单一季节的运行工况,且与窗体组合的材料工质大多存在寿命短、节能潜力小等特点。本文提出了一种基于纳米流体夹层光谱调控窗体,该窗体可实现按需高效获取太阳能量、降低建筑供热制冷能耗、保证建筑光热环境舒适性等效果。首先,介绍了窗体的设计方案及运行原理,并针对窗体的预想功能选择配置合适的纳米流体工质,搭建了实验窗体及建筑模型测试平台,以纳米流体浓度为变量测试了冬季房间温度、照度变化及玻璃表面温度等数据。测试结果表明,纳米流体浓度越高,对房间热舒适环境营造越有利,房间热环境均匀性更佳,节能效果越好。但当浓度过高时,房间光环境质量较差。此外,还通过实验探究了供暖工况下窗体的夜间节能保温效果。其次,为了进一步探究窗体的光热调控特性,将建筑测试模型整体划分成区块进行逐一能量流动分析,设计了纳米流体冬季能量预测模型。该模型可以依据室外气象参数以及纳米流体浓度对室内光、热环境进行预测。利用实验数据验证了能量预测模型的准确性。最后,利用光热预测模型确定了哈尔滨地区冬季窗体运行的最佳纳米流体浓度为560 ppm。采用Energy Plus模拟了窗体在一哈尔滨地区典型民居建筑中的节能效益,结果表明窗体可以促进建筑吸收更多的太阳辐射,供暖节能率约为7.81%,每平米建筑面积全年可节省供暖能耗约9.057 k W·h。综上所述,本文提出的基于纳米流体夹层的光谱调控窗具有良好的经济效益和推广价值。