制造便宜的智能窗户

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  只要轻轻一拨开关就能吸收或反射光和热的窗户可以帮助减少暖气和冷气的花费账单。一家名为Soladigm的公司研发了制造这种便宜的“电致变色”窗户的方法,使它们能更适用于家庭和办公大楼。
  现有的电致变色窗户设计成本大约为每平方英尺(约0.09平方米)100美元。Soladigm公司并没有透露其窗户的成本是多少,但有些专家表示,该方法可以使成本降低至每平方英尺大约为20美元。
  总部位于加利福尼亚州米尔皮塔斯市(Milpitas)的这家公司使用薄膜沉积处理工艺,在两块窗玻璃之间创建导电层以控制透过玻璃的光和热的总量。房主或办公室人员可以控制窗户让多少光或热通过,或吸收和反射。
  该公司开发的窗户的两层玻璃中,包含了两层透明导电氧化物薄膜,在薄膜中还夹有一层离子存储层和一层电解质。将低电压施加到导电氧化层,刺激离子脱离存储层并穿过电解质到达电致变色层。这种接触引起电致变色材料吸收或反射阳光。它也会使材料变暗,使窗户看起来有颜色。施加反向电压会使离子返回到存储层,使窗户颜色变亮,并让更多阳光透进来。
  Soladigm公司首席执行官拉奥·穆尔普瑞(Rao Mulpuri)说: “我们在五个城市进行了个案研究,每年为商业楼宇平均节省25%的暖气设备、通风设备和空调的能耗。”
  穆尔普瑞说,制造便宜的电致变色窗户的技巧在于正确的材料和最新的制造方法。如今的薄膜处理设备(与用来制造平面显示器和薄膜太阳能电池的一样)比几十年前使用的先进得多,当时电致变色窗户的概念刚出现。
  Soladigm公司将使用基于氧化钨的电致变色层,用于其第一批窗户。美国劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)致力于电致变色材料研究的研究员迪莉娅米丽蓉(DeliaMilliron)说,氧化钨能承受富离子和无离子两个阶段的重复循环,使材料更耐用。然而,使用氧化钨可以把窗户加热到无法触摸的程度;它也不能很好地阻挡红外线,这意味着其会让大量热量通过。
  Soladigm公司已经从劳伦斯一伯克利国家实验室获得研究成果许可,以解决这些问题。该研究来自于劳伦斯一伯克利国家实验室先进能源技术音B(Advanced Energy Technologies Department)的研究员汤姆·理查森(Tom Richardson),他发现了氧化钨的新型替代物。在一种材料中,镁基电致变色层与氢离子反应以反射光。在另一种材料中,锑与像铜或银的合金被用于与锂离子进行反应产生同样的效果。理查森说,反射方法不仅可以防止热量累积,而且能精确地控制窗户阻挡可见光和近红外线的量。
  任何一种方法都可以更好地控制来自近红外线的热能总量,在寒冷的日子里使房间显著加热成为可能。理查森说“可能会有这样的时候,你希望把阳光阻隔在外,但你又希望近红外线能进来;冬天,你想让光线和热使房子暖和起来,所以有能力转换两者或其中一项将是理想的情况。”
  控制进入房间的光线和热量的能力使电致变色窗户不同于低辐射,或低一E窗户。低-E窗户有金属氧化涂层,可以反射近红外线并允许大多数可见光通过。这种窗户通常花费约为每平方英尺10美元。
  一些专家说,安装电致变色窗户的成本大大超过为某些类型的建筑物安装低一E窗户。伦斯勒理工学院(Rensselaer PolytechnicInstitute)光学研究中心(Lighting Research Center)的研究员艾伦·史密斯(Aaron Smith)说: “要安装整个表面,必须为每扇窗户通电流,这样可能会使成本极高。当改造旧楼时,也很难安装它们。”
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