全球能源需求正持續(xù)攀升，其中以建筑物的需求占最大比例，高達所有需求的30%至40%，甚至超過工業(yè)或交通之所需。由于建筑物的能源需求主要來自空調(diào)，而窗戶是主要的問題所在，因此有研究人員開發(fā)了能夠節(jié)省能源且讓人冬暖夏涼的“智能窗戶”。

　　英國艾希特大學工程學博士后研究員羅伊在網(wǎng)站撰文說，窗戶在冬天會讓熱量逸出，在夏天會讓熱量進入室內(nèi)，迫使空調(diào)消耗更多能源，而且會增加碳排放。

　　如何在不影響窗戶透明度和陽光進入量的情況下控制這種熱傳遞是一大挑戰(zhàn)，這兩者對于人們的福祉和生產(chǎn)力至關重要。

　　有鑒于此，有研究人員開發(fā)了“智能窗戶”。目前市面上的大多數(shù)版本都是所謂的電致變色，其運作原理是按一下按鈕，將電流施加到玻璃內(nèi)的顆粒層或芯片層上。

　　這會導致可逆的分子轉(zhuǎn)變，使窗戶變得不透明或變暗，進而阻擋大部分紅外光，使房間變得溫暖。這大幅減少了炎熱國家對空調(diào)的需求，在高溫下將60%至70%的熱量保留在室外；而在比較寒冷的天氣下，它們也可以讓房間的熱量損失減少大約40%。

　　近幾年來，這種窗戶在商業(yè)建筑物和住宅方面的銷售量都相當好。2023年的全球市場總額估計有66億美元。

　　然而，這種窗戶在使用上有幾個重要的限制。雖然這種窗戶消耗的能源不多，但它們必須有電力才能運作。在偏遠或電力不穩(wěn)定的地方，這可能是個挑戰(zhàn)。如果無法使用電網(wǎng)，用戶必須安裝太陽能板等替代品，才能使用這種窗戶。

　　此外，現(xiàn)有很多產(chǎn)品只能在完全黑暗或完全透明之間切換。這意味著在天氣炎熱時，你會失去玻璃窗的透明優(yōu)勢，而且房間可能需要人工照明。

　　有一種不需要電力的替代方案是光致變色。這種窗戶使用一層微小的鹵化銀芯片或稱為萘并吡喃的化合物，這兩種物質(zhì)都會對不斷升高的紫外光發(fā)生反應，導致玻璃在明亮的條件下變暗。它使用的材料與感光變色太陽眼鏡完全相同。

　　與使用電致變色技術的窗戶相比，這種窗戶具有阻擋紫外光的額外優(yōu)點。紫外光不僅會致癌，也會損壞家具等各種物品。

　　然而，光致變色窗戶非常昂貴，尤其是在使用銀的情況下。這種窗戶對天氣非常敏感，這會降低它們在多云或多雨條件下的可靠性。它們也不太擅長阻擋紅外光，而且沒有手動控制。

　　為此，有研究人員正在研發(fā)另一種在未來更有前景的替代方案，稱為熱致變色。這種窗戶使用會對溫度而不是光線產(chǎn)生反應的顆粒涂層，也不需要電力。

　　它們比光致變色窗戶便宜得多，仍然可以阻擋紫外光，而且在阻擋紅外光方面有可能媲美電致變色窗戶。它們還可以隨著室外溫度升高逐漸變暗，比電致變色窗戶更有彈性。

　　雖然使用熱致變色技術的玻璃已經(jīng)存在，但它們還不適用于窗戶。這是因為現(xiàn)有版本中的二氧化釩層只能在攝氏67度左右完全反射紅外線，這個溫度比世界最高溫要高得多。

　　世界各地的研究人員正在研究如何改進熱致變色玻璃，其中包括艾希特大學的環(huán)境與永續(xù)發(fā)展研究所正在進行的項目。

　　羅伊總結(jié)說，借由正確結(jié)合已開發(fā)和開發(fā)中國家的成功研究和政策支持，下一代“智能窗戶”應該能夠有大幅的進展，并在未來十或二十年內(nèi)對建筑物的碳排放產(chǎn)生重大影響。