一种基于纳米流体的热响应型智能变色窗

技术领域

本发明涉及建筑节能技术，具体涉及一种基于纳米流体的热响应型智能变色窗。

背景技术

窗户作为建筑的透明维护结构，其对建筑负荷影响巨大。从控制建筑室内光热环境角度出发，冬季需要尽可能将太阳光的全部能量引入室内，以降低室内热负荷；夏季则期望在不影响室内自然采光的前提下，减少通过窗户进入室内的太阳光能量，降低空调冷负荷。

太阳光谱能量主要集中在300-3000nm波长范围内，其中，380-760nm波长为可见光部分。如果考虑建筑在夏季的隔热需求，需要将可见光之外波段隔绝于室外(即过滤其他波段光谱能量)以实现透过可见光的同时降低室内冷负荷。然而，(1)现有节能玻璃窗主要依靠表面镀膜技术来反射红外线，降低进入室内的太阳辐射得热。(2)这种设计可以降低夏季建筑冷负荷，但是对冬季建筑内太阳辐射得热将产生负面影响。(3)即使存在一些热致变色玻璃可以根据是室外温度环境自适应地调整太阳辐射得热，但当前热致变色玻璃存在可见光透过率低、且红外调控能力弱等缺点。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种基于纳米流体的热响应型智能变色窗。

一种基于纳米流体的热响应型智能变色窗包含活塞、窗框和高透光玻璃；两个高透光玻璃密封安装在窗框内，且两个高透光玻璃间隔布置，窗框和两个高透光玻璃形成中空腔，中空腔内盛放有具有对近红外线和紫外线的高吸收性以及对可见光的高透过性的隔热纳米流体，窗框的任意一个竖框内由上至下加工有氨水溶液腔和纳米流体腔，氨水溶液腔与纳米流体腔贯通，且二者之间设置有与腔体密封并可滑动的活塞，纳米流体腔与中空腔连通。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1、本发明利用纳米流体的特殊光学特性对太阳光光谱选择性吸收和选择性透过，实现了太阳能光热分离；

2、本发明可根据室内用热需求自发地决定是否赋予向玻璃中空腔内充注纳米流体，夏季向玻璃夹层内充注纳米流体，可降低室内冷负荷，冬季保持窗户全光谱透过率，可实现室内对太阳能热量的高效利用。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为锑掺杂氧化锡作为纳米颗粒的光透过率实验曲线图。

具体实施方式

如图1-图2所示，一种基于纳米流体的热响应型智能变色窗，其特征在于：包含活塞4、窗框7和高透光玻璃9；

两个高透光玻璃9密封安装在窗框7内，且两个高透光玻璃9间隔布置，窗框7和两个高透光玻璃9形成中空腔11，中空腔11内盛放有具有对近红外线和紫外线的高吸收性以及对可见光的高透过性的隔热纳米流体10，窗框7的任意一个竖框内由上至下加工有氨水溶液腔2和纳米流体腔5，氨水溶液腔2与纳米流体腔5贯通，且二者之间设置有与腔体密封并可滑动的活塞4，纳米流体腔5与中空腔11连通。

进一步地，氨水溶液腔2内的氨水的质量百分比浓度为28-32％。其饱和温度约为25-35℃。

该热响应型智能变色窗可基于室外温度自行决定是否在中空腔11中充注隔热纳米流体10。在夏季通过隔热纳米流体10分离太阳光中紫外线和红外线波段能量，将太阳光过滤为冷光源，减少室内热负荷；在冬季全光谱地向室内引入太阳辐射能量，降低室内热负荷。

本实施方式所涉及的智能变色窗在室外温度较高时，窗框7中的氨水溶解度降低，自发挤压活塞向下运动，压迫隔热纳米流体10流入中空腔11内，从而赋予变色窗隔热的效果；在室外温度较低时，氨水溶解度增大，氨水溶液腔2中的氨气融入氨水中，牵引活塞4向上运动，从而使中空腔11中的纳米流体10流入纳米流体腔5内，变色窗再度变为高透光玻璃窗。本实施方式响应夏季的高温高点，在日光透过窗户时，将紫外线和红外线波段的能量隔离于窗户侧，使得进入室内的太阳光为冷光源，以减少室内太阳能得热；本实施方式响应冬季低温特点，将全光谱的太阳能引入室内，最大化室内太阳能得热。

进一步地，高透光玻璃9为石英玻璃，对太阳能全光谱具有高透过特性。所述纳米流体10的溶剂为乙二醇水溶液，流体中的颗粒为金属纳米颗粒或者金属氧化物纳米颗粒，如此设置，不同种类的纳米颗粒对不同太阳光谱的吸收峰同，通过多种特定的纳米颗粒掺混，可实现对近红外线和紫外线的高吸收性以及对可见光的高透过性。

优选地，所述金属氧化物纳米颗粒为氧化锑锡颗粒或者钨铯青铜颗粒。纳米流体10的溶剂为乙二醇水溶液，流体中的颗粒为不同形状和不同材质的纳米颗粒掺混物。所述纳米颗粒掺混物为金属纳米颗粒和金属氧化物纳米颗粒的掺混物。当太阳光透过纳米流体时，紫外线和近红外线波段的能量被纳米流体吸收截获，可见光的可直接透过分光玻璃，以此可实现太阳能的光热分离。

以锑掺杂氧化锡(ATO)纳米流体为例，图3中给出了光程为1cm，ATO质量浓度为5ppm、10ppm、20ppm、50ppm、100ppm时的光谱透过率。其中，5ppm浓度下，ATO纳米流体可见光透过率为93.2％，太阳辐射隔绝率为25.7％；10ppm浓度下，ATO纳米流体可见光透过率为91.9％，太阳辐射隔绝率为27.4％；20ppm浓度下，ATO纳米流体可见光透过率为86.1％，太阳辐射隔绝率为34.1％；50ppm浓度下，ATO纳米流体可见光透过率为77.7％，太阳辐射隔绝率为43.2％；100ppm浓度下，ATO纳米流体可见光透过率为63.5％，太阳辐射隔绝率为57.1％。可见，随着纳米流体中纳米颗粒浓度的增加，可见光透过率逐渐减小，对太阳辐射隔绝率逐渐增加。可实现冬夏季节下太阳能的光热分离。

如图1-图2所示，通常，所述活塞4为橡胶活塞。如此设置，使用取材方便，两个高透光玻璃9通过密封条8密封安装在窗框7内，密封条8保证纳米流体不会从窗缝中流出。

一个实施例中，所述窗框7为合金窗框。窗框7采用铝或其它金属材料，但不可采用铜(铜易被氨水腐蚀)，另外，氨水溶液腔2内置的氨水，严格密封。纳米流体腔5通过纳米流体进出口6与中空腔11连通。

另一个实施例中，在中空腔11的窗框上设置气孔1，该气孔1为压力感应气孔，仅在压力达到一定程度时开启，以确保中空玻璃和中空腔11正常运行，溢过气孔1。

再一个实施例中，中空腔11的厚度为1-2mm。如此设置，较小的厚度腔使得氨水的用量越小。

工作过程

智能变色窗在室外温度较高时，窗框7中的氨水溶解度降低，自发挤压活塞4向下运动，压迫隔热纳米流体10流入中空腔11内，从而赋予变色窗隔热的效果；在室外温度较低时，氨水溶解度增大，氨水溶液腔2中的氨气融入氨水中，牵引活塞4向上运动，从而使中空腔11中的纳米流体10流入纳米流体腔5内，变色窗再度变为高透光玻璃窗。本实施方式响应夏季的高温高点，在日光透过窗户时，将紫外线和红外线波段的能量隔离于窗户侧，使得进入室内的太阳光为冷光源，以减少室内太阳能得热。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。