智能玻璃窗隨溫度變色助冬暖夏涼

[2022.04.11] 發表

【明報專訊】建築物最大的能源開支，就是用於製冷和供暖。以往很多公司都曾在空調、熱水器等方面，投入大量人力物力改進技術，亦取得一定進展。但很多人沒有想到，原來在玻璃窗方面對症下藥，也能夠取得節能效果。有本地初創團隊研究出一種「智能熱致變色玻璃窗」，可以隨環境溫度而自動變色。天氣較涼時自動調至透明狀態，將太陽輻射引入室內保溫；天氣炎熱時則變為白色，反射太陽輻射降溫，有助室內冬暖夏涼。

明報記者薛偉傑

攝影黃志東

Hydro Tech團隊共同創辦人朱毅豪表示，花這麼多精力研究智能玻璃窗，是因為一般玻璃窗在夏季隔熱及冬季保暖的效果都不太好。夏季進入建築物室內的熱量，有超過50%都是透過玻璃窗進入；而冬季從建築物向外流失的熱量，亦有超過50%是透過玻璃窗流失。根據估計，香港的建築物消耗的能源有大約60%都是用於製冷和供暖。因此，若能令玻璃窗的隔熱和保暖作用加強，就有助節能減排。最理想就是可以根據環境溫度，智能調節太陽光的入射量，做到冬暖夏涼。

熱敏水溶膠高溫變奶白色擋陽光

Hydro Tech團隊顧問、城市大學能源及環境學院助理教授曹之胤表示，過去幾十年，已先後出現4種技術來改善玻璃窗的隔熱和保暖效果，分別是電控玻璃、光控玻璃、低輻射玻璃，以及智能熱致變色玻璃(見表)。

4種技術中，前3種的缺點都比較明顯。例如電控玻璃要在外部施加幾伏的電壓才會變成奶白色，需要人手開關之外，也會消耗些少電力，估計每平方米每月電費約3至5元。光控玻璃雖然可以在紫外光較強時自動變暗，但變暗的時間卻和溫度沒有直接關係，例如在冬季日間有陽光時也會自動變暗，令室內更冷；同樣地，低輻射玻璃在任何時間都會反射大部分紅外線，包括在冬季日間。

相比之下，智能熱致變色玻璃擁有最多優點、最少缺點，因為它能夠根據環境溫度自動變色，天氣較涼時自動調至透明狀態，將太陽輻射引入室內保溫；天氣炎熱時則變為白色，反射太陽輻射降溫，真正做到冬暖夏涼。它的原理是在雙層玻璃中注入一種熱敏水凝膠，溫度較低時透明(透光率90%以上)，但在某個溫度或以上時，那些凝膠粒子就會收縮，繼而互相分離。光線在傳播過程中，會在膠體粒子和水溶液之間經歷多次反射或散射，最終大部分光線無法透過玻璃，透光率跌至20%至30%，這時玻璃窗呈奶白色。

建築物能耗降一成

根據本地的實際測試，與普通雙層玻璃相比，在夏季中午時，智能熱致變色玻璃可以令室內溫度下降大約4度之多。至於玻璃表面的溫度，更可以下降約8度。雖然用於照明的能源會略為增加(主要是夏季部分時間)，但由於空調、風機、泵等的能耗明顯下降，建築物的整體能源消耗其實可以減低10%或以上。根據模擬運算結果，在香港和新加坡，其整體節能效果比低輻射玻璃高出1倍以上。

在2018年，曹之胤研究的熱敏水凝膠還是液態，注入雙層玻璃中間有可能出現滲漏風險，而且其變色溫度固定在大約攝氏32度，不能改動。至2021年，經過幾年改良，那些熱敏水凝膠已可造成固態來應用，排除滲漏風險，而且變色溫度亦可以在攝氏20度至32度的範圍內，根據客戶需要來設定。

獲日內瓦國際發明展金獎

在剛過去的日內瓦國際發明展中，智能熱致變色玻璃獲頒一項金獎；在阿里巴巴創業者基金主辦的「JUMPSTARTER 2022環球創業比賽」中，這項目亦進入最後五強；在和富社會企業主辦、環境局協辦的「氣候行動嘉許計劃」中，這項目亦已晉級決賽，此外還獲得城大的HK Tech 300計劃的種子基金資助。現時，團隊已經和一些代工廠和建材代理商開始初步商討合作，希望明年底之前量產。