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建筑物占一次能源消耗的40%，占二氧化碳總排放量的36%。而且，正如我們所知，二氧化碳排放引發(fā)了全球變暖、海平面上升以及海洋生態(tài)系統(tǒng)的深刻變化。用節(jié)能的智能玻璃窗代替建筑物的低效玻璃區(qū)，在減少照明和溫度控制的能源消耗方面有很大的潛力。
德國(guó)卡塞爾大學(xué)的Harmut Hillmer等人在名為"MOEMS微鏡陣列在智能窗中的日光引導(dǎo)"論文中展示了這種潛力，這篇論文最近發(fā)表在《光學(xué)微系統(tǒng)》雜志的創(chuàng)刊號(hào)上。研究人員表示，智能玻璃基于數(shù)百萬(wàn)個(gè)微鏡，肉眼看不見(jiàn)，并根據(jù)用戶(hù)的行為、太陽(yáng)的位置、白天和季節(jié)反射進(jìn)入的陽(yáng)光，在建筑物內(nèi)提供個(gè)性化的光線(xiàn)引導(dǎo)。
如果夏天沒(méi)有用戶(hù)在場(chǎng)，所有的鏡子都垂直切換，把太陽(yáng)的熱量保持在外面。這通過(guò)最大限度地減少熱傳遞而節(jié)省了大量能源。在夏季，一旦傳感器檢測(cè)到用戶(hù)的存在，上部的鏡子就會(huì)打開(kāi)，將日光反射到天花板區(qū)域。在沒(méi)有用戶(hù)站立的地方，房間保持涼爽，節(jié)省了氣候調(diào)節(jié)的能源。房間里遠(yuǎn)離窗戶(hù)的部分可以有效地被日光照亮，節(jié)省人工照明的能源。如果冬天沒(méi)有用戶(hù)，所有的鏡子都打開(kāi)，通過(guò)將太陽(yáng)輻射反射到墻上來(lái)獲取能量，作為輻射加熱器。這就節(jié)省了供暖的能源。一旦在冬季檢測(cè)到用戶(hù)的存在，所有的鏡子將把全部的太陽(yáng)輻射重新導(dǎo)向天花板，以減少眩光?，F(xiàn)在，天花板作為一個(gè)輻射加熱器，節(jié)省了加熱能源。
微鏡陣列不受風(fēng)、窗戶(hù)清潔或任何天氣條件的影響，因?yàn)樗挥诔錆M(mǎn)氬或氪等惰性氣體的窗玻璃之間的空間。這種玻璃在冬天提供免費(fèi)的太陽(yáng)熱能，在夏天防止過(guò)熱，它可以實(shí)現(xiàn)健康的自然采光，巨大的能源節(jié)約(高達(dá)35%)，大量的二氧化碳減少(高達(dá)30%)，以及在高層建筑中減少10%的鋼和混凝土。
除了能源問(wèn)題，人工照明也對(duì)健康和福祉產(chǎn)生了影響。各種研究表明，人工照明與注意力不集中、極易生病、生物節(jié)律紊亂和失眠有關(guān)。智能玻璃可以通過(guò)優(yōu)化房間內(nèi)的自然日光來(lái)減少對(duì)人工照明的依賴(lài)。目前前沿的智能玻璃目前要么是針對(duì)冬季，要么是針對(duì)夏季進(jìn)行優(yōu)化，并不能確保全年的節(jié)能性能。人們一直需要一種能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)貧夂?白天、季節(jié))作出反應(yīng)的智能和自動(dòng)技術(shù)，利用現(xiàn)有的陽(yáng)光，調(diào)節(jié)光線(xiàn)和溫度，并節(jié)省大量的能源。
研究人員的MEMS微鏡陣列集成在隔熱玻璃內(nèi)，并由一個(gè)電子控制系統(tǒng)操作。鏡子的方向是由各自電極之間的電壓控制的。房間里的運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)房間里用戶(hù)的數(shù)量、位置和移動(dòng)。其結(jié)果包括在亞毫秒范圍內(nèi)更高的驅(qū)動(dòng)速度，比電致變色或液晶概念的功耗低40倍。為了研究可靠性，研究人員對(duì)微鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了快速老化測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了微鏡陣列的可持續(xù)性、堅(jiān)固性和長(zhǎng)壽命。有了這樣的積極結(jié)果，這種智能玻璃的好處就非常明顯了。
(原標(biāo)題：智能玻璃前景廣闊 其日光引導(dǎo)技術(shù)可節(jié)約巨大能源)
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