科学家设计低能耗流体电池 可为建筑物动态遮阳和降温

2022年07月27日 16:38 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据New Atlas报道,建筑物的能源使用有很大一部分是由加热和冷却消耗的,但多伦多大学的研究人员设计的一种新的动态遮阳系统可以提供帮助。该系统的灵感来自磷虾的皮肤,它使用了能根据需要阻挡光线的色素细胞。

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磷虾是微小的海洋生物,通常是透明的,但有能力在其皮肤下的细胞中移动色素,使它们能够变成深色,以保护自己在明亮的阳光下免受紫外线的伤害。多伦多大学团队认为,这对窗户和建筑外墙来说是一种有用的能力。

该团队受磷虾启发的原型是由可以在透明和不透明之间按需切换的光流体电池组成的,使用的能量相对较少。电池内部是两片塑料之间1毫米的矿物油层。为了使其变成深色,可以通过一个连接的管子将含有颜料或染料的少量水注入电池中,形成深色的 “绽放”。

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注入的颜料越多,绽放的颜色就越大,而流速可以决定它的形状。低流速产生圆形图案,而高流速产生树状结构。颜料随后可以被抽回,使电池恢复到透明状态。

“我们对绿色、可持续化学的‘封闭流体’如何被用来改变材料特性感兴趣,”该研究的主要作者Ben Hatton说。“它的用途非常广泛:我们不仅可以控制每个电池中水的大小和形状,我们还可以调整水中染料的化学或光学特性。它可以是我们想要的任何颜色或不透明度。”

该团队设想在窗户或建筑外墙中使用这些光电单元的网络,作为一个低能量的温度调节系统。在炎热的夏天,这些电池可以切换成不透明的,以阻挡阳光,然后在太阳下山时切换回透明。

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研究人员模拟了这样一个系统在建筑规模上的工作情况,并将潜在的能源节约与其他两个系统进行了比较--电动百叶窗或电致变色窗,后者使用电压变化来改变玻璃涂层的透明度。

“我们发现的是,与其他两种方案相比,我们的系统可以减少30%的供暖、制冷和照明所需的能源,”该研究的通讯作者Raphael Kay说。“其主要原因是,我们对遮阳的程度和时间有更精细的控制。我们的系统类似于在整个外墙的不同位置和时间打开和关闭数百个小百叶窗。我们可以通过简单的、可扩展的和廉价的流体流动实现这一切。”

该团队还表示,光流体显示器可用于创造大规模的艺术作品。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

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