窗户怎么设计防止台风（这个窗户会变魔术）

文图：秦天石（南京工业大学先进材料研究院）

来源：《知识就是力量》杂志

你见过这样的窗户吗？它可以随着太阳光的强弱，自动调节光线强度、改善室内采光，还能将酷热的太阳光直射温度降低至少9摄氏度！这么神奇的魔术，是如何实现的呢？

可见光、红外线和紫外线每时每刻都影响着人们的生活。可见光可以透过玻璃窗进入室内，起到自然采光照明的作用。

红外线虽然肉眼看不见，但是人们可以感觉到它的热量，因此它可以给室内带来温暖，我们冬天用的红外线加热器也是这个原理。

紫外线虽然可以杀灭细菌病毒，但也会造成皮肤晒黑甚至病变，对于我们在室内生活的影响总体弊大于利，因此建筑玻璃大部分都采用镀膜反射的方式将紫外线隔绝在室外。

和太阳光做游戏的变色智能窗

目前，全球发达地区有超过1/3的电能被用于室内照明与温度调节，究其本质都是在调节太阳光对于室内环境的影响。如果我们能直接调节建筑玻璃窗对于可见光和红外线的透过率，就可以从源头上改变室内的采光和温度、降低人们对于灯具和空调的需求，从而实现“四两拨千斤”的节能效果，这就是我们所说的变色智能窗技术。

光伏变色智能窗可以直接利用太阳光，将产生的电能用于驱动窗户的变色功能

变色技术主要有电致变色、光致变色和热致变色，但都有各自的局限性。电致变色智能窗需要外接电源，结构繁复且更换困难；而光致和热致变色技术又无法实现自主控制，会出现想要室内明亮但实际窗户变暗的尴尬情况。

光伏变色智能窗技术，可以同时实现自驱动和可控制两大功能。光伏变色可以直接利用太阳光，将产生的电能用于驱动窗户的变色功能，不再需要额外的电能存储和输送，只要用一个最简单的电路控制就可以实现变色功能的开关。

“吃掉”紫外线，转变成电能

当然，要想开发出一扇完美效果的光伏变色智能窗，还存在着诸多难点。首先是集成化程度，如果仅仅将光伏电池板与变色玻璃窗用电线连接起来，那既不美观也不实用。所以我们需要将光伏电池一体化集成到玻璃窗里。这就带来第二项挑战——需要一种透光的光伏电池材料，这样才不会对窗玻璃造成遮挡，影响可见光和红外线进入室内。最后就是智能窗的颜色了，如果可透光的光伏层有颜色，就会造成采光出现偏色，影响我们看到室内物品的正确颜色。

变色智能窗内部结构示意图

为了解决这些难题，中国科学家开发出一种只吸收紫外线的光伏电池材料。它看上去和普通玻璃一样透明，可以让可见光和红外线完全透过智能窗。这种光伏变色智能窗可以实现对于全太阳光谱的智能管理，利用紫外线作为“开关”，将吸收的紫外线转变成电能，从而加深窗户颜色，降低可见光和红外线透过率，调节室内的采光与温度。

变色智能窗技术原理示意图

更为神奇的是，这种智能窗的变色深度是可以随着天气变化和光照强度自适应调整的。也就是说在晴天烈日下，智能窗可以呈现很深的颜色，将光线和热量都隔绝在室外；而在阴天多云的天气，智能窗就会维持在透明状态，让更多的光线进入室内。

我们相信在不远的将来，这种新型自适应变色智能窗会走进千家万户，有效地降低我们用于室内采光与调温的能耗，为解决全人类面临的气候变暖问题贡献中国智慧和中国方案。