据统计，很多发达国家60％的电力消耗于取暖、制冷和照明。如今，大多数都市居民在室内生活的时间远远超出了在室外活动的时间，人们越来越看重生活和工作环境的舒适度，因此所消耗的能源也与日俱增。

随着环保理念深入人心，节能方式、节能技术也在不断创新，在建筑材料领域，节能窗就是其中之一。为了降低建筑物能源消耗，技术专家各出高招，在节能窗的材质上下功夫，开发了形形色色的节能窗。

 

变色玻璃和吸热玻璃

随着光线变强，玻璃的颜色就会变暗，根据这种需求，研究者开发了光致变色玻璃，简称变色玻璃。变色玻璃的制作过程听起来比较简单，就是在普通玻璃中掺入氯化银等光致变色材料，普通玻璃就变成了变色玻璃，光线越强，玻璃就变得越暗。

在夏季太阳辐射强时，安装了变色玻璃的窗户颜色会变暗，可使室内更加凉爽，减轻空调机的负担。但这种变色玻璃窗有明显的缺点，即在寒冷而阳光很强的日子里也会阻挡阳光进入室内，因而其应用具有很大的局限性。

吸热玻璃能在一定程度上弥补变色玻璃的不足。吸热玻璃可吸收热辐射线（即红外线），这种玻璃的热辐射线透过率只有20％左右。太阳光中既有可见光又有红外线，吸热玻璃能阻隔大部分红外线，同时却能透过75％的可见光。在普通玻璃的原料中加入一定量的有吸热性能的着色剂，就可以制成吸热玻璃。

中国南方地区的建筑很适合安装吸热玻璃窗，因为在漫长的夏天，这种窗户不仅能令室内凉爽，也能让可见光射入房间，不影响屋内亮度。为了克服这种玻璃在吸收热辐射之后容易升温爆裂的缺点，生产商往往将其做成夹网玻璃或者双层玻璃。这种玻璃窗多用于航空控制塔台、警亭、特殊仓库和特殊厂房等建筑中。

 

低E窗：双层玻璃有玄机

为了冬季保暖，中国北方的建筑物窗户一般由双层玻璃组成，中间由一层空气隔开，两层玻璃的间隔约为1.2厘米。低E窗便是一种双层玻璃窗。在制作低E窗的过程中，生产者会在两层玻璃之一的内表面上，加上一层低辐射薄膜涂层。涂层由多层金属或者金属氧化物组成。这种涂层极薄，一般仅有纳米级的厚度，可见光可以穿过涂层，而热辐射无法通过，因此室内的热辐射被低E窗的里层阻隔。在普通的双层窗户中，室内的热辐射会穿过两层玻璃间的空气层，辐射到外层玻璃，再由此耗散到室外。但是由于低E窗的低辐射涂层使热辐射难以到达空气层，热量在玻璃上聚集起来，最后又辐射回室内，这种现象就是低E窗的热镜效应。低E窗的热镜效应会将热量限制于室内，起到保温作用。

 

 

 

低E窗也经历了多次技术迭代。第一代低E窗由于其低辐射涂层采用真空淀积法形成，非常脆弱、易损坏，运输安装都不方便。后来，研究者发明了一种“热解”工艺，将低辐射材料注入到玻璃表层，使其强度大大提高，这样的低E窗可用于没有任何防护的场合，如屋顶窗、温室等。

低E窗虽然主要用于冬季保持建筑物内部的热量不外逸，但是，只要窗户不受太阳光的直射，其热镜效应在夏季也是十分有益的。炎热的夏天，由沥青路面、车辆、建筑物等发出的长波热辐射形成热浪，照在窗户上，低E窗会在热镜效应的作用下将热浪反射回室外。在阳光充足的地区，玻璃制造厂商常常将低辐射涂层和吸热玻璃或变色玻璃相结合，进一步减少阳光直射的热量进入室内。与普通双层玻璃窗相比，这种复合型低E窗的隔热性能增加了约50%。

最近，一种改进型低E窗也进入了节能窗市场，它的低辐射涂层不是敷于玻璃表面，而是敷于薄薄的聚脂膜片上，聚脂膜片则被置于两层玻璃框之间。这种设计增加了第二个空气层，隔热效果更好。从生产的角度来讲，处理柔性的聚脂塑料膜也要比处理玻璃容易得多。

 

气溶胶也能变出隔热窗

提到“气溶胶”你会想到什么？恐怕你很难将这三个字和隔热窗联系起来，但的确有一种节能窗就叫气溶胶隔热窗。

制造气溶胶隔热窗离不开二氧化硅。将透明的纯二氧化硅颗粒黏结在一起，使得颗粒之间形成许多直径仅有几纳米的微孔，这就是“气溶”，这种二氧化硅颗粒黏结物质被称为硅气溶胶。硅气溶胶中这些极为细小的微孔内充满了空气分子。由于微孔之间是相互隔绝的，因此其中的空气分子不能流通，这就阻隔了热量的传递。由于这些微孔的直径比可见光的波长还要小得多，不影响光线的通过，因此硅气溶胶是清澈透明的。将硅气溶胶夹进透明的硬塑料或者普通玻璃之间，使其结构稳定坚固，可用来制作较为理想的既隔热又透明的气溶胶窗户。

气溶胶隔热窗的阻热效率是普通双层玻璃窗的5倍，低E窗的3倍，所以采用这种窗户的建筑物冬暖夏凉，可节省许多空调用电。德国的一个太阳能研究所就利用了气溶胶隔热材料建造图书馆。图书馆整块墙面采用落地双层玻璃窗，夹层内填充了硅气溶胶，这使图书馆内温度舒适，光线充足而柔和。

 

自动调节“开关”的电致变色窗

自动调节“开关”窗采用了一种基于电致变色现象的最新技术。它可以自动地连续调节窗户的透明度和隔热系数，有着更加广泛的适应性。

自动调节“开关”窗是由多层结构的电致变色板做成的。变色板的最外层是透明的平板电极，实际上是极薄的导电膜。两个平板电极内各有一块活性材料板，两块活性材料板之间夹着一层电解质夹层，在没有电压作用的情况下，这三层是透明的。在两个平板电极上加上电压的时候，电解质中的一些离子会进入一块活性材料板中，使得这块活性材料板的透明度下降，呈现“关”的状态。当加上反向电压时，离子又从活性材料板中被拉出来，回到电解质夹层中，活性材料板恢复其清澈透明状态，即呈“开”的状态。这个过程可以反复重复400万次。

普通的电致变色板采用三氧化钨作为活性材料，电解质是氟化锂（或氟化铝）。当电解质中的锂离子在电压作用下渗入三氧化钨的时候，三氧化钨就由清澈透明转为蓝色。当电压反向的时候，锂离子回到电解质中，活性材料板又会呈透明状。

 

 

 红外图像显示窗户部分呈现蓝色，可见其温度更低

 

为了提高“开”“关”的明暗对比度，三氧化钨材料板对面的另一块活性材料板应具有和三氧化钨互补的电致变色特性，也就是在没有离子进入时是相对不透明的，吸收了离子后才变得更加透明，三氧化二铱就具有这样的特性。在电压的控制下，随着离子来回往返，两种活性材料协调一致地工作。当锂离子存在于三氧化钨中时，两种材料均变暗，相当于窗户关闭。当锂离子存在于三氧化二铱中时，两种材料均变亮，相当于窗户打开。采用钨铱结合的自动调节“开关”窗，“开”时可见光的透射率为68%，“关”时则降低到10%以下，开关的程度可由电压的大小来控制。

 

 

恒温器

 

然而，现有的电致变色材料（如三氧化钨）存在的问题是，当处于关闭状态时既阻挡光也阻挡热。这样一来，窗户只有在保持室内光线较暗时，才能保持其凉爽。进一步研究发现，目前所用的三氧化钨处于非晶状态，如果电致变色的活性材料采用结晶态的三氧化钨，则将具有更优越的性能。结晶态的三氧化钨能使可见光通过，并隔离热辐射。在没有离子的时候，结晶态的三氧化钨可以让可见光和热辐射同时通过；在离子浓度较高时，将反射热辐射而传送可见光，这样既能令室内光线充足又可保持凉爽；在更高的离子浓度水平下，则反射整个太阳光谱，可见光和红外线全部被阻隔。目前，这种材料正在开发之中。

电致变色窗可以用电来调节其开关，以适应室内热量需求的变化。例如，可将窗户的控制输入端和一个恒温器相连，室温上升时启动电源，控制窗户阻隔热辐射，以防止室内温度继续上升；反之，室温下降时，可调节窗户向室内传递更多热量。（陶诗秀）