CN114609840A - 一种电致变色智能液流窗 - Google Patents

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刘焕明
金先进
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Abstract

本发明公开了一种电致变色智能液流窗，涉及建筑节能围护结构技术领域。包括第一基板和第二基板，第一基板或第二基板为电致变色玻璃；密封胶，设置于所述第一基板和第二基板之间四周区域，密封胶与第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔；内置式分配管，至少部分设置于所述密封胶内，内置式分配管的至少部分区域暴露于第一密闭空腔；内置式分配管及第一密闭空腔中设有第一流体；本发明的优点在于提升原有液流窗的太阳能热利用率，调节室内温度，提升室内热舒适度，并使用户可以根据自身需求实时动态调节窗体的可见光透射率，保证室内光舒适，提升对室内隐私性的保护，减少内/外遮阳的使用并降低成本。

Description

一种电致变色智能液流窗
技术领域
本发明涉及建筑节能围护结构技术领域，具体地，是关于一种电致变色智能液流窗。
技术背景
在我国，建筑能耗占总能耗的比例接近40％，其中建筑的运行能耗，也就是我们平常的空调、采暖等电器的日常运行能耗就占到总能耗的25％。并且，建筑建造的碳排放是增长速度最快的一个领域。因此，在建筑内尽可能多的利用太阳能，并提升建筑围护结构的热工性能，是降低建筑能耗及碳排放的重要途径。
液流窗是一种新型的太阳能吸收式窗体，通过在玻璃夹层内通入流动的液体，吸收并利用太阳能预热热水，降低建筑内热水系统的能耗，并通过在玻璃夹层内通入流动的液体改变玻璃温度，提高室内热舒适度并降低建筑内空调系统的能耗。目前，液流窗内常用的流体有蒸馏水、染料、防冻液等。其中蒸馏水和防冻液的太阳能吸收系数较低，使得液流窗对太阳能的热利用效率较低，染料的太阳能吸收系数较高，但是无法根据用户需求实时动态调节染料浓度及对应的太阳能吸收系数和可见光透过率。所以，能根据用户需求实时改变玻璃的光学性质是改变液流窗整体光学性质的有效途径。
发明内容
鉴于以上背景技术，本发明提供一种电致变色智能液流窗，可以连续地、动态地通过改变电压来改变电致变色智能液流窗的着色率和窗体的光学性质(如可见光透光率、太阳辐射透过率、遮阳系数等)，用以提升传统液流窗对太阳能的热利用和建筑节能能力，同时满足用户对光舒适、热舒适、隐私保护等的个性户需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电致变色智能液流窗，包括
第一基板和第二基板，固定窗框，第一基板和第二基板相对设置于固定窗框中，第一基板或第二基板为电致变色玻璃，电致变色玻璃包括第一衬底、第一透明导电层、电致变色层、电解质层、离子储存层、第二透明导电层和第二衬底；固定窗框内设有电致变色玻璃的低压电源；电致变色玻璃的电致变色层材质为无机电致变色材料或有机电致变色材料；
密封胶，设置于第一基板和第二基板之间四周区域，密封胶与第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔；
内置式分配管，至少部分设置于密封胶内，内置式分配管的至少部分区域暴露于第一密闭空腔；内置式分配管具有进口端和出口端，进口端和出口端位于液流窗上部；内置式分配管及第一密闭空腔中设有第一流体；
作为优选的技术实施方案，电致变色玻璃的控制系统为线性控制系统。
作为优选的技术实施方案，第一衬底和第二衬底的材质为玻璃或塑料。
作为优选的技术实施方案，电致变色玻璃的电解质层材质为含锂无机化合物或有机聚合物。
作为优选的技术实施方案，内置式分配管设有分配孔，内置式分配管及第一密闭空腔能够通过分配孔进行流体交换。
作为优选的技术实施方案，内置式分配管由第一水平管、竖直管和第二水平管组成，其中竖直管与第二水平管一体成型，贯通连接。
作为优选的技术实施方案，分配孔设于第一水平管上朝向第一密闭空腔的表面上以及第二水平管朝向第一密闭空腔的表面上。
作为优选的技术实施方案，竖直管上设有第一开口，第一开口为第一流体的进口端，第一水平管上设有第二开口，第二开口为第一流体的出口端。
作为优选的技术实施方案，在密封胶顶部设有至少一个贯通型预留管，在贯通型预留管上设有可拆卸的密封塞。
本发明还提出了一种电致变色智能液流窗，包括
第一基板、第二基板、第三基板和第四基板，固定窗框，第一基板和第二基板相对设置固定于固定窗框中；第一基板或第二基板为电致变色玻璃，电致变色玻璃包括第一衬底、第一透明导电层、电致变色层、电解质层、离子储存层、第二透明导电层和第二衬底；固定窗框内设有电致变色玻璃的低压电源；电致变色玻璃的电致变色材质为无机电致变色材料或有机电致变色材料；
密封胶，设置于第一基板和第二基板、第二基板和第三基板，第三基板和第四基板之间四周区域，密封胶与第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔；
内置式分配管，至少部分设置于密封胶内，内置式分配管的至少部分区域暴露于第一密闭空腔；内置式分配管具有进口端和出口端，进口端和出口端位于液流窗上部；内置式分配管及第一密闭空腔中设有第一流体；
第二基板和第三基板相对设置于固定窗框中，与密封胶围合形成第二密闭空腔，在第二密闭空腔内填充空气或惰性气体；
第三基板和第四基板相对设置于固定窗框中，与密封胶围合形成第三密闭空腔，第三密闭空腔内通过第二流体。
其中，第一基板和/或第二基板和/或第三基板和/或第四基板可进行镀膜，如low-e镀膜，提升窗体的节能性；如减反射镀膜，降低窗户造成的光污染。
本发明相对现有技术取得了如下技术效果：(1)本发明提供一种电致变色智能高效液流窗，电致变色玻璃可通过改变电压来改变窗户透光率，耗电量一般低于0.5W/m2，为低能耗建筑组件。在着色态下，可见光及近红外光透过率低，替代建筑的内、外遮阳设备，降低眩光并提供更多的隐私保护，降低室内空调负荷；电致变色玻璃在褪色态下，可见光及近红外光透过率高，可减少冬季采暖的能耗。本发明采用电致变色玻璃来改进现有的液流窗，借助电致变色玻璃可在外加电场的作用下改变窗体光学性质的特点，使本发明中电致变色智能高效液流窗可以实现较高的太阳能光热利用效率，同时动态地调节进入室内的太阳辐射和可见光量，并保护隐私，实现建筑节能及室内光舒适、热舒适。
(2)本发明在密闭空腔内固定内置分配管，使第一流体在密闭空腔内均匀地受迫流动，较高流速的第一流体提高了太阳能的热利用率，可以预热更多的热水，减少建筑内热水系统的能耗。同时，由于设置内置式分配管，将第一流体的进口端和出口端设置于液流窗上端，不受第一流体静压力的影响，从而降低了漏液风险，延长了使用寿命。在液流窗顶部设置贯通型预留管，利用虹吸效应，可以方便排出第一流体。综上，本发明提供的液流窗有利于推动太阳能吸收式液流窗在建筑中的广泛应用，推动太阳能与建筑一体化技术的发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明内容，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例1和实施例2提供的一种电致变色智能液流窗的正视图；
图2为本发明实施例1提供的一种电致变色智能液流窗沿剖线A-A`的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的一种电致变色智能液流窗的结构示意图；
图4为本发明实施例1和实施例2提供的内置式分配管的正视图；
图5为本发明实施2例提供的一种电致变色智能液流窗的沿剖线A-A`的剖面结构示意图；
图6为本发明实施2例提供的一种电致变色智能液流窗的结构示意图。
附图标记说明：
101-第一窗框；102-第二窗框；103-第三窗框；104-第四窗框；201-第一基板；202-第一密闭空腔；203-第一流体；204-第二基板；205-密封胶；206-第二密闭空腔；207-气体隔热层；208-第三基板；209-第三密闭空腔；210-第二流体；211-第四基板；301-进口端；302-出口端；303-内置式分配管；304-第一水平管；305-竖直管；306-第二水平管；307-分配孔；308-贯通型预留管；309-密封塞；401-第一衬底；402-第一透明导电层；403-电致变色层；404-电解质层；405-离子储存层；406-第二透明导电层；407-第二衬底；408-低压电源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图及实施例对技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”“下”“左”“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例1
如图1-2所示，一种电致变色智能液流窗，包括
包括第一基板201和第二基板204，第一基板201和第二基板204相对设置，还包括固定窗框，用于固定第一基板201和第二基板204；固定窗框通常由四个窗框边组成，包括位于上侧的第一窗框101，位于左侧的第二窗框102，位于下侧的第三窗框103和位于右侧的第四窗框104，第一基板201或第二基板204为电致变色玻璃；
包括密封胶205，设置于所述第一基板201和第二基板204之间四周区域，密封胶205与第一基板201及第二基板204围合形成第一密闭空腔202，第一基板201和第二基板204间距即第一密闭空腔的厚度为10-100mm。可根据指定气候区的气象条件，以实现电致变色智能液流窗的热水系统和空调系统等的综合节能率最高为优化目标获得某个优化间距值。
如图2-3所示，本实施例中，第一基板201为电致变色玻璃，其结构包括第一衬底401，第一透明导电层402，电致变色层403，电解质层404，离子储存层405，第二透明导电层406，第二衬底407，电致变色玻璃的低压电源408放置在固定窗框的第三窗框103内，在电场作用下动态调节窗体光学性质，实时满足用户对室内自然光照度、室内热舒适度、隐私保护等的需求，缓解城市光污染。
优选的，第一基板201即电致变色玻璃的电致变色层403的电致变色材料可以为无机电致变色材料或有机电致变色材料。其中，无机电致变色材料可选用三氧化钨，有机电致变色材料可选用紫罗精类，也可以选用聚噻吩类及其衍生物、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。第一基板201即电致变色玻璃的电解质层404采用以含锂无机化合物或有机聚合物的电解质。第一衬底401和第二衬底407的材质可以选用玻璃或塑料基材。
优选的，第一基板201即电致变色玻璃的控制系统是线性控制系统。当器件两端没有电压时，电致变色层403为无色，当器件两端加上电压后，电致变色层403染色。第一基板201的电致变色玻璃的光学性质可以随着季节和一天内时间的变化、按照用户对室内照度、太阳辐射热量、温度、隐私等的实际需求进行动态控制。
如图1、图2、图4所示，包括内置式分配管303，设于第一密闭空腔202内，内置式分配管303至少部分设置于密封胶205内，至少部分区域暴露于第一密闭空腔202内；内置式分配管303具有进口端301和出口端302，进口端301和出口端302位于液流窗的上部。
如图4所示，内置式分配管303包括沿第一窗框101设置的第一水平管304，沿第四窗框104设置的竖直管305，和沿第三窗框103设置的第二水平管306，其中竖直管305与第二水平管306一体成型，贯通连接。竖直管305上设有第一开口，为第一流体203的进口端301；第一水平管304上设有第二开口，为第一流体203的出口端302。
优选的，在第一水平管304和第二水平管306上，设有分配孔307，分配孔307分别设于朝向第一密闭空腔202的第一水平管304和第二水平管306的表面。需要说明的是，上述分配孔307的数量不做限定，图中仅是给出示意。分配孔307的形状根据需求设计形状，如圆形或矩形。分配孔307的最优孔径大小、最优孔径间距根据不同应用场合、不同气候区进行核算后确定。
在内置式分配管303中设有第一流体203，通过分配孔307实现第一密闭空腔202和内置式分配管303进行流体交换。第一流体203从进口端301进入，从出口端302流出。第一流体203可以是水、防冻液或纳米流体等可以强化换热的流体，收集太阳能热能的作用，预热建筑内热水系统内的热水；也可以是特定颜色或荧光的、性能稳定的、无毒的染料溶液，满足用户对幕墙外观审美、室内遮阳等需求。
如图4所示，优选的，为使第一流体203顺利排入和排出第一密闭空腔202，在第一窗框101密封胶205内固定贯通型预留管308，贯通型预留管308上、下两端开口，两侧分别与第一水平管304和竖直管305连接，如焊接。贯通型预留管308用密封胶205固定于第一基板201和第二基板204之间。在贯通型预留管308上设有密封塞309，在液流窗开始启用时，第一流体203通过第二水平管上306的分配孔307充入第一密闭空腔202。
在液流窗停止运行且需要转换成中空玻璃窗时，移除密封塞309，保持贯通型预留管308畅通并插入移液软管，第一流体203通过虹吸效应排出第一密闭空腔202。其余工况下，密封塞309置于贯通型预留管308内，防止第一流体203蒸发损失或氧化变质。所述的虹吸效应，是使用移液软管，在移除密封塞后，穿过贯通型预留管308插入第一密闭空腔202的底部，借助第一流体203分子间存在的引力与位能差能，第一流体203会由压力大的一边流向压力小的一边。将第一密闭空腔202内第一流体203排出时，外部存储第一流体203的容器放置高度低于液流窗。
本实施例中，密封塞309的材质应选取轻软且富有弹性的、做过防老化处理的橡胶。内置式分配管303和贯通型预留管308的材质选用传热系数较高的铜管，内置分配管303表面需做防锈蚀处理且使用寿命不低于第一基板201和第二基板204的使用寿命。
第一流体203的流向可以是单向，如从下到上，也可以是多向。优选的，第一流体203受迫流动时，所需动能由水泵提供，在进口端301外连接水泵。第一密闭空腔202内承受的压力包括大气压力、第一流体203产生的静压压力、第一流体203流动产生的动态压力。其中第一流体203产生的静压压力起主导作用，因此本实施例中含内置式分配管303的液流窗承受的压力相对稳定，漏液风险低，使用寿命长。
需要说明的是，第一流体203的温度可根据用户需求为高于或低于室内温度的指定温度，满足用户对室内热舒适的要求。在室外温度低于某一设定值时，如在冬天，第一密闭空腔202内的第一流体203可以高于室内温度，此时窗体可以对室内进行热辐射，提升室内热舒适度。
第一基板201和/或第二基板204可进行镀膜，如low-e镀膜，提升窗体的节能性，如减反射镀膜，降低窗户造成的光污染。
第一基板201或第二基板204可以是隔热的真空玻璃，提升窗体的保温性，还可以选用除玻璃外的其他材质。
本发明所述一种电致变色智能液流窗的太阳能热能效率不低于35％。
在室外温度高于某一设定值时，如在夏季，第一基板201即电致变色玻璃处于着色态，可见光及近红外光透过率低，可以降低夏季空调的负荷。同时，第一密闭空腔202内的第一流体203的温度可低于室内温度，此时窗体可对室内进行冷辐射，提升室内热舒适度并降低建筑内空调系统的能耗。多个电致变色智能液流窗串联连接时，最终出口处的第一流体203温度升高，可通过不同换热方式，如换热器间接换热，来预热热水，降低建筑内热水系统的能耗。因此，本发明一种电致变色智能液流窗可实现室内热舒适，同时实现建筑内空调系统和热水系统的节能。
在室外温度低于某一设定值时，如在冬天，第一基板201即电致变色玻璃处于褪色态，可见光及近红外光透过率高，可减少冬季采暖的能耗。同时，第一密闭空腔202内的第一流体203可以高于室内温度，此时窗体可以对室内进行热辐射，提升室内热舒适度。本发明所述一种电致变色智能液流窗可与节能系统，如地源热泵系统、空气源热泵系统、水源热泵系统、太阳能系统等结合，加热第一密闭空腔202内的第一流体203，亦可与耗能系统，如电加热系统等结合，提升第一密闭空腔202内的第一流体203的温度。
在室外温度低于某一设定值时，如在冬天，第一密闭空腔202内的第一流体203可在虹吸效应的作用下从贯通型预留管308排出，使得第一密闭空腔202内充满空气层，将电致变色智能液流窗转换为中空玻璃窗，实现建筑保温。第一密闭空腔202内也可以充入惰性气体层，进一步强化窗体的冬季保温能力。本发明一种电致变色智能液流窗适合太阳能与建筑一体化应用。
实施例2
如图1和图5，一种电致变色智能液流窗，包括
第一基板201、第二基板204、第三基板208和第四基板211，第一基板201和第二基板204相对设置，还包括固定窗框，用于固定第一基板201、第二基板204、第三基板208和第四基板211；固定窗框通常由四个窗框边组成，包括位于上侧的第一窗框101，位于左侧的第二窗框102，位于下侧的第三窗框103和位于右侧的第四窗框104，第一基板201或第二基板204为电致变色玻璃；
包括密封胶205，设置于第一基板201和第二基板204，第二基板204和第三基板208，第三基板208和第四基板211之间四周区域，密封胶205与第一基板201及第二基板204围合形成第一密闭空腔202，第一基板201和第二基板204间距即第一密闭空腔的厚度为10-100mm。可根据指定气候区的气象条件，以实现电致变色智能液流窗的热水系统和空调系统等的综合节能率最高为优化目标获得某个优化间距值。
如图5和图6，本实施例中，第一基板201为电致变色玻璃，其结构包括第一衬底401，第一透明导电层402，电致变色层403，电解质层404，离子储存层405，第二透明导电层406，第二衬底407，电致变色玻璃的低压电源408放置在固定窗框的第三窗框103内，在电场作用下动态调节窗体光学性质，实时满足用户对室内自然光照度、室内热舒适度、隐私保护等的需求，缓解城市光污染。
优选的，第一基板201电致变色玻璃的电致变色层403的电致变色材料可以为无机电致变色材料或有机电致变色材料。其中，无机电致变色材料可选用三氧化钨，有机电致变色材料可选用紫罗精类，也可以选用聚噻吩类及其衍生物、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。第一基板201电致变色玻璃的电解质层404采用以含锂无机化合物或有机聚合物的电解质。
如图4，包括内置式分配管303，设于第一密闭空腔202内，内置式分配管303至少部分设置于密封胶205内，至少部分区域暴露于第一密闭空腔202内；内置式分配管303具有进口端301和出口端302，进口端301和出口端302位于液流窗的上部，在内置式分配管303中设有第一流体203。
如图6，第二基板204和第三基板208相对设置，与密封胶围合形成第二密闭空腔206，在第二密闭空腔206内填充空气或惰性气体或维持真空状态，形成气体隔热层207，实现对建筑物的保温隔热效果。
第三基板208和第四基板211相对设置，与密封胶围合形成第三密闭空腔209，第三密闭空腔209内通过第二流体210，第二流体210可依据用户热舒适需求实时调整温度，主要实现室内热舒适和空调系统节能。
其中，第一基板201和/或第二基板204和/或第三基板208和/或第四基板211可进行镀膜，如low-e镀膜，提升窗体的节能性；如减反射镀膜，降低窗户造成的光污染。
无需进一步详细说明，相信本领域技术人员可以使用本文描述最大程度地利用本发明。这里所描述的实施例应被解释为说明性的，而不是以任何方式限制本发明的其余部分。虽然已经示出和描述了实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和教导的情况下对其进行许多变化和修改。因此，保护范围不受上述说明的限制，而是仅受专利要求的限制，包括专利要求主题的所有等同物。

Claims (10)

1.一种电致变色智能液流窗，其特征在于，包括
第一基板和第二基板，固定窗框，所述第一基板和第二基板相对设置于所述固定窗框中，所述第一基板或第二基板为电致变色玻璃，所述电致变色玻璃包括第一衬底、第一透明导电层、电致变色层、电解质层、离子储存层、第二透明导电层和第二衬底；所述固定窗框内设有所述电致变色玻璃的低压电源；所述电致变色玻璃的电致变色层材质为无机电致变色材料或有机电致变色材料；
密封胶，设置于所述第一基板和第二基板之间四周区域，所述密封胶与所述第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔；
内置式分配管，至少部分设置于所述密封胶内，所述内置式分配管的至少部分区域暴露于所述第一密闭空腔；所述内置式分配管具有进口端和出口端，所述进口端和出口端位于所述液流窗上部；所述内置式分配管及所述第一密闭空腔中设有第一流体。
2.根据权利要求1所述的一种电致变色智能液流窗，其特征在于，所述电致变色玻璃的控制系统为线性控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种电致变色智能液流窗，其特征在于，所述第一衬底和所述第二衬底的材质为玻璃或塑料。
4.根据权利要求1所述的一种电致变色智能高效液流窗，其特征在于，所述电致变色玻璃的电解质层材质为含锂无机化合物或有机聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种电致变色智能高效液流窗，其特征在于，所述内置式分配管设有分配孔，所述内置式分配管及所述第一密闭空腔能够通过所述分配孔进行流体交换。
6.根据权利要求1所述的一种电致变色智能高效液流窗，其特征在于，所述内置式分配管由第一水平管、竖直管和第二水平管组成，其中所述竖直管与所述第二水平管一体成型，贯通连接。
7.根据权利要求5或6所述的一种含内置式分配管的液流窗，其特征在于，所述分配孔设于所述第一水平管上朝向所述第一密闭空腔的表面上以及所述第二水平管朝向所述第一密闭空腔的表面上。
8.根据权利要求6所述的一种含内置式分配管的液流窗，其特征在于，所述竖直管上设有第一开口，所述第一开口为所述第一流体的进口端，所述第一水平管上设有第二开口，所述第二开口为所述第一流体的出口端。
9.根据权利要求1-6中任一项的一种含内置式分配管的液流窗，其特征在于，在所述密封胶顶部设有至少一个贯通型预留管，在所述贯通型预留管上设有可拆卸的密封塞。
10.一种电致变色智能液流窗，其特征在于，包括
第一基板、第二基板、第三基板和第四基板，固定窗框，所述第一基板和第二基板相对设置于所述固定窗框中；所述第一基板或第二基板为电致变色玻璃，所述电致变色玻璃包括第一衬底、第一透明导电层、电致变色层、电解质层、离子储存层、第二透明导电层和第二衬底；所述固定窗框内设有电致变色玻璃的低压电源；所述电致变色玻璃的电致变色材质为无机电致变色材料或有机电致变色材料；
密封胶，设置于所述第一基板和第二基板、第二基板和第三基板，第三基板和第四基板之间四周区域，所述密封胶与所述第一基板及第二基板围合形成第一密闭空腔；
内置式分配管，至少部分设置于所述密封胶内，所述内置式分配管的至少部分区域暴露于所述第一密闭空腔；所述内置式分配管具有进口端和出口端，所述进口端和出口端位于所述液流窗上部；所述内置式分配管及所述第一密闭空腔中设有第一流体；
所述第二基板和所述第三基板相对设置于所述固定窗框中，与所述密封胶围合形成第二密闭空腔，在所述第二密闭空腔内填充空气或惰性气体；
所述第三基板和所述第四基板相对设置于所述固定窗框中，与所述密封胶围合形成第三密闭空腔，所述第三密闭空腔内通过第二流体。
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