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                智能调光?玻璃在中国的发展前瞻解析(2)
                2018-11-30

                 裴世铀博士在2017FCD上发?表主题演讲

                  玻璃具有优异的透光性,可以提供广阔的视野,但是?同时也让太阳热量进入室内,造成巨大的能量浪费。为了减少阳光直射,人们普遍采用的传统的内/外遮阳的方式。内遮阳,比如各种材质的窗帘,仅遮挡了已经透过窗户进入室内的阳光,由于能量已经进入室内,所以节能效?果有限。外遮阳?装置,尤其是电动外遮阳,节能效果优于内?遮阳,但是大部分外遮阳产品很难?避免可靠性差、寿命短以及清洗困难的弊端。而且,这种方?式影响了建筑本身应该具有的简洁美,而且也限制了使用者的视野。

                  除了传统的机械式遮阳,一?种新兴的电子遮阳玻璃产品正在走进市场。其结合了玻璃材料和电子电控领域的*新技术,可以在玻璃?上实现遮阳、隐私、节能的智能化。这种?黑科技代表了玻璃未来的发展方向,可以应用于智能建筑和智能汽车领域,达到智能遮阳、智能隐私的效果。在建筑领?域,智能玻璃可以取代外遮阳,同时提供?宽广的视野、节能效果以?及科技美学?。装有智能玻璃的汽车会有更?好的隐私和节能效果,配合微?电路,还能实现及时报警等安全性能。目前,奔驰的部分高端车型已经配置了智能玻璃。

                  根据功能实现的方式,可以将智能玻璃分为被动式和主动式两种。被动式智能玻璃主要包?括热致变色和光致变?色。其中的典型代表是五氧化二钒材料,在?特定温度下其晶体结构由单斜转变为金红石四方?晶结构,并随之发生光学性能的变化。被动式智能玻璃的优点是,无需外界电源驱动、安?装简单方便,缺点是在变色?前后的透过率差值较小,且变色所需的温度范围较宽?,所以容易发生夏季正常变色但是?冬季变色不?明显的问题。

                  相比于被动式智能玻璃,主动式的智能玻璃因为结合了电子电控技术,可以随心所?欲的实现主动控制,并且与物联网、光热传感器等概念进行结合,实现自主的智能调控。虽然难以避免略显繁琐的电路安装,但是主动式?的智能玻璃具有更加优秀的智能、节能和变化效果。

                  主动式智能玻璃主要包括三种技术:聚合物(词条“聚合物”由行业大百?科提供)分散液晶(PDLC)、悬浮粒子(SPD)以及电?致变色(EC)。PDLC是液晶以微米量级的小微滴分散在有机固态聚合物基体内,由于由液晶分子构成的小微滴的光轴自由取?向?,其折射率与基体的折射率不匹配,当光通过基?体时被微滴强烈散射而呈现不透明的乳白状态或?半透明状?态。施加?交流电场可调节液晶微滴的光轴取向,当基体和微滴折射率相匹配时,呈现透明态。除去电场,液晶微滴又恢复*初的散光状态,从而实现调光。PDLC产品主要用于室内隐私墙,目前国内已经?有20家左右的PDLC膜生产及销售?企业。

                  SPD技术的工作原理如下,将具有取向?光吸收特性的粒子分散在悬浮液中,断电时由于布朗运动粒子随机排布,可以吸收99%以上的可见光。当SPD膜被施加110V的交流电?压时,粒子在电场?的作用下发生取向排列,进而光线得?以透过。

                  电致变色(EC)技术,这里指已经实现产业化的全固态电致变色技术?。玻璃基板上镀有若干?三明治结构的功能层,上下导电(词条“导电”由行业大百?科提供)层之间夹有电致变色层、离子导体(IC)层和离?子储存层。以国外市场上常用的电致变色材料三氧化钨为例,在透明状态下,三氧化钨变色层为空心立方结构,该结构下,只吸收?少量的可见和红外光。在+3V直流低压的驱动下,锂离子进入三氧化钨的晶格,形成实心立方结?构。该结构下,EC玻璃可以吸收98%以上的可见光和99%以上的?红外光,从而可以实现对可见和红外光的调节。改变施加电压?的方向?,锂离子可以可逆地掺杂或者去掺杂,进而实现EC膜着色褪色的循环。

                  电致变色(EC)玻璃功能实?物演示

                  对于?这三种技术,我们用智能玻璃*重要的三个性能来进行比较:调光、隔热和隐私。PDLC只有透明和散射两种状态,没有?中间态,而SPD和EC在透明和着色态之间连续可调。PDLC依靠微滴和基底的折射率差异?将光线散射开,因此可以完全阻挡视?线,具有良好的隐私保护效果,但是不能有效阻挡?散射开的红外线和可见光透过玻璃进入室内,所以其隔热效果非常有限。国内市场上SPD的产品很少,我们通过?查阅科技文献了解其光学参数,在着色状?态下,其可见光和红外光透过率分别是0.7%和27.4%,在透?明状态下分别为65%和77.6%。EC在着色状态下可以阻挡绝大?部分的可见和红外光,因此在该状态下具有极强的遮阳性能;在透明态时,60~70%的可见光以及30~40%的红外光可以透过EC玻璃进入室内,适用于冬季采光和日晒取暖。SPD和EC技术具有良好?的隔热效果,虽然阻挡了绝大部分的可见光,但是由于人眼的高度敏感,百分?之零点几的可见光仍然不能完全阻挡视线。因此在某些场合下,比如夜晚从室外透过SPD或者EC窗往室内看,仍然可?以看到室内的模糊影像,所以其隐私功能是有限的。

                  电致变色(EC)玻璃功能的动图演示

                  我们将收集到的数据整合?成下表,因为有些数据的?时效性难以把握,不排除未知的*新产品有更好性能,所以仅供大家参考:

                  通过该表的对比我们可以发现,PDLC具有良好的隐私效果,但不具有遮阳隔热能力,适用于室内隔断浴室等隐私?保护应用。SPD能够?快速实现透明与深蓝色之间的转换,所以在汽车领域有较好的应用前景,但是目前SPD技术以及知识?产权目前被Research Frontier公司**垄断,所以价格居高不下。相比之下,EC技术的优势可以归结为以下几点:

                  1. 连续可调的可见、红外光透过率与遮阳系数,且具有较宽?的变化范围。

                  2. **的直流低压驱动?方式,远低于人体安全电压36V,更适合于电?子产品与车载电源。

                  3. 全?无机材料带来的较长寿命。

                  国外的各种EC应用实例显示,在绝大部分应用场合,比如建筑幕墙、门窗以及汽车车窗等,分钟级别的变色速度目前可以被接受。再?加上相比于SPD技术,EC知识产权的非垄断性应该?会带来更大市场规模、更亲民的价格以及更快发展节奏。综上所述,我们?认为三种技术中,EC技术是当下*具市场发展潜力的智能玻璃技术。

                  EC玻璃自身具有优异的调光和隔热效果,也可以进一步加工成夹胶或中空玻璃。美国ViewInc在迈阿密、亚特兰大、纽约、凤凰城以及旧?金山搭建了同尺寸、同朝向、同条件的EC样板房和Low-E玻璃样板房,进行节能效果对比。结果发现,相比于Low-E,EC平均每年节省了?27%的空调?制冷容量,用电总能耗平均降低20%。

                  我们有理由相信,事实上我们也正在为之努力,EC智能玻璃将在10年之内逐渐走进中国的千家万户。我国的夏热冬暖地区、夏热冬冷以及温和地?区非常适合EC玻璃?的使用。值得一提的是,合肥威迪变色玻璃有限公?司生产的单片EC玻璃能够满足被动房在以上区域对太阳红外热能总透射比gIR和太阳能总透射比g的要求。

                  在寒冷以及严寒区域,EC玻璃的节能效果主要体现在透明?态允?许可见光和红外光进入室内,不妨碍冬季通过日晒取暖。不过整?体来说,EC玻?璃在夏热冬暖地区、夏热?冬冷以及温和地区可以更有效的发挥自身的隔热节能效果。

                    为了对智能窗的节能效果有更深入的理解,我们请中国科学技术大学孙炜教授对EC智能玻璃进行了模拟和计算,以期能够?为设计师提供EC窗节能效?果和其朝向之间关系的参考。模拟房间设定处于合肥市的气候?环境(夏热冬冷),窗墙比为0.8,天窗开窗比为87.5%。计算结果显示,天窗采用EC窗可?以减少55%的空调制冷量,东西朝向节约的制冷量分别是42%和44%,朝南的EC窗为38%。该结果表明,EC智能窗*适合用于天窗、采光顶等长时间接?受日晒的区域,在东西方向直接面对日晒,以及向阳但是带有一定角度的南向,也有很好的节能效果?。阳光房,原本用来享?受阳光,亲近自然,却因为强烈的日晒导致空调都无法实现制冷控温,闷热让人不得不放弃这份通透的浪漫。如果阳光房使用EC玻璃,即便是盛夏的午后,人们也可以享受EC技术带来的阴?凉惬意。结合Wifi和物联网,我们可?以用手机、电脑对EC玻璃实现远程控制,甚至可以为高楼大厦披上动态的?外衣。

                  EC技术本身具有较好的节能效果与智能优势,这种技术会不会快速发展,能不能给世界给中国带来?新的变化显得尤为重要。EC智能玻璃率先在国外发展起来,法国?圣戈班控股的Sage公司在2014年率先实现了量产。

                  在国内,EC玻璃吸引了?各大学、科研院所、企业的?广泛的关注和投入。中国科技大学的徐春叶教授是电致变色学术界的领军人物,国家“千人计划”专家、中科院“百人计划”入选者,其参与发明的电致变色材料已在波音787飞机舷窗上使用。宁波祢若电子于2014年建设了?国内第一条量产的基于EC技术的?汽车防眩后视镜生产线,产品已经进入了汽车后装及前?装市场。浙江上方电子?,在2014年底研制成功****块全固态电致变色?智能玻璃样品(尺寸370*470 mm),目前在销售电致变色玻璃设备。中建材集团、南玻集团也正在研发EC智能玻璃的相关产品。合肥威迪变色玻璃?有限公司致力于电致变色智能玻璃的产业化和在中国的普及。公司核心团队包括国家“千人计划”特聘专家、省百?人计划专家、美国硅谷产业化专?家、**工程师等专家。合肥威迪已经建成国内首条幅宽1.5米,年产能10万平方米的智能玻璃产线。其产品和同尺寸(300*300 mm)的美国产品进行了性能对比,变色时间、可见光、红外光、紫外光透过率以及遮阳系数等关键指标处于相同水?平。


                  除了建筑?领域以外,交通是EC玻璃第二大的应用市场。据统计,2016年生产?的汽车和高铁分别为2800万辆和3474列。我国政府正在大力推广电动汽车及智能汽车,所以我们相信节能智能的EC交通玻璃有巨大的发展?潜力。

                  智能调光玻璃亮相上海展会裴世铀博士向中国建筑金属结构协会副秘书长?黄圻介绍智能调光玻璃

                  2017年对EC玻璃来说是一个起飞点,除了节能需?求,智能化浪潮更是强?力助推了智能玻璃产业的发展。美国Sage、View和KTI/AGC纷纷投入巨资开始建造新的产线以抢占全球市场。我国也迎来了EC玻璃**规模化应用,1700平方米北京腾讯大楼采光顶。我国的第一条电?致变色生产线也在年内?将在合肥投产。所有?的现象都表明,一场静悄悄地革命正在到来,那就是玻璃?也要智能化!


                上海灏图装饰有限公司

                调光玻璃 | 雾化玻璃 | 通电玻璃 |调光膜(玻璃)|办公隔断


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                智能电控调光玻璃是一款夹层玻璃,它由两层玻璃中?间夹着一层高分子聚?合物液晶膜(俗称调光膜),使?用特殊工艺胶合成型。    作为调光膜的生产厂家,我们经常会接到有意向的客户咨询制作调光玻璃的方法。有的?人认为生产调光玻璃很容易,殊不?知有很多公司屡屡尝试却总是失败。国内能生产调光膜?的厂家****,生产质量稳定的调光玻璃的公司也不多。使用?的调光膜原膜不一样,各公司对于制作调光玻璃的方法有所区别,主要有以下三大方法。    1.一步真空成型法。    其设备结构和加工工艺看?似简单,但在实际操作过程中对温度控制精度的要?求很高,稍有不慎就会出现气泡、开胶、雾?度大等问题。由于生产调光玻?璃跟普通的夹胶玻璃、夹丝玻璃大不相同,其生产成本较高,容不得超过百分之一的加工废品率,所以技术能力达不到**控制的企业,一般不敢用此法生产调光玻璃。目前国内?掌握“一步法”调光玻璃加?工精髓的厂家非常少,但采用?此方法做出的调光玻璃成品使用寿命长,性能相对稳?定。我公司即采用这种方法。    2.高压釜加工。    高压釜加工的前道工艺实际类似一步法加工,后期才用高压釜高压高温成型。高压釜加工可有效避?免气泡??,开?胶等现象,但缺点也是显而易见,由于高压釜成?型的玻璃承受的压力2倍?于一步法真空成型,而调光玻璃的主要夹层材料导电薄膜会因收缩率大造成的导电镀层断?裂或电阻率加大,使调光玻璃成品的性能和?使用寿命大大缩短。高压釜设备的成本较高,损耗也较大,适合大批?量夹层玻璃的生产。但高压釜成型法用于调光玻璃的?设备必须专用,**适合调光?玻璃的特性,遗憾的是目前国内极少厂家是专用,大部分是和常规夹层玻璃混用,高压釜频繁的参数调整既保证不了调光玻璃的参数要求,也容易损坏设备。 考虑到智能电控调光?玻璃中的液晶膜在生产过程中的耐温性与耐压性,不建议用高温高压釜进行加工?。   3.水浴法。    水浴法是将密封的?夹具浸入100度的水槽中,是各种加工工艺温度*准确和均?匀的,但夹具的制造难度非常大,目前只有?日本厂家采用。    以上三种方法各有各的优缺点,生产的产品质量不一?样。从掌握的难?度来说第一种的难度较低,也更为?成熟,有兴趣的公司可以尝试。

                原理:当调光玻璃关闭电源时,电控调光玻璃里面的液晶分子会呈现不规则的散布状态,此时电控?玻璃呈现透光而不透明的外观状态;当?给调光玻璃通电后,里面的液晶分子呈现整齐排列,光线可以自?由穿透,此时调光玻?璃瞬间呈现透明状态。工艺:调光玻璃是一款将液晶膜复合进两层玻璃中间,经高温高压胶合后一体成型的夹层结构的新型特种光电玻璃产?品。使用者通过控制电流的通断与否控制玻璃的透明与不透明状态。

                产品性能1. 隐私保护功能:智能调光玻璃的主要?功用是隐私保护功能,可以随时控制玻璃的透明不透明状态。2. 投影功能:智能调光玻璃还是一款非常优秀的投影硬屏,在光线适宜的环境下,如果选用高流明投影机,投影成像效果非常清晰出众。3. 具备安全玻璃的优?点,包括破裂后防止碎片飞溅的安全性能,抗打?击强度好。4. 环保特性:调光玻璃中间的调光膜及胶片可?以隔热、阻隔99%以上的紫外线及98%以上的红外线。屏蔽部分红外线减少热辐射及传递。而屏蔽紫外线,可保护室内的陈设不?因紫外辐照而出现退色、老化等情况,保护人员不受紫外线直射而引?起的疾病。5. 隔音特性:调光玻璃中间的的调?光膜及胶片有声音阻尼?作用。可部分阻隔噪音。

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