今日，清华大学建筑学院林波荣教授团队在Cell旗下综合性新期刊《Cell Reports Physical Science》发表题为“Applications of thermochromic and electrochromic smart windows: Materials to buildings”的综述论文，该论文报道了热致变色和电致变色智能窗在材料和建筑领域的应用进展，为促进学科交叉、挖掘智能窗的建筑节能潜力提供了新思路和参考。

Cell Reports Physical Science（CRPS）是Cell Press推出的物质科学领域高水平定位的优质开放获取期刊，致力于报道化学、能源、材料和物理等整个物质科学领域的高质量研究成果和交叉学科领域中的重大前沿研究进展。

热致变色和电致变色智能窗因具有动态调节光和热的能力而受到越来越多的关注。当前智能窗在材料领域的研究重点是材料的制备和性能的提高，但最终目标是落地于实际应用并实现建筑节能。近年来关于智能窗的综述大多聚焦于材料选择和制备，有的综述仅在展望里提及了未来建筑应用面临的机遇和挑战，缺乏对智能窗实际应用性能的关注。

本文回顾了热致变色和电致变色材料技术的发展，并整理了与智能窗相关的建筑实验和模拟研究。为了实现智能窗技术从材料到建筑的接轨和过渡，研究团队基于建筑应用的视角提出了理想智能窗的性能调节概念，并进一步讨论了现有技术在不同地区的适用性分布。基于热致变色和电致变色智能窗不同的作用逻辑，讨论了两者之间的差异和一致性；并分别探讨了材料和建筑领域对智能窗的性能要求。

热致变色和电致变色智能窗均有望应用于建筑，但两者的作用逻辑完全不同。热致变色智能窗属于被动式技术，影响其应用效果的主要因素是气候条件，而电致变色智能窗属于主动式技术且其应用效果取决于变色控制策略。本文详细讨论了两者的适用性差异。此外这两种技术也具有一致性，体现为（1）都应该提升其动态调节性能；（2）在未来发展中都应该关注建筑应用综合性能的评价。

本文指出，理想智能窗的动态调节性能表现为LSG（光热比，表征智能窗的采光与遮阳性能）和K（传热系数，表征智能窗的保温隔热性能）的独立可调，使其能够满足一年中任何时间的需求。如下图所示，对于采光与遮阳性能，应首先保证尽可能高的可见光透过率，进一步通过调节近红外透过率以改变0.25-2.5μm之间的太阳辐射透过率来调节LSG。对于保温隔热性能，首先通过多层窗结构和填充惰性气体来保持较低的K值，进一步通过改变窗户在2.5-25 μm长波辐射波段的表面发射率来调节K。

理想智能窗的动态性能调节概念

窗户所在的建筑外立面作为连接室内和室外环境的纽带，对建筑能源性能、室内环境营造、人员舒适度等均有重要影响。理想的自适应外立面可以定义为能够最大限度减少总能源使用，同时能够调整其光热特性来提高室内环境质量水平以满足人员舒适度的立面。因此本文提出，智能窗的性能评价不应只关注其节能性能，还应全面评估其光热环境营造性能和人员舒适性能，以建立综合性能评价体系。

智能窗的综合性能评价体系

材料技术发展的最终目标是实现大规模可靠的应用，材料领域应该在热致变色与电致变色材料性能优化、稳定性提升、大规模制备技术等方面取得更大突破，同时满足建筑领域对隔热保温、采光遮阳、室内环境营造、视觉舒适和热舒适、防眩光等的要求。研究团队在文章中整理了上述性能要求及相应的评价指标。在智能窗的发展中，材料和建筑的角色是相互交叉和促进的，弥合材料与建筑学科之间的鸿沟，促进学科交叉，是未来进一步推动智能窗应用、挖掘其节能潜力的关键。
清华大学建筑学院2021级直博生武双对为第一作者，林波荣教授和四川大学建筑与环境学院孙弘历副研究员为通讯作者。四川大学建筑与环境学院、清华大学建筑学院、清华大学生态规划与绿色建筑教育部重点实验室、华南理工大学建筑学院亚热带建筑科学国家重点实验室为共同署名单位。该研究得到了国家自然科学基金重点项目（52130803）、国家杰出青年科学基金项目（51825802）和国家自然科学基金创新研究群体项目（51521005）的支持。
论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101370全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423001388

供稿：武双对

审核：林波荣

编辑：李耀武