​【科教在线】第75期：我校建筑与交通工程学院人居环境科研团队张姝副教授分别在能源和建筑领域顶级期刊发表高水平学术论文（图）

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近日，我校建筑与交通工程学院人居环境科研团队张姝副教授在智慧节能窗光热调控领域取得重要进展，其在能源领域国际顶级期刊《Energy》（IF：9.0，中科院分区：1区Top）发表论文“Photothermal performance investigation of a reversible window combining paraffin and silica aerogel”，同时在清华大学主办的建筑环境领域国际权威期刊《Building Simulation》（IF：6.1，中科院分区：1区）发表论文“Thermal performance evaluation of an innovative window incorporated with nano-enhanced PCM, reversible design and ventilation”。张姝副教授为论文第一作者，其硕士研究生刘建炜和何恩智为两篇论文的第二作者，我校为论文第一完成单位。

1.《Energy》新型相变隔热翻转窗光热性能研究

图1：翻转窗结构及工作原理

图2：五种玻璃窗结构的能耗比较（a）夏季（b）冬季

图3：不同PCM熔化温度的RPSTW能耗比较（a）夏季（b）冬季

随着“双碳”目标的持续推进，如何提升建筑外围护结构在不同季节和气候条件下的热工性能，已成为绿色建筑领域的重要课题。针对传统相变玻璃窗夏季过热、冬季蓄热不足以及隔热性能有限等难题，论文提出了一种融合石蜡相变材料与二氧化硅气凝胶的可翻转三层玻璃窗结构（RPSTW），并采用开发的CFD模型，从热舒适性、能效性、光学性能以及季节适应性角度开展了系统性的数值模拟分析。研究对比了五种玻璃窗结构在夏冬季典型日下的热行为，明确了石蜡与气凝胶协同作用机制与最优排列顺序，分析了相变温度与厚度比对节能效果的跨季节影响，采用双厚度法系统评估了窗体在不同厚度比条件下的光学性能，包括透射率、吸收率与反射率，通过Ecotect软件对其在住宅建筑中的采光性能进行验证，证明了该翻转窗不仅具备优良的热控能力，同时满足自然采光要求。该研究成果为应对气候变化背景下开发建筑智慧透明围护结构提供了新思路，为推动零碳建筑技术的落地应用提供了坚实的理论基础与技术支持。研究工作得到国家自然科学基金和广西自然科学基金项目支持。

文章DOI：https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.136646

2.《Building Simulation》具有翻转通风功能的纳米增强相变节能窗热性能评估

图4：纳米增强相变翻转通风窗的工作原理

图5：夏季（8月10日）不同窗户在桂林地区的热性能（a）(b)

图5：夏季（8月10日）不同窗户在桂林地区的热性能(c)(d)

在“双碳”战略和建筑节能加速发展的背景下，如何兼顾不同气候条件下窗体的隔热能力、蓄热效率与气候适应性，成为提升建筑能效的关键课题。针对传统相变材料（PCM）窗导热慢、适应性差及夏季过热等问题，论文提出了一种集纳米增强相变材料、结构可翻转设计与主动通风调节于一体的三玻窗结构（Nano-PCM Reversible Ventilated Triple Window，NPRVTW），并构建了动态光热耦合仿真模型，从热舒适性、能效性、相变循环效率及气候适应性等角度进行了系统模拟分析。研究首先从夏冬两季典型工况出发，对比分析了五种窗体结构的热行为及能耗表现，明确了纳米颗粒对太阳能吸收与PCM换热效率的促进作用，验证了翻转结构与通风策略协同调节的有效性。随后，进一步探讨了相变材料物性、熔化温度、厚度及通风速率对窗体热性能的影响机理，并提出了最优参数组合：相变温度为27–29℃、厚度20mm、通风速率0.5 m/s。结果表明，在桂林地区典型气候条件下，该窗在夏季和冬季的节能率分别达41.84%和55.62%，展现出卓越的气候适应性与能效表现。该研究成果不仅为提升建筑透明围护结构的热惰性与季节响应能力提供了新路径，也为发展面向零能耗建筑的智能节能窗系统提供了理论基础和关键技术支撑。研究工作得到国家自然科学基金和广西自然科学基金项目支持。

文章DOI：https://doi.org/10.1007/s12273-025-1256-4