Grupa istraživača sa Pennsylvania State University istraživala je efikasnost jednoslojne prozorske obloge koja može poboljšati uštedu energije zimi.Kredit: iStock/@Svetl.Sva prava zadržana.
UNIVERZITETSKI PARK, Pensilvanija — Prozori sa dvostrukim staklom u sendviču sa slojem izolacionog vazduha mogu da obezbede veću energetsku efikasnost od prozora sa jednim staklom, ali zamena postojećih jednokrilnih prozora može biti skupa ili tehnički izazovna.Ekonomičnija, ali manje efikasna opcija je prekrivanje jednokomornih prozora prozirnom metalnom folijom, koja apsorbira dio sunčeve topline zimi bez ugrožavanja prozirnosti stakla.Kako bi poboljšali efikasnost premaza, istraživači iz Pennsylvanije kažu da nanotehnologija može pomoći da se termičke performanse izjednače sa prozorima s dvostrukim staklom zimi.
Tim sa Odeljenja za arhitektonsko inženjerstvo Pensilvanije istražio je svojstva uštede energije premaza koji sadrže komponente nanorazmera koje smanjuju gubitak toplote i bolje apsorbuju toplotu.Završili su i prvu sveobuhvatnu analizu energetske efikasnosti građevinskih materijala.Istraživači su objavili svoje nalaze u Konverzija i upravljanje energijom.
Prema Julianu Wangu, vanrednom profesoru arhitektonskog inženjerstva, bliska infracrvena svjetlost – dio sunčeve svjetlosti koji ljudi ne mogu vidjeti, ali mogu osjetiti toplinu – može aktivirati jedinstveni fototermalni efekat određenih metalnih nanočestica, povećavajući protok topline prema unutra.kroz prozor.
„Zainteresovani smo da razumemo kako ovi efekti mogu da poboljšaju energetsku efikasnost zgrada, posebno zimi,“ rekao je Vang, koji takođe radi na Institutu za arhitekturu i materijale u Pensilvanijskoj školi za umetnost i arhitekturu.
Tim je prvo razvio model za procjenu koliko toplote od sunčeve svjetlosti bi se reflektiralo, apsorbiralo ili prenijelo kroz prozore obložene metalnim nanočesticama.Odabrali su fototermalno jedinjenje zbog njegove sposobnosti da apsorbuje blisku infracrvenu sunčevu svjetlost, a istovremeno pruža dovoljan prijenos vidljive svjetlosti.Model predviđa da premaz reflektira manje bliske infracrvene svjetlosti ili topline i više apsorbira kroz prozor od većine drugih vrsta premaza.
Istraživači su testirali jednokrilne staklene prozore obložene nanočesticama pod simuliranom sunčevom svjetlošću u laboratoriji, potvrđujući predviđanja simulacije.Temperatura na jednoj strani prozora obloženog nanočesticama značajno se povećala, što sugerira da premaz može apsorbirati toplinu sunčeve svjetlosti iznutra kako bi nadoknadio unutrašnji gubitak topline kroz prozore s jednim staklom.
Istraživači su zatim ubacili svoje podatke u velike simulacije kako bi analizirali uštedu energije zgrade u različitim klimatskim uslovima.U poređenju sa premazima niske emisivnosti komercijalno dostupnih pojedinačnih prozora, fototermalni premazi apsorbuju većinu svjetlosti u bliskom infracrvenom spektru, dok je tradicionalno obloženi prozori odbijaju prema van.Ova bliska infracrvena apsorpcija rezultira oko 12 do 20 posto manjim gubitkom topline od ostalih premaza, a ukupni potencijal za uštedu energije zgrade dostiže oko 20 posto u poređenju sa neobloženim zgradama na prozorima s jednim staklom.
Međutim, Wang je rekao da bolja toplotna provodljivost, prednost zimi, postaje mana u toploj sezoni.Kako bi uzeli u obzir sezonske promjene, istraživači su također uključili nadstrešnice u svoje modele zgrada.Ovaj dizajn blokira direktniju sunčevu svjetlost koja zagrijava okolinu ljeti, u velikoj mjeri eliminirajući loš prijenos topline i sve povezane troškove hlađenja.Tim još uvijek radi na drugim metodama, uključujući dinamičke sisteme prozora za zadovoljavanje sezonskih potreba za grijanjem i hlađenjem.
„Kao što ova studija pokazuje, u ovoj fazi studije još uvijek možemo poboljšati ukupne toplinske performanse prozora s jednim staklom kako bi bili slični prozorima s dvostrukim staklom zimi“, rekao je Wang.“Ovi rezultati izazivaju naša tradicionalna rješenja korištenja više slojeva ili izolacije za naknadnu ugradnju jednokomornih prozora radi uštede energije.”
“S obzirom na ogromnu potražnju u zgradarstvu za energetskom infrastrukturom, kao i za okoliš, imperativ je da unaprijedimo naše znanje kako bismo stvorili energetski efikasne zgrade,” rekli su Sez Atamtürktur Russcher, profesor Harry i Arlene Schell i šef građevinskog inženjerstva.“Dr.Vang i njegov tim rade osnovna istraživanja koja se mogu primijeniti.”
Ostali doprinosioci ovom radu su Enhe Zhang, diplomirani student arhitektonskog dizajna;Qiuhua Duan, docentica građevinarstva na Univerzitetu Alabama, doktorirala je iz arhitektonskog inženjerstva na Pennsylvania State University u decembru 2021.;Yuan Zhao, istraživač u Advanced NanoTherapies Inc., koji je doprinio ovom radu kao doktorski istraživač na Pennsylvania State University, Yangxiao Feng, student doktorskih studija arhitektonskog dizajna.Nacionalna naučna fondacija i Služba za očuvanje prirodnih resursa USDA podržale su ovaj rad.
Pokazalo se da obloge za prozore (molekule za krupni plan) poboljšavaju prijenos topline s vanjske sunčeve svjetlosti (narandžaste strelice) do unutrašnjosti zgrade, dok i dalje pružaju dovoljan prijenos svjetlosti (žute strelice).Izvor: Slika ljubaznošću Juliana Wanga.Sva prava zadržana.