Un grup d'investigadors de la Universitat Estatal de Pennsilvània va investigar l'eficàcia d'una coberta de finestres d'una sola capa que pot millorar l'estalvi d'energia a l'hivern.Crèdit: iStock/@Svetl.Tots els drets reservats.
UNIVERSITY PARK, Pennsilvània: les finestres de doble vidre intercalades amb una capa d'aire aïllant poden proporcionar una major eficiència energètica que les finestres d'un sol vidre, però substituir les finestres d'un sol vidre existents pot ser costosa o tècnicament difícil.Una opció més econòmica, però menys eficaç és cobrir les finestres d'una sola cambra amb una pel·lícula metàl·lica translúcida, que absorbeix part de la calor del sol a l'hivern sense comprometre la transparència del vidre.Per millorar l'eficiència del recobriment, els investigadors de Pennsilvània diuen que la nanotecnologia pot ajudar a portar el rendiment tèrmic a l'alçada de les finestres de doble vidre a l'hivern.
Un equip del Departament d'Enginyeria Arquitectura de Pennsilvània va investigar les propietats d'estalvi d'energia dels recobriments que contenen components a nanoescala que redueixen la pèrdua de calor i absorbeixen millor la calor.També van completar la primera anàlisi exhaustiva de l'eficiència energètica dels materials de construcció.Els investigadors van publicar les seves conclusions a Conversió i gestió d'energia.
Segons Julian Wang, professor associat d'enginyeria arquitectònica, la llum infraroja propera, la part de la llum solar que els humans no poden veure però que poden sentir calor, pot activar l'efecte fototèrmic únic de certes nanopartícules metàl·liques, augmentant el flux de calor cap a l'interior.a través de la finestra.
"Ens interessa entendre com aquests efectes poden millorar l'eficiència energètica dels edificis, especialment a l'hivern", va dir Wang, que també treballa a l'Institut d'Arquitectura i Materials de la Pennsylvania School of Art and Architecture.
L'equip va desenvolupar per primera vegada un model per estimar quanta calor de la llum solar es reflectiria, absorbiria o es transmetria a través de finestres recobertes de nanopartícules metàl·liques.Van escollir un compost fototèrmic per la seva capacitat d'absorbir la llum solar de l'infraroig proper alhora que proporciona una transmissió de llum visible suficient.El model prediu que el recobriment reflecteix menys la llum o la calor infraroja propera i absorbeix més a través de la finestra que la majoria dels altres tipus de recobriments.
Els investigadors van provar finestres de vidre d'un sol panell recobertes de nanopartícules sota la llum solar simulada en un laboratori, confirmant les prediccions de simulació.La temperatura d'un costat de la finestra recoberta de nanopartícules va augmentar significativament, cosa que suggereix que el recobriment pot absorbir la calor de la llum solar des de dins per compensar la pèrdua de calor interna a través de finestres d'un sol panell.
Després, els investigadors van introduir les seves dades en simulacions a gran escala per analitzar l'estalvi energètic de l'edifici en diverses condicions climàtiques.En comparació amb els recobriments de baixa emissivitat de les finestres individuals disponibles comercialment, els recobriments fototèrmics absorbeixen la major part de la llum en l'espectre d'infraroig proper, mentre que les finestres recobertes tradicionalment la reflecteixen cap a l'exterior.Aquesta absorció d'infrarojos propers provoca una pèrdua de calor d'entre un 12 i un 20 per cent menys que altres recobriments, i el potencial global d'estalvi d'energia de l'edifici arriba al voltant d'un 20 per cent en comparació amb els edificis sense recobrir a les finestres d'un sol vidre.
Tanmateix, Wang va dir que una millor conductivitat tèrmica, un avantatge a l'hivern, es converteix en un desavantatge a l'estació càlida.Per tenir en compte els canvis estacionals, els investigadors també van incorporar marquesines als seus models de construcció.Aquest disseny bloqueja la llum solar més directa que escalfa l'ambient a l'estiu, eliminant en gran mesura la mala transferència de calor i els costos de refrigeració associats.L'equip encara està treballant en altres mètodes, inclosos sistemes de finestres dinàmiques per satisfer les necessitats estacionals de calefacció i refrigeració.
"Com mostra aquest estudi, en aquesta fase de l'estudi, encara podem millorar el rendiment tèrmic general de les finestres de vidre únic perquè siguin similars a les finestres de doble vidre a l'hivern", va dir Wang."Aquests resultats desafien les nostres solucions tradicionals d'utilitzar més capes o aïllament per adaptar finestres d'una sola cambra per estalviar energia".
"Atesa l'enorme demanda del parc d'edificis per a la infraestructura energètica i el medi ambient, és imprescindible avançar en els nostres coneixements per crear edificis eficients energèticament", va dir Sez Atamtürktur Russcher, professor Harry i Arlene Schell i cap d'enginyeria de construcció.“Dr.Wang i el seu equip estan fent recerca bàsica accionable".
Altres col·laboradors d'aquest treball són Enhe Zhang, estudiant de postgrau en disseny arquitectònic;Qiuhua Duan, professora adjunta d'enginyeria civil a la Universitat d'Alabama, va rebre el seu doctorat en enginyeria arquitectònica a la Pennsylvania State University el desembre de 2021;Yuan Zhao, investigador de Advanced NanoTherapies Inc., que va contribuir a aquest treball com a investigador de doctorat a la Universitat Estatal de Pennsilvània, Yangxiao Feng, estudiant de doctorat en disseny arquitectònic.La National Science Foundation i el Servei de Conservació de Recursos Naturals de l'USDA van donar suport a aquest treball.
S'ha demostrat que les cobertes de finestres (molècules de primer pla) milloren la transferència de calor de la llum solar exterior (fletxes taronges) a l'interior d'un edifici alhora que ofereixen una transmissió de llum suficient (fletxes grogues).Font: imatge cortesia de Julian Wang.Tots els drets reservats.