Ymchwiliodd grŵp o ymchwilwyr ym Mhrifysgol Talaith Pennsylvania i effeithiolrwydd gorchudd ffenestr un haen a all wella arbedion ynni yn y gaeaf.Credyd: iStock/@Svetl.Cedwir pob hawl.
PARC Y BRIFYSGOL, Pennsylvania - Gall ffenestri gwydr dwbl sydd wedi'u rhyngosod â haen o aer inswleiddio ddarparu mwy o effeithlonrwydd ynni na ffenestri cwarel sengl, ond gall ailosod ffenestri cwarel sengl presennol fod yn gostus neu'n dechnegol heriol.Opsiwn mwy darbodus, ond llai effeithiol yw gorchuddio ffenestri un siambr gyda ffilm fetel dryloyw, sy'n amsugno rhywfaint o wres yr haul yn y gaeaf heb beryglu tryloywder y gwydr.Er mwyn gwella effeithlonrwydd cotio, dywed ymchwilwyr Pennsylvania y gall nanotechnoleg helpu i ddod â pherfformiad thermol i'r un graddau â ffenestri gwydr dwbl yn y gaeaf.
Ymchwiliodd tîm o Adran Peirianneg Bensaernïol Pennsylvania i briodweddau arbed ynni haenau sy'n cynnwys cydrannau nanoraddfa sy'n lleihau colli gwres ac yn amsugno gwres yn well.Fe wnaethant hefyd gwblhau'r dadansoddiad cynhwysfawr cyntaf o effeithlonrwydd ynni deunyddiau adeiladu.Cyhoeddodd yr ymchwilwyr eu canfyddiadau yn Trosi a Rheoli Ynni.
Yn ôl Julian Wang, athro cyswllt peirianneg bensaernïol, gall golau isgoch bron - y rhan o olau'r haul na all bodau dynol ei weld ond y gall deimlo gwres - actifadu effaith ffotothermol unigryw rhai nanoronynnau metel, gan gynyddu llif gwres i mewn.drwy'r ffenestr.
“Mae gennym ddiddordeb mewn deall sut y gall yr effeithiau hyn wella effeithlonrwydd ynni adeiladau, yn enwedig yn y gaeaf,” meddai Wang, sydd hefyd yn gweithio yn y Sefydliad Pensaernïaeth a Deunyddiau yn Ysgol Gelf a Phensaernïaeth Pennsylvania.
Datblygodd y tîm fodel i ddechrau i amcangyfrif faint o wres o olau'r haul fyddai'n cael ei adlewyrchu, ei amsugno, neu ei drosglwyddo trwy ffenestri wedi'u gorchuddio â nanoronynnau metel.Dewisasant gyfansoddyn ffotothermol oherwydd ei allu i amsugno golau'r haul bron yn isgoch tra'n dal i ddarparu trosglwyddiad golau gweladwy digonol.Mae'r model yn rhagweld bod y cotio yn adlewyrchu llai o olau neu wres isgoch agos ac yn amsugno mwy trwy'r ffenestr na'r rhan fwyaf o fathau eraill o haenau.
Profodd yr ymchwilwyr ffenestri gwydr un cwarel wedi'u gorchuddio â nanoronynnau o dan olau haul efelychiadol mewn labordy, gan gadarnhau rhagfynegiadau efelychu.Cynyddodd y tymheredd ar un ochr i'r ffenestr â gorchudd nanoronynnau yn sylweddol, sy'n awgrymu y gall y cotio amsugno gwres o olau'r haul o'r tu mewn i wneud iawn am golli gwres mewnol trwy ffenestri cwarel sengl.
Yna fe wnaeth yr ymchwilwyr fwydo eu data i efelychiadau ar raddfa fawr i ddadansoddi arbedion ynni'r adeilad o dan amodau hinsawdd amrywiol.O'i gymharu â haenau emissivity isel ffenestri sengl sydd ar gael yn fasnachol, mae haenau ffotothermol yn amsugno'r rhan fwyaf o'r golau yn y sbectrwm bron-isgoch, tra bod ffenestri wedi'u gorchuddio yn draddodiadol yn ei adlewyrchu tuag allan.Mae'r amsugno bron-goch hwn yn arwain at tua 12 i 20 y cant yn llai o golled gwres na haenau eraill, ac mae potensial arbed ynni cyffredinol yr adeilad yn cyrraedd tua 20 y cant o'i gymharu ag adeiladau heb eu gorchuddio ar ffenestri cwarel sengl.
Fodd bynnag, dywedodd Wang fod dargludedd thermol gwell, yn fantais yn y gaeaf, yn dod yn anfantais yn y tymor cynnes.I gyfrif am newidiadau tymhorol, fe wnaeth yr ymchwilwyr hefyd ymgorffori canopïau yn eu modelau adeiladu.Mae'r dyluniad hwn yn blocio'r golau haul mwy uniongyrchol sy'n cynhesu'r amgylchedd yn yr haf, gan ddileu trosglwyddiad gwres gwael i raddau helaeth ac unrhyw gostau oeri cysylltiedig.Mae'r tîm yn dal i weithio ar ddulliau eraill, gan gynnwys systemau ffenestr deinamig i ddiwallu anghenion gwresogi ac oeri tymhorol.
“Fel y dengys yr astudiaeth hon, ar y cam hwn o'r astudiaeth, gallwn barhau i wella perfformiad thermol cyffredinol ffenestri gwydr sengl i fod yn debyg i ffenestri gwydr dwbl yn y gaeaf,” meddai Wang.“Mae’r canlyniadau hyn yn herio ein datrysiadau traddodiadol o ddefnyddio mwy o haenau neu inswleiddio i ôl-osod ffenestri un siambr i arbed ynni.”
“O ystyried y galw enfawr yn y stoc adeiladau am seilwaith ynni yn ogystal â’r amgylchedd, mae’n hollbwysig ein bod yn datblygu ein gwybodaeth er mwyn creu adeiladau ynni effeithlon,” meddai Sez Atamtürktur Russcher, yr Athro Harry ac Arlene Schell a Phennaeth Peirianneg Adeiladu.“Mae Dr.Mae Wang a'i dîm yn gwneud ymchwil sylfaenol ymarferol. ”
Mae cyfranwyr eraill i'r gwaith hwn yn cynnwys Enhe Zhang, myfyriwr graddedig mewn dylunio pensaernïol;Derbyniodd Qiuhua Duan, Athro Cynorthwyol Peirianneg Sifil ym Mhrifysgol Alabama, ei PhD mewn Peirianneg Bensaernïol o Brifysgol Talaith Pennsylvania ym mis Rhagfyr 2021;Yuan Zhao, ymchwilydd yn Advanced NanoTherapies Inc., a gyfrannodd at y gwaith hwn fel ymchwilydd PhD ym Mhrifysgol Talaith Pennsylvania, Yangxiao Feng, myfyriwr PhD mewn dylunio pensaernïol.Cefnogodd y Sefydliad Gwyddoniaeth Cenedlaethol a Gwasanaeth Cadwraeth Adnoddau Naturiol USDA y gwaith hwn.
Dangoswyd bod gorchuddion ffenestri (moleciwlau cau) yn gwella trosglwyddiad gwres o olau haul awyr agored (saethau oren) i du mewn adeilad tra'n parhau i ddarparu trosglwyddiad golau digonol (saethau melyn).Ffynhonnell: Delwedd trwy garedigrwydd Julian Wang.Cedwir pob hawl.