Pennsylvania osariigi ülikooli teadlaste rühm uuris ühekihilise aknakatte tõhusust, mis võib talvel energiasäästu parandada.Krediit: iStock/@Svetl.Kõik õigused kaitstud.
ÜLIKOOLIPARK, Pennsylvania – isoleeriva õhukihiga kaetud topeltklaasid võivad pakkuda suuremat energiatõhusust kui ühekordsed aknad, kuid olemasolevate ühekordsete akende asendamine võib olla kulukas või tehniliselt keeruline.Ökonoomsem, kuid vähem efektiivne võimalus on katta ühekambrilised aknad poolläbipaistva metallkilega, mis neelab talvel osa päikese soojusest, ilma et see klaasi läbipaistvust kahjustaks.Katte tõhususe parandamiseks väidavad Pennsylvania teadlased, et nanotehnoloogia võib aidata talvel topeltklaasidega akende soojustõhusust saavutada.
Pennsylvania arhitektuuritehnika osakonna meeskond uuris nanomõõtmelisi komponente sisaldavate katete energiasäästlikke omadusi, mis vähendavad soojuskadu ja neelavad paremini soojust.Samuti valmis neil esimene põhjalik ehitusmaterjalide energiatõhususe analüüs.Teadlased avaldasid oma tulemused ajakirjas Energy Conversion and Management.
Arhitektuuriinseneri dotsendi Julian Wangi sõnul võib lähi-infrapunavalgus – päikesevalguse osa, mida inimesed ei näe, kuid tunnevad soojust – aktiveerida teatud metalli nanoosakeste ainulaadse fototermilise efekti, suurendades soojusvoogu sissepoole.läbi akna.
"Oleme huvitatud sellest, kuidas need mõjud võivad parandada hoonete energiatõhusust, eriti talvel," ütles Wang, kes töötab ka Pennsylvania kunsti- ja arhitektuurikooli arhitektuuri- ja materjalideinstituudis.
Meeskond töötas esmalt välja mudeli, et hinnata, kui palju päikesevalgusest saadavat soojust peegeldub, neeldub või kandub edasi läbi metallist nanoosakestega kaetud akende.Nad valisid fototermilise ühendi, kuna see suudab neelata peaaegu infrapunakiirgust, tagades samal ajal piisava nähtava valguse läbilaskvuse.Mudel ennustab, et kate peegeldab vähem lähiinfrapuna valgust või soojust ja neelab läbi akna rohkem kui enamik muud tüüpi katteid.
Uurijad katsetasid laboris simuleeritud päikesevalguse all nanoosakestega kaetud ühekordseid klaasaknaid, mis kinnitasid simulatsiooniennustusi.Nanoosakestega kaetud akna ühel küljel tõusis temperatuur märkimisväärselt, mis viitab sellele, et kate suudab päikesevalgust seestpoolt neelata, et kompenseerida sisemist soojuskadu ühe klaasiga akende kaudu.
Seejärel sisestasid teadlased oma andmed suuremahulistesse simulatsioonidesse, et analüüsida hoone energiasäästu erinevates kliimatingimustes.Võrreldes müügilolevate üksikute akende madala emissioonivõimega katetega neelavad fototermilised katted suurema osa valgusest lähi-infrapunaspektris, samas kui traditsiooniliselt kaetud aknad peegeldavad seda väljapoole.Selle lähi-infrapuna neeldumise tulemuseks on umbes 12–20 protsenti väiksem soojuskadu kui teistel kattekihtidel ja hoone üldine energiasäästupotentsiaal ulatub umbes 20 protsendini, võrreldes ühekordsete akendega katmata hoonetega.
Wang ütles aga, et parem soojusjuhtivus, talvel eelis, muutub soojal aastaajal puuduseks.Hooajaliste muutuste arvessevõtmiseks lisasid teadlased oma hoonemudelitesse ka varikatused.See disain blokeerib otsesema päikesevalguse, mis suvel keskkonda soojendab, välistades suures osas halva soojusülekande ja sellega seotud jahutuskulud.Meeskond töötab endiselt muude meetodite kallal, sealhulgas dünaamiliste aknasüsteemide kallal, et rahuldada hooajalisi kütte- ja jahutusvajadusi.
"Nagu see uuring näitab, saame uuringu praeguses etapis siiski parandada ühekordse klaasiga akende üldist soojuslikkust, et need oleksid talvel sarnased topeltklaasidega akendega, " ütles Wang."Need tulemused esitavad väljakutse meie traditsioonilistele lahendustele, mille kohaselt kasutatakse energia säästmiseks ühekambriliste akende moderniseerimiseks rohkem kihte või isolatsiooni."
"Arvestades tohutut nõudlust hoonete hulgas nii energiainfrastruktuuri kui ka keskkonna järele, on hädavajalik oma teadmisi energiatõhusate hoonete loomiseks täiendada," ütles Sez Atamtürktur Russcher, professor Harry ja Arlene Schell ning ehitusinseneri juht."Dr.Wang ja tema meeskond teevad teostatavaid alusuuringuid.
Sellesse töösse panustavad veel Enhe Zhang, kes on arhitektuuridisaini aspirant;Qiuhua Duan, Alabama ülikooli ehitusinseneri abiprofessor, sai Pennsylvania osariigi ülikoolist 2021. aasta detsembris doktorikraadi arhitektuuritehnika alal;Yuan Zhao, Advanced NanoTherapies Inc. teadur, kes andis oma panuse sellesse töösse PhD teadurina Pennsylvania osariigi ülikoolis Yangxiao Feng, arhitektuuridisaini doktorant.Riiklik teadusfond ja USDA loodusvarade kaitse teenistus toetasid seda tööd.
On näidatud, et aknakatted (lähivõtete molekulid) suurendavad soojuse ülekandmist välispäikesevalgusest (oranžid nooled) hoone sisemusse, pakkudes samas piisavat valguse läbilaskvust (kollased nooled).Allikas: pilt Julian Wangi loal.Kõik õigused kaitstud.