Un grupo de investigadores da Universidade Estatal de Pensilvania investigou a eficacia dunha cuberta dunha soa capa para fiestras que pode mellorar o aforro de enerxía no inverno.Crédito: iStock/@Svetl.Todos os dereitos reservados.
UNIVERSITY PARK, Pensilvania - As fiestras de dobre acristalamento encaixadas cunha capa de aire illante poden proporcionar unha maior eficiencia enerxética que as fiestras dun só panel, pero substituír as xanelas dun só panel pode ser custoso ou técnicamente difícil.Unha opción máis económica, pero menos eficaz, é cubrir as fiestras dunha soa cámara cunha película metálica translúcida, que absorbe parte da calor do sol no inverno sen comprometer a transparencia do vidro.Para mellorar a eficiencia do revestimento, os investigadores de Pensilvania din que a nanotecnoloxía pode axudar a levar o rendemento térmico á altura das fiestras de dobre acristalamento no inverno.
Un equipo do Departamento de Enxeñaría Arquitectura de Pensilvania investigou as propiedades de aforro de enerxía dos revestimentos que conteñen compoñentes a nanoescala que reducen a perda de calor e absorben mellor a calor.Tamén completaron a primeira análise exhaustiva da eficiencia enerxética dos materiais de construción.Os investigadores publicaron os seus resultados en Energy Conversion and Management.
Segundo Julian Wang, profesor asociado de enxeñería arquitectónica, a luz infravermella próxima -a parte da luz solar que os humanos non poden ver pero que poden sentir calor- pode activar o efecto fototérmico único de certas nanopartículas metálicas, aumentando o fluxo de calor cara ao interior.pola fiestra.
"Estamos interesados ​​en comprender como estes efectos poden mellorar a eficiencia enerxética dos edificios, especialmente no inverno", dixo Wang, que tamén traballa no Instituto de Arquitectura e Materiais da Escola de Arte e Arquitectura de Pensilvania.
O equipo desenvolveu por primeira vez un modelo para estimar canta calor da luz solar sería reflectida, absorbida ou transmitida a través de fiestras recubertas con nanopartículas metálicas.Elixiron un composto fototérmico debido á súa capacidade para absorber a luz solar do infravermello próximo ao tempo que proporciona suficiente transmisión de luz visible.O modelo prevé que o revestimento reflicte menos luz infravermella ou calor e absorbe máis pola ventá que a maioría dos outros tipos de revestimentos.
Os investigadores probaron fiestras de vidro dun só panel recubertas con nanopartículas baixo a luz solar simulada nun laboratorio, confirmando as predicións da simulación.A temperatura nun lado da xanela revestida de nanopartículas aumentou significativamente, o que suxire que o revestimento pode absorber a calor da luz solar desde dentro para compensar a perda de calor interna a través das fiestras dun só panel.
Despois, os investigadores introduciron os seus datos en simulacións a gran escala para analizar o aforro enerxético do edificio en varias condicións climáticas.En comparación cos revestimentos de baixa emisividade das fiestras individuais dispoñibles comercialmente, os revestimentos fototérmicos absorben a maior parte da luz no espectro do infravermello próximo, mentres que as fiestras revestidas tradicionalmente a reflicten cara ao exterior.Esta absorción do infravermello próximo produce entre un 12 e un 20 por cento menos de perdas de calor que outros revestimentos, e o potencial global de aforro enerxético do edificio alcanza un 20 por cento en comparación cos edificios sen revestimento en fiestras dun só panel.
Non obstante, Wang dixo que unha mellor condutividade térmica, unha vantaxe no inverno, convértese nunha desvantaxe na estación cálida.Para ter en conta os cambios estacionais, os investigadores tamén incorporaron marquesiñas aos seus modelos de construción.Este deseño bloquea a luz solar máis directa que quenta o ambiente no verán, eliminando en gran medida a mala transferencia de calor e os custos de refrixeración asociados.O equipo aínda está a traballar noutros métodos, incluíndo sistemas de ventás dinámicos para satisfacer as necesidades estacionais de calefacción e refrixeración.
"Como mostra este estudo, nesta fase do estudo, aínda podemos mellorar o rendemento térmico global das fiestras de acristalamento sinxelo para que sexan similares ás de dobre acristalamento no inverno", dixo Wang."Estes resultados desafían as nosas solucións tradicionais de usar máis capas ou illamento para adaptar fiestras dunha soa cámara para aforrar enerxía".
"Dada a enorme demanda do parque de edificios para infraestruturas enerxéticas, así como para o medio ambiente, é imperativo que avancemos no noso coñecemento para crear edificios eficientes enerxéticamente", dixo Sez Atamtürktur Russcher, profesor Harry e Arlene Schell e xefe de Enxeñaría da Construción.“Dr.Wang e o seu equipo están a facer investigación básica accionable.
Outros colaboradores deste traballo son Enhe Zhang, estudante de posgrao en deseño arquitectónico;Qiuhua Duan, profesora asistente de Enxeñaría Civil da Universidade de Alabama, recibiu o seu doutoramento en Enxeñaría Arquitectura pola Universidade Estatal de Pensilvania en decembro de 2021;Yuan Zhao, investigador de Advanced NanoTherapies Inc., que contribuíu a este traballo como investigador de doutoramento na Universidade Estatal de Pensilvania, Yangxiao Feng, estudante de doutoramento en deseño arquitectónico.A National Science Foundation e o USDA Natural Resources Conservation Service apoiaron este traballo.
Demostrouse que as cubertas das fiestras (moléculas de primeiro plano) melloran a transferencia de calor da luz solar exterior (frechas laranxas) ao interior dun edificio mentres proporcionan suficiente transmisión de luz (frechas amarelas).Fonte: Imaxe cortesía de Julian Wang.Todos os dereitos reservados.