Grupa istraživača na Državnom sveučilištu Pennsylvania istraživala je učinkovitost jednoslojnih prozorskih obloga koje mogu poboljšati uštedu energije zimi.Zasluge: iStock/@Svetl.Sva prava pridržana.
UNIVERSITY PARK, Pennsylvania — Prozori s dvostrukim staklima u sendviču sa slojem izolacijskog zraka mogu pružiti veću energetsku učinkovitost od prozora s jednim staklom, ali zamjena postojećih prozora s jednim oknom može biti skupa ili tehnički zahtjevna.Ekonomičnija, ali manje učinkovita opcija je prekrivanje prozora s jednom komorom prozirnom metalnom folijom, koja apsorbira dio sunčeve topline zimi bez ugrožavanja prozirnosti stakla.Kako bi se poboljšala učinkovitost premaza, istraživači iz Pennsylvanije kažu da nanotehnologija može pomoći da se toplinske performanse izjednače s prozorima s dvostrukim staklima zimi.
Tim iz Pennsylvania Department of Architectural Engineering istraživao je svojstva premaza koji sadrže nanomjerne komponente koje smanjuju gubitak topline i bolje apsorbiraju toplinu.Završili su i prvu opsežnu analizu energetske učinkovitosti građevinskih materijala.Istraživači su svoja otkrića objavili u časopisu Energy Conversion and Management.
Prema Julianu Wangu, izvanrednom profesoru arhitektonskog inženjerstva, svjetlo blisko infracrvenom - dio sunčeve svjetlosti koji ljudi ne vide, ali mogu osjetiti toplinu - može aktivirati jedinstveni fototermalni učinak određenih metalnih nanočestica, povećavajući protok topline prema unutra.kroz prozor.
"Zainteresirani smo za razumijevanje kako ovi učinci mogu poboljšati energetsku učinkovitost zgrada, posebno zimi", rekao je Wang, koji također radi na Institutu za arhitekturu i materijale na Pennsylvania School of Art and Architecture.
Tim je prvo razvio model za procjenu koliko bi se topline sunčeve svjetlosti reflektiralo, apsorbiralo ili prenosilo kroz prozore obložene metalnim nanočesticama.Odabrali su fototermalni spoj zbog njegove sposobnosti da apsorbira sunčevu svjetlost u blizini infracrvenog zračenja, a istovremeno pruža dovoljan prijenos vidljive svjetlosti.Model predviđa da premaz manje reflektira blisku infracrvenu svjetlost ili toplinu i apsorbira više kroz prozor nego većina drugih vrsta premaza.
Istraživači su testirali jednostruke staklene prozore obložene nanočesticama pod simuliranom sunčevom svjetlošću u laboratoriju, 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 kompenzirao unutarnji gubitak topline kroz jednostruke prozore.
Istraživači su zatim unijeli svoje podatke u simulacije velikih razmjera kako bi analizirali uštedu energije zgrade u različitim klimatskim uvjetima.U usporedbi s premazima niske emisivnosti komercijalno dostupnih jednostrukih prozora, fototermalni premazi apsorbiraju većinu svjetlosti u bliskom infracrvenom spektru, dok je tradicionalno premazani prozori odbijaju prema van.Ova apsorpcija blizu infracrvenog zračenja rezultira s oko 12 do 20 posto manjim gubitkom topline od drugih premaza, a ukupni potencijal uštede energije zgrade doseže oko 20 posto u usporedbi s neobloženim zgradama s jednostrukim prozorima.
Međutim, Wang je rekao da bolja toplinska vodljivost, prednost zimi, postaje nedostatak u toploj sezoni.Kako bi uzeli u obzir sezonske promjene, istraživači su također uključili nadstrešnice u svoje modele zgrada.Ovaj dizajn blokira izravniju sunčevu svjetlost koja ljeti zagrijava okoliš, uvelike eliminirajući loš prijenos topline i sve povezane troškove hlađenja.Tim još uvijek radi na drugim metodama, uključujući dinamičke prozorske sustave koji zadovoljavaju sezonske potrebe grijanja i hlađenja.
"Kao što ova studija pokazuje, u ovoj fazi studije još uvijek možemo poboljšati ukupnu toplinsku izvedbu prozora s jednostrukim ostakljenjem kako bi zimi bili slični prozorima s dvostrukim ostakljenjem", rekao je Wang."Ovi rezultati predstavljaju izazov našim tradicionalnim rješenjima korištenja više slojeva ili izolacije za naknadnu ugradnju jednokomornih prozora radi uštede energije."
"S obzirom na veliku potražnju u građevinskom fondu za energetsku infrastrukturu, kao i okoliš, imperativ je da unaprijedimo svoje znanje kako bismo stvorili energetski učinkovite zgrade", rekao je Sez Atamtürktur Russcher, profesor Harry i Arlene Schell i voditelj građevinskog inženjerstva.“Dr.Wang i njegov tim provode djelotvorna osnovna istraživanja.”
Ostali suradnici u ovom radu su Enhe Zhang, student diplomskog studija arhitektonskog dizajna;Qiuhua Duan, docentica građevinarstva na Sveučilištu Alabama, doktorirala je arhitektonsko inženjerstvo na Državnom sveučilištu Pennsylvania u prosincu 2021.;Yuan Zhao, istraživač u Advanced NanoTherapies Inc., koji je pridonio ovom radu kao doktorski istraživač na Državnom sveučilištu Pennsylvania, Yangxiao Feng, doktorant arhitektonskog dizajna.Nacionalna znanstvena zaklada i USDA služba za očuvanje prirodnih resursa podržali su ovaj rad.
Pokazalo se da prozorske obloge (molekule iz velike blizine) poboljšavaju prijenos topline s vanjske sunčeve svjetlosti (narančaste strelice) u unutrašnjost zgrade, dok još uvijek osiguravaju dovoljan prijenos svjetlosti (žute strelice).Izvor: Slika zahvaljujući Julianu Wangu.Sva prava pridržana.