पेनसिल्व्हेनिया स्टेट युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांच्या गटाने हिवाळ्यात ऊर्जेची बचत सुधारू शकतील अशा सिंगल-लेयर विंडो कव्हरिंगच्या प्रभावीतेची तपासणी केली.क्रेडिट: iStock/@Svetl.सर्व हक्क राखीव.
युनिव्हर्सिटी पार्क, पेनसिल्व्हेनिया — इन्सुलेट एअरच्या थराने सँडविच केलेल्या डबल-ग्लाझ्ड खिडक्या सिंगल-पेन विंडोपेक्षा जास्त ऊर्जा कार्यक्षमता देऊ शकतात, परंतु विद्यमान सिंगल-पेन विंडो बदलणे महाग किंवा तांत्रिकदृष्ट्या आव्हानात्मक असू शकते.अधिक किफायतशीर, परंतु कमी प्रभावी पर्याय म्हणजे सिंगल-चेंबरच्या खिडक्यांना अर्धपारदर्शक मेटल फिल्मने झाकणे, जे काचेच्या पारदर्शकतेशी तडजोड न करता हिवाळ्यात सूर्यप्रकाशातील काही उष्णता शोषून घेते.कोटिंग कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, पेनसिल्व्हेनियाच्या संशोधकांचे म्हणणे आहे की नॅनोटेक्नॉलॉजी हिवाळ्यात दुहेरी-चकाकी असलेल्या खिडक्यांच्या बरोबरीने थर्मल कार्यक्षमता आणण्यास मदत करू शकते.
पेनसिल्व्हेनिया डिपार्टमेंट ऑफ आर्किटेक्चरल इंजिनिअरिंगच्या टीमने नॅनोस्केल घटक असलेल्या कोटिंग्सच्या ऊर्जा-बचत गुणधर्मांची तपासणी केली जे उष्णतेचे नुकसान कमी करतात आणि उष्णता चांगले शोषतात.त्यांनी बांधकाम साहित्याच्या ऊर्जा कार्यक्षमतेचे पहिले सर्वसमावेशक विश्लेषण देखील पूर्ण केले.संशोधकांनी त्यांचे निष्कर्ष ऊर्जा रूपांतरण आणि व्यवस्थापन मध्ये प्रकाशित केले.
आर्किटेक्चरल अभियांत्रिकीचे सहयोगी प्राध्यापक ज्युलियन वांग यांच्या मते, जवळ-अवरक्त प्रकाश - सूर्यप्रकाशाचा भाग जो मानव पाहू शकत नाही परंतु उष्णता अनुभवू शकतो - विशिष्ट धातूच्या नॅनोकणांचा अनोखा फोटोथर्मल प्रभाव सक्रिय करू शकतो, ज्यामुळे उष्णता प्रवाह आतमध्ये वाढतो.खिडकीमधून.
पेनसिल्व्हेनिया स्कूल ऑफ आर्ट अँड आर्किटेक्चर येथे इन्स्टिट्यूट ऑफ आर्किटेक्चर अँड मटेरिअल्स येथे काम करणारे वांग म्हणाले, “हे प्रभाव इमारतींची ऊर्जा कार्यक्षमता कशी सुधारू शकतात, विशेषतः हिवाळ्यात हे समजून घेण्यात आम्हाला रस आहे.”
सूर्यप्रकाशातील उष्णता किती परावर्तित होईल, शोषली जाईल किंवा धातूच्या नॅनोकणांनी लेपित खिडक्यांमधून प्रसारित होईल याचा अंदाज घेण्यासाठी संघाने प्रथम एक मॉडेल विकसित केले.त्यांनी फोटोथर्मल कंपाऊंड निवडले कारण त्याच्या जवळील इन्फ्रारेड सूर्यप्रकाश शोषून घेण्याच्या क्षमतेमुळे ते अद्याप पुरेसे दृश्यमान प्रकाश प्रसारण प्रदान करते.मॉडेलचा अंदाज आहे की कोटिंग इन्फ्रारेड प्रकाश किंवा उष्णता जवळ कमी परावर्तित करते आणि इतर प्रकारच्या कोटिंग्सपेक्षा खिडकीतून अधिक शोषते.
संशोधकांनी प्रयोगशाळेत सिम्युलेटेड सूर्यप्रकाशाखाली नॅनोकणांसह लेपित सिंगल-पेन काचेच्या खिडक्या तपासल्या, सिम्युलेशन अंदाजांची पुष्टी केली.नॅनोपार्टिकल-लेपित खिडकीच्या एका बाजूला तापमान लक्षणीयरीत्या वाढले, हे सूचित करते की कोटिंग एकल-फलक खिडक्यांद्वारे अंतर्गत उष्णतेच्या नुकसानाची भरपाई करण्यासाठी आतून सूर्यप्रकाशातील उष्णता शोषू शकते.
त्यानंतर संशोधकांनी विविध हवामान परिस्थितीत इमारतीच्या ऊर्जा बचतीचे विश्लेषण करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात सिम्युलेशनमध्ये त्यांचा डेटा दिला.व्यावसायिकदृष्ट्या उपलब्ध सिंगल विंडोच्या कमी उत्सर्जनशील कोटिंगच्या तुलनेत, फोटोथर्मल कोटिंग्स जवळच्या-अवरक्त स्पेक्ट्रममधील बहुतेक प्रकाश शोषून घेतात, तर पारंपारिकपणे लेपित खिडक्या बाहेरून प्रतिबिंबित करतात.या जवळ-अवरक्त शोषणामुळे इतर कोटिंग्जच्या तुलनेत सुमारे 12 ते 20 टक्के कमी उष्णतेचे नुकसान होते आणि इमारतीची एकूण ऊर्जा बचत क्षमता सिंगल-पेन खिडक्यांवर कोटिंग न केलेल्या इमारतींच्या तुलनेत सुमारे 20 टक्क्यांपर्यंत पोहोचते.
तथापि, वांग म्हणाले की, उत्तम थर्मल चालकता, हिवाळ्यात एक फायदा, उबदार हंगामात तोटा बनतो.हंगामी बदलांसाठी, संशोधकांनी त्यांच्या बिल्डिंग मॉडेलमध्ये छत देखील समाविष्ट केले.हे डिझाईन उन्हाळ्यात वातावरण तापवणारा अधिक थेट सूर्यप्रकाश अवरोधित करते, मुख्यत्वे खराब उष्णता हस्तांतरण आणि शीतकरणाचा कोणताही खर्च दूर करते.हंगामी हीटिंग आणि कूलिंगच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी डायनॅमिक विंडो सिस्टमसह इतर पद्धतींवर टीम अजूनही काम करत आहे.
"हा अभ्यास दर्शविते की, अभ्यासाच्या या टप्प्यावर, आम्ही अजूनही एकल-चकाकी असलेल्या खिडक्यांची एकूण थर्मल कार्यक्षमता हिवाळ्यात दुहेरी-चकचकीत खिडक्यांप्रमाणेच सुधारू शकतो," वांग म्हणाले."हे परिणाम उर्जेची बचत करण्यासाठी सिंगल-चेंबरच्या खिडक्या पुन्हा तयार करण्यासाठी अधिक स्तर किंवा इन्सुलेशन वापरण्याच्या आमच्या पारंपारिक उपायांना आव्हान देतात."
“ऊर्जा पायाभूत सुविधा तसेच पर्यावरणासाठी बिल्डिंग स्टॉकमधील प्रचंड मागणी लक्षात घेता, ऊर्जा कार्यक्षम इमारती तयार करण्यासाठी आम्ही आमचे ज्ञान वाढवणे अत्यावश्यक आहे,” असे सेझ अतामतुर्कतुर रशर, प्रोफेसर हॅरी आणि आर्लेन शेल आणि बांधकाम अभियांत्रिकी प्रमुख म्हणाले.“डॉ.वांग आणि त्यांची टीम कृती करण्यायोग्य मूलभूत संशोधन करत आहेत.
या कामातील इतर योगदानकर्त्यांमध्ये एनहे झांग, आर्किटेक्चरल डिझाइनमधील पदवीधर विद्यार्थी;अलाबामा विद्यापीठातील स्थापत्य अभियांत्रिकीचे सहाय्यक प्राध्यापक किउहुआ डुआन यांनी डिसेंबर 2021 मध्ये पेनसिल्व्हेनिया राज्य विद्यापीठातून आर्किटेक्चरल अभियांत्रिकीमध्ये पीएचडी प्राप्त केली;युआन झाओ, ॲडव्हान्स्ड नॅनोथेरपीज इंक.चे संशोधक, ज्यांनी पेनसिल्व्हेनिया स्टेट युनिव्हर्सिटीमध्ये पीएचडी संशोधक म्हणून या कामात योगदान दिले, यांग्झियाओ फेंग, वास्तुशास्त्रीय डिझाइनमधील पीएचडी विद्यार्थी.नॅशनल सायन्स फाउंडेशन आणि USDA नॅचरल रिसोर्सेस कॉन्झर्व्हेशन सर्व्हिसने या कामाला पाठिंबा दिला.
खिडकीवरील आवरणे (क्लोज-अप रेणू) बाहेरील सूर्यप्रकाशापासून (केशरी बाण) इमारतीच्या आतील भागात उष्णता हस्तांतरण वाढवतात आणि तरीही पुरेसा प्रकाश प्रसार (पिवळा बाण) प्रदान करतात असे दिसून आले आहे.स्रोत: ज्युलियन वांग च्या प्रतिमा सौजन्याने.सर्व हक्क राखीव.