Sekumpulan penyelidik di Pennsylvania State University menyiasat keberkesanan penutup tingkap satu lapisan yang boleh meningkatkan penjimatan tenaga pada musim sejuk.Kredit: iStock/@Svetl.Hak cipta terpelihara.
UNIVERSITY PARK, Pennsylvania — Tingkap berlapis dua yang diapit dengan lapisan udara penebat boleh memberikan kecekapan tenaga yang lebih besar daripada tingkap satu anak tetingkap, tetapi menggantikan tingkap satu anak tetingkap sedia ada boleh memakan kos atau mencabar dari segi teknikal.Pilihan yang lebih menjimatkan, tetapi kurang berkesan ialah menutup tingkap satu ruang dengan filem logam lut sinar, yang menyerap sebahagian daripada haba matahari pada musim sejuk tanpa menjejaskan ketelusan kaca.Untuk meningkatkan kecekapan salutan, penyelidik Pennsylvania mengatakan nanoteknologi boleh membantu membawa prestasi terma setanding dengan tingkap berlapis dua pada musim sejuk.
Pasukan dari Jabatan Kejuruteraan Senibina Pennsylvania menyiasat sifat penjimatan tenaga salutan yang mengandungi komponen skala nano yang mengurangkan kehilangan haba dan menyerap haba dengan lebih baik.Mereka juga menyelesaikan analisis komprehensif pertama mengenai kecekapan tenaga bahan binaan.Para penyelidik menerbitkan penemuan mereka dalam Penukaran dan Pengurusan Tenaga.
Menurut Julian Wang, profesor kejuruteraan seni bina bersekutu, cahaya inframerah dekat — bahagian cahaya matahari yang tidak dapat dilihat oleh manusia tetapi boleh merasakan haba — boleh mengaktifkan kesan fototerma unik bagi zarah nano logam tertentu, meningkatkan aliran haba ke dalam.melalui tingkap.
"Kami berminat untuk memahami bagaimana kesan ini boleh meningkatkan kecekapan tenaga bangunan, terutamanya pada musim sejuk," kata Wang, yang juga bekerja di Institut Seni Bina dan Bahan di Pennsylvania School of Art and Architecture.
Pasukan itu mula-mula membangunkan model untuk menganggarkan berapa banyak haba daripada cahaya matahari akan dipantulkan, diserap atau dihantar melalui tingkap yang disalut dengan zarah nano logam.Mereka memilih sebatian fototerma kerana keupayaannya untuk menyerap cahaya matahari dekat-inframerah sementara masih menyediakan penghantaran cahaya kelihatan yang mencukupi.Model ini meramalkan bahawa salutan itu memantulkan kurang cahaya inframerah atau haba berhampiran dan menyerap lebih banyak melalui tingkap berbanding kebanyakan jenis salutan lain.
Para penyelidik menguji tingkap kaca tunggal yang disalut dengan zarah nano di bawah cahaya matahari simulasi di makmal, mengesahkan ramalan simulasi.Suhu pada satu sisi tingkap bersalut nanopartikel meningkat dengan ketara, menunjukkan bahawa salutan boleh menyerap haba daripada cahaya matahari dari dalam untuk mengimbangi kehilangan haba dalaman melalui tingkap anak tetingkap tunggal.
Para penyelidik kemudian memasukkan data mereka ke dalam simulasi berskala besar untuk menganalisis penjimatan tenaga bangunan di bawah pelbagai keadaan iklim.Berbanding dengan salutan pemancaran rendah tingkap tunggal yang tersedia secara komersil, salutan fototerma menyerap sebahagian besar cahaya dalam spektrum inframerah dekat, manakala tingkap bersalut tradisional memantulkannya ke luar.Penyerapan inframerah hampir ini mengakibatkan kehilangan haba kira-kira 12 hingga 20 peratus kurang daripada salutan lain, dan potensi penjimatan tenaga keseluruhan bangunan mencapai kira-kira 20 peratus berbanding bangunan tidak bersalut pada tingkap anak tetingkap tunggal.
Bagaimanapun, Wang berkata bahawa kekonduksian terma yang lebih baik, kelebihan pada musim sejuk, menjadi kelemahan pada musim panas.Untuk mengambil kira perubahan bermusim, para penyelidik juga memasukkan kanopi ke dalam model bangunan mereka.Reka bentuk ini menyekat lebih banyak cahaya matahari langsung yang memanaskan persekitaran pada musim panas, sebahagian besarnya menghapuskan pemindahan haba yang lemah dan sebarang kos penyejukan yang berkaitan.Pasukan ini masih mengusahakan kaedah lain, termasuk sistem tingkap dinamik untuk memenuhi keperluan pemanasan dan penyejukan bermusim.
"Seperti yang ditunjukkan oleh kajian ini, pada peringkat kajian ini, kami masih boleh meningkatkan prestasi terma keseluruhan tingkap berlapis tunggal agar serupa dengan tingkap berlapis dua pada musim sejuk," kata Wang."Keputusan ini mencabar penyelesaian tradisional kami untuk menggunakan lebih banyak lapisan atau penebat untuk menyesuaikan semula tingkap satu ruang untuk menjimatkan tenaga."
"Memandangkan permintaan besar dalam stok bangunan untuk infrastruktur tenaga serta alam sekitar, adalah penting untuk kami memajukan pengetahuan kami untuk mencipta bangunan cekap tenaga," kata Sez Atamtürktur Russcher, Profesor Harry dan Arlene Schell dan Ketua Kejuruteraan Pembinaan.“Dr.Wang dan pasukannya sedang melakukan penyelidikan asas yang boleh diambil tindakan."
Penyumbang lain kepada kerja ini termasuk Enhe Zhang, seorang pelajar siswazah dalam reka bentuk seni bina;Qiuhua Duan, Penolong Profesor Kejuruteraan Awam di Universiti Alabama, menerima PhD dalam Kejuruteraan Seni Bina dari Pennsylvania State University pada Disember 2021;Yuan Zhao, penyelidik di Advanced NanoTherapies Inc., yang menyumbang kepada kerja ini sebagai penyelidik PhD di Pennsylvania State University, Yangxiao Feng, pelajar PhD dalam reka bentuk seni bina.Yayasan Sains Kebangsaan dan Perkhidmatan Pemuliharaan Sumber Asli USDA menyokong kerja ini.
Penutup tingkap (molekul jarak dekat) telah ditunjukkan untuk meningkatkan pemindahan haba daripada cahaya matahari luar (anak panah oren) ke bahagian dalam bangunan sambil masih memberikan penghantaran cahaya yang mencukupi (anak panah kuning).Sumber: Imej ihsan Julian Wang.Hak cipta terpelihara.