Skupina raziskovalcev na državni univerzi Pennsylvania je raziskala učinkovitost enoslojne okenske obloge, ki lahko izboljša prihranek energije pozimi.Zasluge: iStock/@Svetl.Vse pravice pridržane.
UNIVERZITETNI PARK, Pennsylvania – Okna z dvojno zasteklitvijo, vgrajena v plast izolacijskega zraka, lahko zagotovijo večjo energijsko učinkovitost kot okna z enim steklom, vendar je zamenjava obstoječih oken z enojnim steklom lahko draga ali tehnično zahtevna.Bolj ekonomična, a manj učinkovita možnost je prekrivanje enokomornih oken s prosojno kovinsko folijo, ki pozimi absorbira del sončne toplote, ne da bi pri tem ogrozila prosojnost stekla.Raziskovalci iz Pennsylvanije pravijo, da lahko za izboljšanje učinkovitosti prevleke nanotehnologija pomaga, da se toplotna učinkovitost pozimi primerja z okni z dvojno zasteklitvijo.
Skupina iz Pennsylvania Department of Architectural Engineering je raziskala energijsko varčne lastnosti premazov, ki vsebujejo nanometrske komponente, ki zmanjšujejo toplotne izgube in bolje absorbirajo toploto.Končali so tudi prvo celovito analizo energetske učinkovitosti gradbenih materialov.Raziskovalci so svoje ugotovitve objavili v Energy Conversion and Management.
Po besedah ​​Juliana Wanga, izrednega profesorja arhitekturnega inženirstva, lahko skoraj infrardeča svetloba – del sončne svetlobe, ki ga ljudje ne vidijo, lahko pa občutijo toploto – aktivira edinstven fototermični učinek določenih kovinskih nanodelcev, kar poveča toplotni tok navznoter.skozi okno.
"Zanima nas razumevanje, kako lahko ti učinki izboljšajo energetsko učinkovitost stavb, zlasti pozimi," je dejal Wang, ki dela tudi na Inštitutu za arhitekturo in materiale na Pennsylvania School of Art and Architecture.
Ekipa je najprej razvila model za oceno, koliko toplote sončne svetlobe bi se odbilo, absorbiralo ali preneslo skozi okna, prevlečena s kovinskimi nanodelci.Izbrali so fototermično spojino zaradi njene sposobnosti absorbiranja skoraj infrardeče sončne svetlobe, medtem ko še vedno zagotavlja zadosten prenos vidne svetlobe.Model predvideva, da premaz odbija manj bližnje infrardeče svetlobe ali toplote in absorbira več skozi okno kot večina drugih vrst premazov.
Raziskovalci so pod simulirano sončno svetlobo v laboratoriju testirali enoslojna steklena okna, prevlečena z nanodelci, kar je potrdilo napovedi simulacije.Temperatura na eni strani okna, prevlečenega z nanodelci, se je znatno povečala, kar nakazuje, da lahko premaz absorbira toploto sončne svetlobe od znotraj, da nadomesti notranjo izgubo toplote skozi okna z enim steklom.
Raziskovalci so nato svoje podatke vnesli v obsežne simulacije, da bi analizirali prihranek energije stavbe v različnih podnebnih razmerah.V primerjavi z nizkoemisivnimi premazi komercialno dostopnih enojnih oken fototermični premazi absorbirajo večino svetlobe v bližnjem infrardečem spektru, medtem ko jo klasično premazana okna odbijajo navzven.Ta absorpcija v bližnjem infrardečem sevanju povzroči približno 12 do 20 odstotkov manj toplotne izgube kot drugi premazi, skupni potencial stavbe za varčevanje z energijo pa doseže približno 20 odstotkov v primerjavi z nepremazanimi zgradbami z enoslojnimi okni.
Vendar je Wang dejal, da boljša toplotna prevodnost, prednost pozimi, postane slabost v topli sezoni.Da bi upoštevali sezonske spremembe, so raziskovalci v svoje gradbene modele vključili tudi nadstreške.Ta zasnova blokira bolj neposredno sončno svetlobo, ki poleti segreje okolje, s čimer v veliki meri odpravi slab prenos toplote in vse s tem povezane stroške hlajenja.Ekipa še vedno dela na drugih metodah, vključno z dinamičnimi okenskimi sistemi za izpolnjevanje sezonskih potreb po ogrevanju in hlajenju.
"Kot kaže ta študija, lahko na tej stopnji študije še izboljšamo splošno toplotno učinkovitost oken z enojno zasteklitvijo, da bodo pozimi podobna oknom z dvojno zasteklitvijo," je dejal Wang."Ti rezultati so izziv za naše tradicionalne rešitve uporabe več plasti ali izolacije za naknadno vgradnjo enokomornih oken za varčevanje z energijo."
»Glede na veliko povpraševanje stavbnega fonda po energetski infrastrukturi in okolju je nujno, da napredujemo v svojem znanju za ustvarjanje energetsko učinkovitih stavb,« sta povedala Sez Atamtürktur Russcher, profesorja Harry in Arlene Schell ter vodja gradbenega inženiringa.»Dr.Wang in njegova ekipa izvajajo temeljne raziskave, ki jih je mogoče uporabiti.«
Drugi sodelavci pri tem delu so Enhe Zhang, podiplomski študent arhitekturnega oblikovanja;Qiuhua Duan, docentka za gradbeništvo na Univerzi v Alabami, je decembra 2021 doktorirala iz arhitekturnega inženirstva na Pennsylvania State University;Yuan Zhao, raziskovalec pri Advanced NanoTherapies Inc., ki je prispeval k temu delu kot doktorski raziskovalec na Pennsylvania State University, Yangxiao Feng, doktorski študent arhitekturnega oblikovanja.Nacionalna znanstvena fundacija in služba za ohranjanje naravnih virov USDA sta podprla to delo.
Dokazano je, da okenske obloge (molekule od blizu) povečajo prenos toplote z zunanje sončne svetlobe (oranžne puščice) v notranjost stavbe, medtem ko še vedno zagotavljajo zadostno prepustnost svetlobe (rumene puščice).Vir: Slika z dovoljenjem Juliana Wanga.Vse pravice pridržane.