'n Groep navorsers aan die Pennsylvania State University het die doeltreffendheid van 'n enkellaag vensterbedekking ondersoek wat energiebesparing in die winter kan verbeter.Krediet: iStock/@Svetl.Alle regte voorbehou.
UNIVERSITY PARK, Pennsylvania - Dubbelglasvensters wat met 'n laag isolerende lug ingebou is, kan groter energiedoeltreffendheid bied as enkelruitvensters, maar die vervanging van bestaande enkelruitvensters kan duur of tegnies uitdagend wees.’n Meer ekonomiese, maar minder doeltreffende opsie is om enkelkamervensters met ’n deurskynende metaalfilm te bedek, wat van die son se hitte in die winter absorbeer sonder om die deursigtigheid van die glas in te boet.Om bedekkingsdoeltreffendheid te verbeter, sê Pennsylvania-navorsers dat nanotegnologie kan help om termiese werkverrigting op gelyke voet te bring met dubbelglasvensters in die winter.
’n Span van die Pennsylvania-departement van argitektoniese ingenieurswese het die energiebesparende eienskappe van bedekkings wat nanoskaalkomponente bevat wat hitteverlies verminder en hitte beter absorbeer, ondersoek.Hulle het ook die eerste omvattende ontleding van die energiedoeltreffendheid van boumateriaal voltooi.Die navorsers het hul bevindinge in Energy Conversion and Management gepubliseer.
Volgens Julian Wang, 'n medeprofessor in argitektoniese ingenieurswese, kan naby-infrarooi lig - die deel van sonlig wat mense nie kan sien nie, maar hitte kan voel - die unieke fototermiese effek van sekere metaal-nanopartikels aktiveer, wat hittevloei na binne verhoog.deur die venster.
"Ons stel belang om te verstaan ​​hoe hierdie effekte die energiedoeltreffendheid van geboue kan verbeter, veral in die winter," sê Wang, wat ook by die Instituut vir Argitektuur en Materiale by die Pennsylvania School of Art and Architecture werk.
Die span het eers 'n model ontwikkel om te skat hoeveel hitte van sonlig weerkaats, geabsorbeer of deur vensters wat met metaal-nanopartikels bedek is, oorgedra sal word.Hulle het 'n fototermiese verbinding gekies vanweë sy vermoë om naby-infrarooi sonlig te absorbeer terwyl dit steeds voldoende sigbare ligtransmissie verskaf.Die model voorspel dat die deklaag minder naby-infrarooi lig of hitte weerkaats en meer deur die venster absorbeer as die meeste ander tipes bedekkings.
Die navorsers het enkelruitglasvensters wat met nanopartikels bedek is onder gesimuleerde sonlig in 'n laboratorium getoets, wat simulasievoorspellings bevestig.Die temperatuur aan die een kant van die nanopartikel-bedekte venster het aansienlik toegeneem, wat daarop dui dat die deklaag hitte van sonlig van binne kan absorbeer om te vergoed vir interne hitteverlies deur enkelruitvensters.
Die navorsers het toe hul data in grootskaalse simulasies ingevoer om die gebou se energiebesparings onder verskeie klimaatstoestande te ontleed.In vergelyking met die lae emissie-bedekkings van kommersieel beskikbare enkelvensters, absorbeer fototermiese bedekkings die meeste van die lig in die naby-infrarooi spektrum, terwyl tradisioneel bedekte vensters dit na buite weerkaats.Hierdie naby-infrarooi absorpsie lei tot ongeveer 12 tot 20 persent minder hitteverlies as ander bedekkings, en die gebou se algehele energiebesparingspotensiaal bereik ongeveer 20 persent in vergelyking met onbedekte geboue op enkelruitvensters.
Wang het egter gesê dat beter termiese geleidingsvermoë, 'n voordeel in die winter, 'n nadeel word in die warm seisoen.Om rekening te hou met seisoenale veranderinge, het die navorsers ook afdakke in hul boumodelle ingesluit.Hierdie ontwerp blokkeer die meer direkte sonlig wat die omgewing in die somer verhit, wat swak hitte-oordrag en enige gepaardgaande verkoelingskoste grootliks uitskakel.Die span werk steeds aan ander metodes, insluitend dinamiese vensterstelsels om aan seisoenale verwarmings- en verkoelingsbehoeftes te voldoen.
"Soos hierdie studie toon, kan ons in hierdie stadium van die studie steeds die algehele termiese werkverrigting van enkelglasvensters verbeter om soortgelyk aan dubbelglasvensters in die winter te wees," het Wang gesê."Hierdie resultate daag ons tradisionele oplossings uit om meer lae of isolasie te gebruik om enkelkamervensters te herstel om energie te bespaar."
"Gegewe die groot aanvraag in die bouvoorraad vir energie-infrastruktuur sowel as die omgewing, is dit noodsaaklik dat ons ons kennis bevorder om energiedoeltreffende geboue te skep," het Sez Atamtürktur Russcher, professor Harry en Arlene Schell en hoof van konstruksie-ingenieurswese, gesê."Dr.Wang en sy span doen uitvoerbare basiese navorsing.”
Ander bydraers tot hierdie werk sluit in Enhe Zhang, 'n gegradueerde student in argitektoniese ontwerp;Qiuhua Duan, Assistent Professor in Siviele Ingenieurswese aan die Universiteit van Alabama, het in Desember 2021 haar PhD in Argitektoniese Ingenieurswese van Pennsylvania State University ontvang;Yuan Zhao, navorser by Advanced NanoTherapies Inc., wat bygedra het tot hierdie werk as 'n PhD-navorser by Pennsylvania State University, Yangxiao Feng, PhD-student in argitektoniese ontwerp.Die National Science Foundation en die USDA Natural Resources Conservation Service het hierdie werk ondersteun.
Daar is getoon dat vensterbedekkings (naby-molekules) die oordrag van hitte van buite sonlig (oranje pyle) na die binnekant van 'n gebou verbeter, terwyl dit steeds voldoende ligtransmissie (geel pyle) verskaf.Bron: Beeld met vergunning van Julian Wang.Alle regte voorbehou.