Група изследователи от Пенсилванския държавен университет изследваха ефективността на еднослойно покритие на прозорци, което може да подобри спестяването на енергия през зимата.Кредит: iStock/@Svetl.Всички права запазени.
УНИВЕРСИТЕТ ПАРК, Пенсилвания — Прозорците с двоен стъклопакет, затворени със слой изолиращ въздух, могат да осигурят по-голяма енергийна ефективност от прозорците с едно стъкло, но подмяната на съществуващите прозорци с един стъкло може да бъде скъпо или технически предизвикателство.По-икономичен, но по-малко ефективен вариант е покриването на еднокамерни прозорци с полупрозрачно метално фолио, което поема част от слънчевата топлина през зимата, без да нарушава прозрачността на стъклото.За да се подобри ефективността на покритието, изследователите от Пенсилвания казват, че нанотехнологиите могат да помогнат за изравняване на топлинните характеристики с прозорците с двоен стъклопакет през зимата.
Екип от Министерството на архитектурното инженерство на Пенсилвания изследва енергоспестяващите свойства на покрития, съдържащи наномащабни компоненти, които намаляват топлинните загуби и по-добре абсорбират топлината.Те завършиха и първия цялостен анализ на енергийната ефективност на строителните материали.Изследователите публикуваха своите открития в Energy Conversion and Management.
Според Джулиан Уанг, доцент по архитектурно инженерство, близката инфрачервена светлина - частта от слънчевата светлина, която хората не могат да видят, но могат да усетят топлина - може да активира уникалния фототермичен ефект на определени метални наночастици, увеличавайки топлинния поток навътре.през прозореца.
„Интересуваме се да разберем как тези ефекти могат да подобрят енергийната ефективност на сградите, особено през зимата“, каза Уанг, който също работи в Института по архитектура и материали към Училището по изкуство и архитектура в Пенсилвания.
Екипът първо разработи модел, за да оцени колко топлина от слънчевата светлина ще бъде отразена, абсорбирана или предадена през прозорци, покрити с метални наночастици.Те избраха фототермично съединение поради способността му да абсорбира слънчева светлина в близката инфрачервена светлина, като същевременно осигурява достатъчно пропускане на видима светлина.Моделът предвижда, че покритието отразява по-малко инфрачервена светлина или топлина и поглъща повече през прозореца, отколкото повечето други видове покрития.
Изследователите тестваха прозорци с едно стъкло, покрити с наночастици, под симулирана слънчева светлина в лаборатория, потвърждавайки прогнозите на симулацията.Температурата от едната страна на покрития с наночастици прозорец се увеличи значително, което предполага, че покритието може да абсорбира топлината от слънчевата светлина отвътре, за да компенсира вътрешните загуби на топлина през прозорците с едно стъкло.
След това изследователите подадоха своите данни в широкомащабни симулации, за да анализират енергийните спестявания на сградата при различни климатични условия.В сравнение с нискоемисионните покрития на наличните в търговската мрежа единични прозорци, фототермичните покрития абсорбират по-голямата част от светлината в близкия инфрачервен спектър, докато прозорците с традиционно покритие я отразяват навън.Това поглъщане в близки инфрачервени лъчи води до около 12 до 20 процента по-малко топлинни загуби в сравнение с други покрития, а общият потенциал за спестяване на енергия на сградата достига около 20 процента в сравнение със сгради без покритие с едностъклени прозорци.
Уанг обаче каза, че по-добрата топлопроводимост, предимство през зимата, се превръща в недостатък през топлия сезон.За да отчетат сезонните промени, изследователите също включиха сенници в своите модели на сгради.Този дизайн блокира по-пряката слънчева светлина, която нагрява околната среда през лятото, като до голяма степен елиминира лошия топлопренос и всички свързани разходи за охлаждане.Екипът все още работи върху други методи, включително динамични прозоречни системи, за да отговори на сезонните нужди от отопление и охлаждане.
„Както показва това проучване, на този етап от проучването все още можем да подобрим цялостната топлинна ефективност на прозорците с единичен стъклопакет, за да бъде подобен на прозорците с двоен стъклопакет през зимата“, каза Уанг.„Тези резултати предизвикват нашите традиционни решения за използване на повече слоеве или изолация за модернизиране на еднокамерни прозорци с цел пестене на енергия.“
„Като се има предвид огромното търсене на сградния фонд за енергийна инфраструктура, както и околната среда, е наложително да развием знанията си, за да създаваме енергийно ефективни сгради“, каза Sez Atamtürktur Russcher, професор Хари и Арлийн Шел и ръководител на строителния инженеринг.„д-рУанг и неговият екип правят практически основни изследвания.
Други участници в тази работа включват Enhe Zhang, завършил студент по архитектурен дизайн;Qiuhua Duan, асистент по строително инженерство в Университета на Алабама, получи докторска степен по архитектурно инженерство от Пенсилванския държавен университет през декември 2021 г.;Юан Джао, изследовател в Advanced NanoTherapies Inc., който допринесе за тази работа като докторант в Пенсилванския държавен университет, Янгсяо Фенг, докторант по архитектурен дизайн.Националната научна фондация и Службата за опазване на природните ресурси на USDA подкрепиха тази работа.
Доказано е, че покритията за прозорци (молекули в близък план) подобряват преноса на топлина от външната слънчева светлина (оранжеви стрелки) към вътрешността на сградата, като същевременно осигуряват достатъчно пропускливост на светлина (жълти стрелки).Източник: Снимката е предоставена с любезното съдействие на Julian Wang.Всички права запазени.