Skupina výzkumníků z Pennsylvania State University zkoumala účinnost jednovrstvé okenní krytiny, která může zlepšit úspory energie v zimě.Kredit: iStock/@Svetl.Všechna práva vyhrazena.
UNIVERSITY PARK, Pensylvánie – Okna s dvojitým zasklením vložená do vrstvy izolačního vzduchu mohou poskytnout vyšší energetickou účinnost než okna s jedním tabulím, ale výměna stávajících oken s jedním tabulím může být nákladná nebo technicky náročná.Ekonomičtější, ale méně efektivní varianta je pokrýt jednokomorová okna průsvitnou kovovou fólií, která v zimě pohltí část slunečního tepla, aniž by byla narušena průhlednost skla.Aby se zlepšila účinnost nátěru, vědci z Pensylvánie říkají, že nanotechnologie může pomoci dosáhnout tepelného výkonu na úroveň s dvojitým zasklením v zimě.
Tým z Pennsylvania Department of Architectural Engineering zkoumal energeticky úsporné vlastnosti povlaků obsahujících nanočástice, které snižují tepelné ztráty a lépe absorbují teplo.Dokončili také první komplexní analýzu energetické účinnosti stavebních materiálů.Svá zjištění vědci zveřejnili v časopise Energy Conversion and Management.
Podle Juliana Wanga, docenta architektonického inženýrství, může blízké infračervené světlo – část slunečního světla, kterou lidé nevidí, ale cítí teplo – aktivovat jedinečný fototermický efekt určitých kovových nanočástic, čímž se zvyšuje tepelný tok dovnitř.skrz okno.
"Zajímá nás, jak mohou tyto efekty zlepšit energetickou účinnost budov, zejména v zimě," řekl Wang, který také pracuje na Institutu architektury a materiálů na Pennsylvania School of Art and Architecture.
Tým nejprve vyvinul model k odhadu, kolik tepla ze slunečního světla by se odrazilo, absorbovalo nebo prošlo okny potaženými kovovými nanočásticemi.Vybrali si fototermální sloučeninu kvůli její schopnosti absorbovat blízké infračervené sluneční světlo a přitom stále poskytovat dostatečnou propustnost viditelného světla.Model předpovídá, že povlak odráží méně blízké infračervené světlo nebo teplo a absorbuje více oknem než většina ostatních typů povlaků.
Vědci testovali jednotabulová skleněná okna potažená nanočásticemi pod simulovaným slunečním světlem v laboratoři, čímž potvrdili simulační předpovědi.Teplota na jedné straně okna potaženého nanočásticemi se výrazně zvýšila, což naznačuje, že povlak může absorbovat teplo ze slunečního světla zevnitř, aby kompenzoval vnitřní tepelné ztráty přes jednotabulová okna.
Vědci pak svá data vložili do rozsáhlých simulací, aby analyzovali úspory energie budovy za různých klimatických podmínek.Ve srovnání s povlaky s nízkou emisivitou komerčně dostupných jednotlivých oken absorbují fototermické povlaky většinu světla v blízkém infračerveném spektru, zatímco okna s tradičním povlakem ho odrážejí směrem ven.Tato absorpce blízkého infračerveného záření má za následek asi o 12 až 20 procent nižší tepelné ztráty než u jiných nátěrů a celkový potenciál úspory energie budovy dosahuje přibližně 20 procent ve srovnání s budovami bez nátěru na jednotabulových oknech.
Wang však řekl, že lepší tepelná vodivost, výhoda v zimě, se v teplém období stává nevýhodou.Aby se zohlednily sezónní změny, výzkumníci také začlenili přístřešky do svých modelů budov.Tato konstrukce blokuje více přímého slunečního záření, které ohřívá prostředí v létě, a do značné míry eliminuje špatný přenos tepla a související náklady na chlazení.Tým stále pracuje na dalších metodách, včetně dynamických okenních systémů, které splňují sezónní potřeby vytápění a chlazení.
"Jak tato studie ukazuje, v této fázi studie můžeme stále zlepšit celkový tepelný výkon oken s jednoduchým zasklením, aby byl podobný oknům s dvojitým zasklením v zimě," řekl Wang."Tyto výsledky zpochybňují naše tradiční řešení použití více vrstev nebo izolace pro dovybavení jednokomorových oken za účelem úspory energie."
„Vzhledem k obrovské poptávce po energetické infrastruktuře a životním prostředí ve fondu budov je nezbytné, abychom rozšířili naše znalosti, abychom vytvořili energeticky účinné budovy,“ řekl Sez Atamtürktur Russcher, profesor Harry a Arlene Schell a vedoucí stavebního inženýrství."Dr.Wang a jeho tým provádějí základní výzkum."
Mezi další přispěvatele této práce patří Enhe Zhang, postgraduální studentka architektonického designu;Qiuhua Duan, odborná asistentka stavebního inženýrství na University of Alabama, získala doktorát v oboru architektonické inženýrství na Pennsylvania State University v prosinci 2021;Yuan Zhao, výzkumný pracovník společnosti Advanced NanoTherapies Inc., který k této práci přispěl jako doktorand na Pennsylvania State University, Yangxiao Feng, doktorand v architektonickém designu.Tuto práci podpořila National Science Foundation a USDA Natural Resources Conservation Service.
Bylo prokázáno, že okenní krytiny (detailní molekuly) zvyšují přenos tepla z venkovního slunečního záření (oranžové šipky) do interiéru budovy a přitom stále poskytují dostatečnou propustnost světla (žluté šipky).Zdroj: Obrázek se svolením Juliana Wanga.Všechna práva vyhrazena.