Grupo de esploristoj en Pennsylvania State University esploris la efikecon de unutavola fenestrokovraĵo kiu povas plibonigi energiŝparojn en la vintro.Kredito: iStock/@Svetl.Ĉiuj rajtoj rezervitaj.
UNIVERSITA PARKO, Pensilvanio — Duobla vitraj fenestroj enfermitaj kun tavolo de izola aero povas provizi pli grandan energian efikecon ol unu-fenestroj, sed anstataŭigi ekzistantajn unu-fenestrajn fenestrojn povas esti multekosta aŭ teknike defia.Pli ekonomia, sed malpli efika opcio estas kovri unuĉambrajn fenestrojn per diafana metala filmo, kiu sorbas iom da suna varmo vintre sen kompromiti la travideblecon de la vitro.Por plibonigi tegan efikecon, Pensilvaniaj esploristoj diras, ke nanoteknologio povas helpi alporti termikan rendimenton ĝis alparo kun duoble vitraj fenestroj vintre.
Teamo de la Pensilvania Sekcio de Arkitektura Inĝenierado esploris la energiŝparajn trajtojn de tegaĵoj enhavantaj nanoskalajn komponentojn kiuj reduktas varmoperdon kaj pli bone sorbas varmecon.Ili ankaŭ kompletigis la unuan ampleksan analizon de la energia efikeco de konstrumaterialoj.La esploristoj publikigis siajn rezultojn en Energio-Konvertiĝo kaj Administrado.
Laŭ Julian Wang, asociita profesoro pri arkitektura inĝenierado, preskaŭ-infraruĝa lumo - la parto de sunlumo, kiun homoj ne povas vidi sed povas senti varmecon - povas aktivigi la unikan fototerman efikon de certaj metalaj nanopartikloj, pliigante varmofluon enen.tra la fenestro.
"Ni interesiĝas kompreni kiel ĉi tiuj efikoj povas plibonigi la energian efikecon de konstruaĵoj, precipe vintre," diris Wang, kiu ankaŭ laboras ĉe la Instituto pri Arkitekturo kaj Materialoj ĉe la Pensilvania Lernejo de Arto kaj Arkitekturo.
La teamo unue evoluigis modelon por taksi kiom multe da varmo de sunlumo estus reflektita, sorbita aŭ transdonita tra fenestroj kovritaj per metalaj nanopartikloj.Ili elektis fototermikan kunmetaĵon pro ĝia kapablo absorbi preskaŭ-infraruĝan sunlumon dum daŭre disponigante sufiĉan videblan luman dissendon.La modelo antaŭdiras ke la tegaĵo reflektas malpli proksime de infraruĝa lumo aŭ varmeco kaj absorbas pli tra la fenestro ol la plej multaj aliaj specoj de tegaĵoj.
La esploristoj testis unu-fenestrajn vitrofenestrojn kovritajn per nanopartikloj sub ŝajniga sunlumo en laboratorio, konfirmante simulajn prognozojn.La temperaturo sur unu flanko de la nanopartiklo-tegita fenestro pliiĝis signife, sugestante ke la tegaĵo povas absorbi varmecon de sunlumo de interne por kompensi por interna varmoperdo tra unu-fenestraj fenestroj.
La esploristoj tiam provizis siajn datumojn en grandskalajn simuladojn por analizi la energiŝparojn de la konstruaĵo sub diversaj klimataj kondiĉoj.Kompare kun la malaltaj emisivecaj tegaĵoj de komerce haveblaj ununuraj fenestroj, fototermikaj tegaĵoj absorbas la plej grandan parton de la lumo en la preskaŭ-infraruĝa spektro, dum tradicie kovritaj fenestroj reflektas ĝin eksteren.Ĉi tiu preskaŭ-infraruĝa sorbado rezultigas proksimume 12 ĝis 20 procentojn malpli da varmoperdo ol aliaj tegaĵoj, kaj la totala energiŝpara potencialo de la konstruaĵo atingas proksimume 20 procentojn kompare kun netegitaj konstruaĵoj sur unu-fenestraj fenestroj.
Tamen Wang diris, ke pli bona varmokondukteco, avantaĝo vintre, fariĝas malavantaĝo en la varma sezono.Por respondeci pri laŭsezonaj ŝanĝoj, la esploristoj ankaŭ korpigis kanopeojn en siaj konstruaj modeloj.Ĉi tiu dezajno blokas la pli rektan sunlumon, kiu varmigas la medion somere, plejparte forigante malbonan varmotransigon kaj ajnajn rilatajn malvarmigajn kostojn.La teamo daŭre laboras pri aliaj metodoj, inkluzive de dinamikaj fenestraj sistemoj por plenumi laŭsezonajn hejtadojn kaj malvarmigajn bezonojn.
"Kiel ĉi tiu studo montras, en ĉi tiu stadio de la studo, ni ankoraŭ povas plibonigi la ĝeneralan termikan rendimenton de unu-vitraj fenestroj por esti similaj al duoble-vitraj fenestroj vintre," diris Wang."Ĉi tiuj rezultoj defias niajn tradiciajn solvojn uzi pli da tavoloj aŭ izolajzo por renovigi unuĉambrajn fenestrojn por ŝpari energion."
"Konsiderante la grandegan postulon en la konstruaĵaro por energia infrastrukturo same kiel la medio, estas nepre, ke ni antaŭenigu nian scion por krei energiefikajn konstruaĵojn," diris Sez Atamtürktur Russcher, Profesoro Harry kaj Arlene Schell kaj Estro de Konstrua Inĝenierado.“D-ro.Wang kaj lia teamo faras akcepteblan bazan esploron."
Aliaj kontribuantoj al tiu laboro inkludas Enhe Zhang, gradstudanto en arkitektura dezajno;Qiuhua Duan, Asistanto Profesoro pri Konstrua Inĝenierado ĉe la Universitato de Alabamo, ricevis sian PhD en Arkitektura Inĝenierado de Pennsylvania State University en decembro 2021;Yuan Zhao, esploristo ĉe Advanced NanoTherapies Inc., kiu kontribuis al ĉi tiu laboro kiel PhD-esploristo ĉe Pennsylvania State University, Yangxiao Feng, PhD-studento en arkitektura dezajno.La Nacia Scienca Fonduso kaj la USDA Natural Resources Conservation Service subtenis ĉi tiun laboron.
Fenestraj kovriloj (deproksimaj molekuloj) pruviĝis plifortigi la translokigon de varmo de subĉiela sunlumo (oranĝaj sagoj) ĝis la interno de konstruaĵo dum daŭre disponigante sufiĉan lumdissendon (flavaj sagoj).Fonto: Bildo ĝentileco de Julian Wang.Ĉiuj rajtoj rezervitaj.