A Pennsylvania Állami Egyetem kutatóinak egy csoportja egy olyan egyrétegű ablakburkolat hatékonyságát vizsgálta, amely javíthatja az energiamegtakarítást télen.Hitel: iStock/@Svetl.Minden jog fenntartva.
EGYETEMI PARK, Pennsylvania – A szigetelő levegőréteggel beágyazott dupla üvegezésű ablakok nagyobb energiahatékonyságot biztosítanak, mint az egyrétegű ablakok, de a meglévő egyrétegű ablakok cseréje költséges vagy műszakilag kihívást jelenthet.Gazdaságosabb, de kevésbé hatékony megoldás az egykamrás ablakok áttetsző fémfóliával való lefedése, amely télen elnyeli a nap melegének egy részét anélkül, hogy az üveg átlátszóságát veszélyeztetné.A bevonat hatékonyságának javítása érdekében a pennsylvaniai kutatók szerint a nanotechnológia segítségével télen a dupla üvegezésű ablakok hőteljesítményét elérheti.
A Pennsylvania Építészmérnöki Tanszék csapata a hőveszteséget csökkentő és a hőt jobban elnyelő nanoméretű komponenseket tartalmazó bevonatok energiatakarékos tulajdonságait vizsgálta.Elkészítették az építőanyagok energiahatékonyságának első átfogó elemzését is.A kutatók eredményeiket az Energy Conversion and Management című lapban tették közzé.
Julian Wang, az építészmérnök docense szerint a közeli infravörös fény – a napfény azon része, amelyet az ember nem lát, de érezhet hőt – képes aktiválni bizonyos fém nanorészecskék egyedülálló fototermikus hatását, növelve a befelé irányuló hőáramlást.az ablakon keresztül.
„Érdekelt bennünket annak megértése, hogyan javíthatják ezek a hatások az épületek energiahatékonyságát, különösen télen” – mondta Wang, aki szintén a Pennsylvania School of Art and Architecture Építészeti és Anyagtudományi Intézetében dolgozik.
A csapat először kidolgozott egy modellt annak becslésére, hogy mennyi napfényből származó hő verődik vissza, nyelődik el vagy jut át ​​a fém nanorészecskékkel bevont ablakokon.Azért választottak egy fototermikus vegyületet, mert képes elnyelni a közeli infravörös napfényt, miközben elegendő látható fényáteresztést biztosít.A modell előrejelzése szerint a bevonat kevésbé ver vissza közeli infravörös fényt vagy hőt, és többet nyel el az ablakon keresztül, mint a legtöbb más típusú bevonat.
A kutatók nanorészecskékkel bevont egyrétegű üvegablakokat teszteltek szimulált napfényben egy laboratóriumban, megerősítve a szimulációs előrejelzéseket.A nanorészecskékkel bevont ablak egyik oldalán a hőmérséklet jelentősen megnőtt, ami arra utal, hogy a bevonat belülről képes elnyelni a napfény hőjét, hogy kompenzálja az egyrétegű ablakokon keresztüli belső hőveszteséget.
A kutatók ezután nagyszabású szimulációkba táplálták be adataikat, hogy elemezzék az épület energiamegtakarítását különböző éghajlati viszonyok között.A kereskedelemben kapható egyablakok alacsony emissziós képességű bevonataihoz képest a fototermikus bevonatok elnyelik a legtöbb fényt a közeli infravörös spektrumban, míg a hagyományos bevonatú ablakok azt kifelé verik vissza.Ez a közeli infravörös elnyelés körülbelül 12-20 százalékkal kevesebb hőveszteséget eredményez, mint más bevonatok, és az épület teljes energiamegtakarítási potenciálja eléri a 20 százalékot az egyrétegű ablakokon lévő bevonat nélküli épületekhez képest.
Wang azonban azt mondta, hogy a jobb hővezető képesség, amely télen előny, a meleg évszakban hátrányt jelent.A szezonális változások figyelembevétele érdekében a kutatók előtetőket is beépítettek épületmodelljeikbe.Ez a kialakítás blokkolja a közvetlenebb napfényt, amely nyáron felmelegíti a környezetet, nagymértékben kiküszöbölve a rossz hőátadást és a kapcsolódó hűtési költségeket.A csapat továbbra is dolgozik más módszereken, beleértve a dinamikus ablakrendszereket a szezonális fűtési és hűtési igények kielégítésére.
"Amint ez a tanulmány megmutatja, a tanulmány ezen szakaszában még javíthatjuk az együveges ablakok általános hőteljesítményét, hogy hasonlóak legyenek a dupla üvegezésű ablakokéhoz télen" - mondta Wang.„Ezek az eredmények megkérdőjelezik hagyományos megoldásainkat, amelyek szerint több réteget vagy szigetelést alkalmazunk az egykamrás ablakok utólagos felszereléséhez az energiatakarékosság érdekében.”
„Tekintettel az épületállományban az energia-infrastruktúra és a környezet iránti hatalmas keresletre, elengedhetetlen tudásunk bővítése energiahatékony épületek létrehozása érdekében” – mondta Sez Atamtürktur Russcher, Harry és Arlene Schell professzor, valamint az építőmérnöki részleg vezetője.„Dr.Wang és csapata megvalósítható alapkutatást végez."
A munkában további közreműködők közé tartozik Enhe Zhang, az építészeti tervezés végzős hallgatója;Qiuhua Duan, az Alabamai Egyetem építőmérnöki adjunktusa 2021 decemberében szerzett PhD fokozatot építészmérnöki szakon a Pennsylvania Állami Egyetemen;Yuan Zhao, az Advanced NanoTherapies Inc. kutatója, aki PhD-kutatóként működött közre ebben a munkában a Pennsylvaniai Állami Egyetemen, Yangxiao Feng, PhD-hallgató építészeti tervezésből.A National Science Foundation és az USDA Natural Resources Conservation Service támogatta ezt a munkát.
Az ablakburkolatokról (közeli molekulákról) kimutatták, hogy fokozzák a kültéri napfény hőátadását (narancssárga nyilak) az épület belsejébe, miközben továbbra is elegendő fényáteresztést biztosítanak (sárga nyilak).Forrás: A kép Julian Wang jóvoltából.Minden jog fenntartva.