Sekelompok peneliti di Pennsylvania State University menyelidiki efektivitas penutup jendela satu lapis yang dapat meningkatkan penghematan energi di musim dingin.Kredit: iStock/@Svetl.Seluruh hak cipta.
UNIVERSITY PARK, Pennsylvania — Jendela berlapis ganda yang diapit dengan lapisan penyekat udara dapat memberikan efisiensi energi yang lebih besar dibandingkan jendela satu panel, namun mengganti jendela satu panel yang ada bisa memakan biaya mahal atau menantang secara teknis.Pilihan yang lebih ekonomis, tetapi kurang efektif adalah menutup jendela satu ruang dengan film logam tembus pandang, yang menyerap sebagian panas matahari di musim dingin tanpa mengurangi transparansi kaca.Untuk meningkatkan efisiensi pelapisan, peneliti Pennsylvania mengatakan nanoteknologi dapat membantu meningkatkan kinerja termal setara dengan jendela berlapis ganda di musim dingin.
Sebuah tim dari Departemen Teknik Arsitektur Pennsylvania menyelidiki sifat hemat energi dari lapisan yang mengandung komponen berskala nano yang mengurangi kehilangan panas dan menyerap panas dengan lebih baik.Mereka juga menyelesaikan analisis komprehensif pertama mengenai efisiensi energi bahan bangunan.Para peneliti mempublikasikan temuan mereka di Konversi dan Manajemen Energi.
Menurut Julian Wang, seorang profesor teknik arsitektur, cahaya inframerah-dekat – bagian dari sinar matahari yang tidak dapat dilihat manusia tetapi dapat merasakan panas – dapat mengaktifkan efek fototermal unik dari nanopartikel logam tertentu, sehingga meningkatkan aliran panas ke dalam.melalui jendela.
“Kami tertarik untuk memahami bagaimana efek ini dapat meningkatkan efisiensi energi bangunan, terutama di musim dingin,” kata Wang, yang juga bekerja di Institut Arsitektur dan Material di Sekolah Seni dan Arsitektur Pennsylvania.
Tim pertama kali mengembangkan model untuk memperkirakan berapa banyak panas dari sinar matahari yang akan dipantulkan, diserap, atau ditransmisikan melalui jendela yang dilapisi nanopartikel logam.Mereka memilih senyawa fototermal karena kemampuannya menyerap sinar matahari inframerah-dekat sambil tetap memberikan transmisi cahaya tampak yang cukup.Model tersebut memperkirakan bahwa lapisan tersebut memantulkan lebih sedikit cahaya inframerah dekat atau panas dan menyerap lebih banyak melalui jendela dibandingkan kebanyakan jenis lapisan lainnya.
Para peneliti menguji jendela kaca satu panel yang dilapisi nanopartikel di bawah simulasi sinar matahari di laboratorium, mengkonfirmasikan prediksi simulasi.Suhu di satu sisi jendela berlapis nanopartikel meningkat secara signifikan, menunjukkan bahwa lapisan tersebut dapat menyerap panas dari sinar matahari dari dalam untuk mengkompensasi kehilangan panas internal melalui jendela satu panel.
Para peneliti kemudian memasukkan data mereka ke dalam simulasi skala besar untuk menganalisis penghematan energi bangunan dalam berbagai kondisi iklim.Dibandingkan dengan lapisan emisivitas rendah pada jendela tunggal yang tersedia secara komersial, lapisan fototermal menyerap sebagian besar cahaya dalam spektrum inframerah dekat, sedangkan jendela berlapis tradisional memantulkannya ke luar.Penyerapan inframerah-dekat ini menghasilkan kehilangan panas sekitar 12 hingga 20 persen lebih sedikit dibandingkan pelapis lainnya, dan potensi penghematan energi keseluruhan bangunan mencapai sekitar 20 persen dibandingkan bangunan tanpa pelapis pada jendela satu panel.
Namun, Wang mengatakan bahwa konduktivitas termal yang lebih baik, yang merupakan keuntungan di musim dingin, menjadi kerugian di musim panas.Untuk memperhitungkan perubahan musim, para peneliti juga memasukkan kanopi ke dalam model bangunan mereka.Desain ini menghalangi sinar matahari langsung yang memanaskan lingkungan di musim panas, sehingga menghilangkan perpindahan panas yang buruk dan biaya pendinginan yang terkait.Tim masih mengerjakan metode lain, termasuk sistem jendela dinamis untuk memenuhi kebutuhan pemanasan dan pendinginan musiman.
“Seperti yang ditunjukkan oleh penelitian ini, pada tahap penelitian ini, kami masih dapat meningkatkan kinerja termal keseluruhan jendela kaca tunggal agar serupa dengan jendela kaca ganda di musim dingin,” kata Wang.“Hasil ini menantang solusi tradisional kami yang menggunakan lebih banyak lapisan atau insulasi untuk memasang kembali jendela satu ruang guna menghemat energi.”
“Mengingat besarnya permintaan bahan bangunan untuk infrastruktur energi serta lingkungan hidup, sangat penting bagi kita untuk meningkatkan pengetahuan kita untuk menciptakan bangunan hemat energi,” kata Sez Atamtürktur Russcher, Profesor Harry dan Arlene Schell dan Kepala Teknik Konstruksi.“Dr.Wang dan timnya sedang melakukan penelitian dasar yang dapat ditindaklanjuti.”
Kontributor lain untuk karya ini termasuk Enhe Zhang, seorang mahasiswa pascasarjana di bidang desain arsitektur;Qiuhua Duan, Asisten Profesor Teknik Sipil di Universitas Alabama, menerima gelar PhD di bidang Teknik Arsitektur dari Pennsylvania State University pada Desember 2021;Yuan Zhao, peneliti di Advanced NanoTherapies Inc., yang berkontribusi pada pekerjaan ini sebagai peneliti PhD di Pennsylvania State University, Yangxiao Feng, mahasiswa PhD dalam desain arsitektur.National Science Foundation dan USDA Natural Resources Conservation Service mendukung pekerjaan ini.
Penutup jendela (molekul jarak dekat) telah terbukti meningkatkan perpindahan panas dari sinar matahari luar ruangan (panah oranye) ke interior bangunan sambil tetap memberikan transmisi cahaya yang cukup (panah kuning).Sumber: Gambar milik Julian Wang.Seluruh hak cipta.