Pensilvanijos valstijos universiteto mokslininkų grupė ištyrė vieno sluoksnio langų dangos, galinčios pagerinti energijos taupymą žiemą, efektyvumą.Kreditas: iStock/@Svetl.Visos teisės saugomos.
UNIVERSITETO PARKAS, Pensilvanija. Dvigubo stiklo langai, įterpti izoliaciniu oro sluoksniu, gali užtikrinti didesnį energijos vartojimo efektyvumą nei vieno stiklo langai, tačiau pakeisti esamus vieno stiklo langus gali būti brangu arba techniškai sudėtinga.Ekonomiškesnis, tačiau ne toks efektyvus variantas – vienos kameros langus uždengti permatoma metaline plėvele, kuri žiemą sugeria dalį saulės šilumos, nepakenkdama stiklo skaidrumui.Siekdami pagerinti dangos efektyvumą, Pensilvanijos mokslininkai teigia, kad nanotechnologijos gali padėti pasiekti, kad šiluminis efektyvumas prilygtų dvigubo stiklo langams žiemą.
Pensilvanijos architektūros inžinerijos departamento komanda ištyrė dangų, kurių sudėtyje yra nanoskalės komponentų, mažinančių šilumos nuostolius ir geriau sugeriančių šilumą, energijos taupymo savybes.Jie taip pat atliko pirmąją išsamią statybinių medžiagų energinio efektyvumo analizę.Tyrėjai paskelbė savo išvadas „Energijos konversija ir valdymas“.
Pasak architektūros inžinerijos docento Juliano Wango, artimoji infraraudonoji šviesa – saulės šviesos dalis, kurios žmonės nemato, bet gali jausti šilumą – gali suaktyvinti unikalų tam tikrų metalo nanodalelių fototerminį efektą, padidindama šilumos srautą į vidų.per langą.
„Mums įdomu suprasti, kaip šie efektai gali pagerinti pastatų energijos vartojimo efektyvumą, ypač žiemą“, – sakė Wangas, taip pat dirbantis Pensilvanijos meno ir architektūros mokyklos Architektūros ir medžiagų institute.
Pirmiausia komanda sukūrė modelį, skirtą įvertinti, kiek saulės spindulių šilumos atsispindėtų, sugertų arba perduotų pro langus, padengtus metalinėmis nanodalelėmis.Jie pasirinko fototerminį junginį dėl jo gebėjimo sugerti beveik infraraudonuosius saulės spindulius, tuo pačiu užtikrinant pakankamą matomos šviesos pralaidumą.Modelis numato, kad danga mažiau atspindi artimą infraraudonųjų spindulių šviesą ar šilumą ir daugiau sugeria pro langą nei dauguma kitų dangų tipų.
Tyrėjai laboratorijoje išbandė vieno stiklo langus, padengtus nanodalelėmis, imituojamoje saulės šviesoje, patvirtindami modeliavimo prognozes.Temperatūra vienoje nanodalelėmis padengto lango pusėje žymiai padidėjo, o tai rodo, kad danga gali sugerti saulės spindulių šilumą iš vidaus, kad kompensuotų vidinius šilumos nuostolius per vieno stiklo langus.
Tada mokslininkai pateikė savo duomenis į didelio masto modeliavimą, kad išanalizuoti pastato energijos taupymą įvairiomis klimato sąlygomis.Palyginti su mažo spinduliavimo koeficiento dangomis, parduodamomis pavieniais langais, fototerminės dangos sugeria didžiąją dalį artimojo infraraudonųjų spindulių spektro šviesos, o tradiciškai padengti langai atspindi ją į išorę.Dėl šios artimos infraraudonosios spinduliuotės sugerties šilumos nuostoliai yra apie 12–20 procentų mažesni nei naudojant kitas dangas, o bendras pastato energijos taupymo potencialas siekia apie 20 procentų, lyginant su nepadengtais pastatais ant vieno stiklo langų.
Tačiau Wang teigė, kad geresnis šilumos laidumas, privalumas žiemą, šiltuoju metų laiku tampa trūkumu.Norėdami atsižvelgti į sezoninius pokyčius, mokslininkai į savo pastatų modelius įtraukė stogelius.Ši konstrukcija apsaugo nuo tiesioginių saulės spindulių, kurie vasarą šildo aplinką, todėl iš esmės pašalinamas prastas šilumos perdavimas ir visos susijusios vėsinimo išlaidos.Komanda vis dar dirba su kitais metodais, įskaitant dinamines langų sistemas, kad atitiktų sezoninius šildymo ir vėsinimo poreikius.
„Kaip rodo šis tyrimas, šiame tyrimo etape vis dar galime pagerinti bendrą vieno stiklo langų šiluminę charakteristiką, kad ji būtų panaši į dvigubo stiklo langus žiemą“, – sakė Wang.„Šie rezultatai meta iššūkį mūsų tradiciniams sprendimams naudoti daugiau sluoksnių arba izoliacijos, kad būtų galima modifikuoti vienos kameros langus, kad būtų taupoma energija.
„Atsižvelgiant į didžiulę energijos infrastruktūros ir aplinkosaugos pastatų paklausą, būtina tobulinti savo žinias, kad sukurtume energiją taupančius pastatus“, – sakė Sez Atamtürktur Russcher, profesorius Harry ir Arlene Schell bei statybos inžinerijos vadovas.„Dr.Wangas ir jo komanda atlieka pagrindinius tyrimus.
Kiti prisidėjo prie šio darbo Enhe Zhang, architektūros dizaino magistrantė;Qiuhua Duan, Alabamos universiteto civilinės inžinerijos docentė, 2021 m. gruodžio mėn. Pensilvanijos valstijos universitete įgijo architektūros inžinerijos daktaro laipsnį;Yuan Zhao, „Advanced NanoTherapies Inc.“ tyrėjas, prisidėjęs prie šio darbo kaip doktorantas Pensilvanijos valstijos universitete Yangxiao Feng, architektūros dizaino doktorantas.Nacionalinis mokslo fondas ir USDA gamtos išteklių apsaugos tarnyba palaikė šį darbą.
Įrodyta, kad langų dangos (artimosios molekulės) pagerina lauko saulės spindulių šilumos perdavimą (oranžinės rodyklės) į pastato vidų, tuo pačiu užtikrinant pakankamą šviesos pralaidumą (geltonos rodyklės).Šaltinis: Julian Wang nuotrauka.Visos teisės saugomos.