Pensilvānijas štata universitātes pētnieku grupa pētīja viena slāņa logu pārklājuma efektivitāti, kas var uzlabot enerģijas ietaupījumu ziemā.Kredīts: iStock/@Svetl.Visas tiesības aizsargātas.
UNIVERSITĀTES PARKS, Pensilvānija — dubultstiklojuma logi, kas iestiprināti ar izolācijas gaisa slāni, var nodrošināt lielāku energoefektivitāti nekā vienpakešu logi, taču esošo vienpakešu logu nomaiņa var būt dārga vai tehniski sarežģīta.Ekonomiskāks, bet mazāk efektīvs variants ir vienkameras logus nosegt ar caurspīdīgu metāla plēvi, kas ziemā absorbē daļu saules siltuma, neapdraudot stikla caurspīdīgumu.Lai uzlabotu pārklājuma efektivitāti, Pensilvānijas pētnieki saka, ka nanotehnoloģijas var palīdzēt paaugstināt siltuma veiktspēju līdz pat stikla pakešu logiem ziemā.
Komanda no Pensilvānijas Arhitektūras inženierijas departamenta pētīja tādu pārklājumu enerģijas taupīšanas īpašības, kas satur nanomēroga komponentus, kas samazina siltuma zudumus un labāk absorbē siltumu.Viņi arī pabeidza pirmo visaptverošo būvmateriālu energoefektivitātes analīzi.Pētnieki savus atklājumus publicēja sadaļā Enerģijas pārveidošana un pārvaldība.
Pēc arhitektūras inženierijas asociētā profesora Džuliana Vanga teiktā, gandrīz infrasarkanā gaisma - tā saules gaismas daļa, ko cilvēki neredz, bet var sajust siltumu - var aktivizēt dažu metāla nanodaļiņu unikālo fototermisko efektu, palielinot siltuma plūsmu uz iekšu.caur logu.
"Mēs esam ieinteresēti saprast, kā šie efekti var uzlabot ēku energoefektivitāti, īpaši ziemā," sacīja Vans, kurš strādā arī Pensilvānijas Mākslas un arhitektūras skolas Arhitektūras un materiālu institūtā.
Vispirms komanda izstrādāja modeli, lai novērtētu, cik daudz siltuma no saules gaismas tiktu atspoguļots, absorbēts vai pārraidīts caur logiem, kas pārklāti ar metāla nanodaļiņām.Viņi izvēlējās fototermisko savienojumu, jo tas spēj absorbēt gandrīz infrasarkano staru saules gaismu, vienlaikus nodrošinot pietiekamu redzamās gaismas caurlaidību.Modelis paredz, ka pārklājums mazāk atstaro tuvu infrasarkano gaismu vai siltumu un vairāk absorbē caur logu nekā vairums citu pārklājumu veidu.
Pētnieki laboratorijā pārbaudīja viena stikla logus, kas pārklāti ar nanodaļiņām simulētā saules gaismā, apstiprinot simulācijas prognozes.Temperatūra vienā nanodaļiņu pārklājuma loga pusē ievērojami palielinājās, kas liecina, ka pārklājums var absorbēt siltumu no saules gaismas no iekšpuses, lai kompensētu iekšējos siltuma zudumus caur viena stikla logiem.
Pēc tam pētnieki ievadīja savus datus liela mēroga simulācijās, lai analizētu ēkas enerģijas ietaupījumu dažādos klimatiskajos apstākļos.Salīdzinājumā ar komerciāli pieejamo atsevišķu logu pārklājumiem ar zemu emisijas pakāpi, fototermiskie pārklājumi absorbē lielāko daļu gaismas tuvajā infrasarkanajā spektrā, savukārt tradicionāli pārklātie logi to atstaro uz āru.Šīs gandrīz infrasarkanās absorbcijas rezultātā siltuma zudumi ir par aptuveni 12 līdz 20 procentiem mazāki nekā citiem pārklājumiem, un ēkas kopējais enerģijas taupīšanas potenciāls sasniedz aptuveni 20 procentus, salīdzinot ar nepārklātām ēkām uz vienpakešu logiem.
Tomēr Vangs teica, ka labāka siltumvadītspēja, priekšrocība ziemā, kļūst par trūkumu siltajā sezonā.Lai ņemtu vērā sezonālās izmaiņas, pētnieki savos ēku modeļos iekļāva arī nojumes.Šis dizains bloķē tiešāku saules gaismu, kas vasarā sasilda vidi, lielā mērā novēršot sliktu siltuma pārnesi un ar to saistītās dzesēšanas izmaksas.Komanda joprojām strādā pie citām metodēm, tostarp dinamiskām logu sistēmām, lai apmierinātu sezonas apkures un dzesēšanas vajadzības.
"Kā liecina šis pētījums, šajā pētījuma posmā mēs joprojām varam uzlabot viena stikla logu vispārējo siltuma veiktspēju, lai tas būtu līdzīgs stikla pakešu logiem ziemā," sacīja Vans."Šie rezultāti izaicina mūsu tradicionālos risinājumus, izmantojot vairāk slāņu vai izolāciju, lai modernizētu vienas kameras logus, lai taupītu enerģiju."
"Ņemot vērā milzīgo pieprasījumu ēku fondā pēc enerģētikas infrastruktūras, kā arī vides, mums ir obligāti jāpaplašina mūsu zināšanas, lai izveidotu energoefektīvas ēkas," sacīja Sez Atamtürktur Russcher, profesors Harijs un Arlēna Šela un būvinženieru nodaļas vadītājs.“Dr.Vangs un viņa komanda veic praktiskus pamatpētījumus.
Citi ieguldījumi šajā darbā ir Enhe Zhang, arhitektūras dizaina maģistrantūras students;Qiuhua Duan, Alabamas Universitātes inženierzinātņu docente, Pensilvānijas Valsts universitātē 2021. gada decembrī ieguva doktora grādu arhitektūras inženierijā;Yuan Zhao, pētnieks Advanced NanoTherapies Inc., kurš piedalījās šajā darbā kā PhD pētnieks Pensilvānijas štata universitātē, Yangxiao Feng, doktorants arhitektūras projektēšanā.Nacionālais zinātnes fonds un USDA Dabas resursu saglabāšanas dienests atbalstīja šo darbu.
Ir pierādīts, ka logu pārsegumi (tuvplāna molekulas) uzlabo siltuma pārnesi no āra saules gaismas (oranžas bultiņas) uz ēkas iekšpusi, vienlaikus nodrošinot pietiekamu gaismas caurlaidību (dzeltenas bultiņas).Avots: attēls ar Julian Wang pieklājību.Visas tiesības aizsargātas.