Um grupo de pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia investigou a eficácia de uma cobertura de janela de camada única que pode melhorar a economia de energia no inverno.Crédito: iStock/@Svetl.Todos os direitos reservados.
UNIVERSITY PARK, Pensilvânia — As janelas de vidros duplos intercaladas com uma camada de ar isolante podem proporcionar maior eficiência energética do que as janelas de painel único, mas substituir as janelas de painel único existentes pode ser dispendiosa ou tecnicamente desafiadora.Uma opção mais econômica, porém menos eficaz, é cobrir as janelas unicâmaras com uma película metálica translúcida, que absorve parte do calor do sol no inverno sem comprometer a transparência do vidro.Para melhorar a eficiência do revestimento, os pesquisadores da Pensilvânia dizem que a nanotecnologia pode ajudar a elevar o desempenho térmico ao nível das janelas com vidros duplos no inverno.
Uma equipe do Departamento de Engenharia Arquitetônica da Pensilvânia investigou as propriedades de economia de energia de revestimentos contendo componentes em nanoescala que reduzem a perda de calor e absorvem melhor o calor.Concluíram também a primeira análise abrangente da eficiência energética dos materiais de construção.Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Energy Conversion and Management.
De acordo com Julian Wang, professor associado de engenharia arquitetônica, a luz infravermelha próxima – a parte da luz solar que os humanos não conseguem ver, mas podem sentir calor – pode ativar o efeito fototérmico único de certas nanopartículas metálicas, aumentando o fluxo de calor para dentro.através da janela.
“Estamos interessados ​​em compreender como estes efeitos podem melhorar a eficiência energética dos edifícios, especialmente no inverno”, disse Wang, que também trabalha no Instituto de Arquitetura e Materiais da Escola de Arte e Arquitetura da Pensilvânia.
A equipe primeiro desenvolveu um modelo para estimar quanto calor da luz solar seria refletido, absorvido ou transmitido através de janelas revestidas com nanopartículas metálicas.Eles escolheram um composto fototérmico devido à sua capacidade de absorver a luz solar infravermelha próxima, ao mesmo tempo que fornece transmissão de luz visível suficiente.O modelo prevê que o revestimento reflete menos luz infravermelha próxima ou calor e absorve mais através da janela do que a maioria dos outros tipos de revestimentos.
Os pesquisadores testaram janelas de vidro de painel único revestidas com nanopartículas sob luz solar simulada em laboratório, confirmando as previsões da simulação.A temperatura em um lado da janela revestida com nanopartículas aumentou significativamente, sugerindo que o revestimento pode absorver o calor da luz solar de dentro para compensar a perda interna de calor através de janelas de painel único.
Os pesquisadores então alimentaram seus dados em simulações em grande escala para analisar a economia de energia do edifício sob diversas condições climáticas.Em comparação com os revestimentos de baixa emissividade das janelas individuais disponíveis no mercado, os revestimentos fototérmicos absorvem a maior parte da luz no espectro do infravermelho próximo, enquanto as janelas revestidas tradicionalmente a refletem para fora.Esta absorção do infravermelho próximo resulta em cerca de 12 a 20 por cento menos perda de calor do que outros revestimentos, e o potencial geral de poupança de energia do edifício atinge cerca de 20 por cento em comparação com edifícios não revestidos com janelas de painel único.
No entanto, Wang disse que a melhor condutividade térmica, uma vantagem no inverno, torna-se uma desvantagem na estação quente.Para ter em conta as mudanças sazonais, os investigadores também incorporaram coberturas nos seus modelos de construção.Este design bloqueia a luz solar mais direta que aquece o ambiente no verão, eliminando em grande parte a má transferência de calor e quaisquer custos de refrigeração associados.A equipe ainda está trabalhando em outros métodos, incluindo sistemas de janelas dinâmicas para atender às necessidades sazonais de aquecimento e resfriamento.
“Como mostra este estudo, nesta fase do estudo, ainda podemos melhorar o desempenho térmico geral das janelas de vidro simples para que sejam semelhantes às janelas de vidro duplo no inverno”, disse Wang.“Estes resultados desafiam as nossas soluções tradicionais de utilização de mais camadas ou isolamento para modernizar janelas de câmara única para poupar energia.”
“Dada a enorme procura no parque imobiliário por infra-estruturas energéticas, bem como pelo ambiente, é imperativo que avancemos os nossos conhecimentos para criar edifícios energeticamente eficientes”, afirmaram Sez Atamtürktur Russcher, Professores Harry e Arlene Schell e Chefe de Engenharia de Construção.“Dr.Wang e sua equipe estão fazendo pesquisas básicas acionáveis”.
Outros colaboradores deste trabalho incluem Enhe Zhang, estudante de pós-graduação em projeto arquitetônico;Qiuhua Duan, professora assistente de Engenharia Civil na Universidade do Alabama, recebeu seu doutorado em Engenharia Arquitetônica pela Universidade Estadual da Pensilvânia em dezembro de 2021;Yuan Zhao, pesquisador da Advanced NanoTherapies Inc., que contribuiu para este trabalho como pesquisador de doutorado na Universidade Estadual da Pensilvânia, Yangxiao Feng, estudante de doutorado em projeto arquitetônico.A National Science Foundation e o Serviço de Conservação de Recursos Naturais do USDA apoiaram este trabalho.
Foi demonstrado que os revestimentos de janelas (moléculas aproximadas) melhoram a transferência de calor da luz solar externa (setas laranja) para o interior de um edifício, ao mesmo tempo que fornecem transmissão de luz suficiente (setas amarelas).Fonte: Imagem cortesia de Julian Wang.Todos os direitos reservados.