Skupina vedcov z Pennsylvánskej štátnej univerzity skúmala účinnosť jednovrstvovej okennej krytiny, ktorá môže zlepšiť úspory energie v zime.Kredit: iStock/@Svetl.Všetky práva vyhradené.
UNIVERSITY PARK, Pensylvánia – Okná s dvojitým zasklením vložené do vrstvy izolačného vzduchu môžu poskytnúť vyššiu energetickú účinnosť ako okná s jedným sklom, ale výmena existujúcich okien s jedným oknom môže byť nákladná alebo technicky náročná.Ekonomickejším, no menej efektívnym variantom je prekrytie jednokomorových okien priesvitnou kovovou fóliou, ktorá v zime pohltí časť slnečného tepla bez toho, aby bola narušená priehľadnosť skla.Na zlepšenie účinnosti náteru výskumníci z Pennsylvánie tvrdia, že nanotechnológia môže v zime pomôcť dosiahnuť tepelný výkon na úrovni okien s dvojitým zasklením.
Tím z Pennsylvánskeho oddelenia architektonického inžinierstva skúmal energeticky úsporné vlastnosti náterov obsahujúcich nanokomponenty, ktoré znižujú tepelné straty a lepšie absorbujú teplo.Dokončili tiež prvú komplexnú analýzu energetickej hospodárnosti stavebných materiálov.Výskumníci zverejnili svoje zistenia v časopise Energy Conversion and Management.
Podľa Juliana Wanga, docenta architektonického inžinierstva, blízke infračervené svetlo – časť slnečného svetla, ktorú ľudia nevidia, ale cítia teplo – môže aktivovať jedinečný fototermálny efekt určitých kovových nanočastíc, čím sa zvyšuje tepelný tok dovnútra.cez okno.
"Máme záujem pochopiť, ako môžu tieto efekty zlepšiť energetickú účinnosť budov, najmä v zime," povedal Wang, ktorý tiež pracuje na Inštitúte architektúry a materiálov na Pensylvánskej škole umenia a architektúry.
Tím najprv vyvinul model na odhadnutie toho, koľko tepla zo slnečného žiarenia by sa odrazilo, absorbovalo alebo prenieslo cez okná potiahnuté kovovými nanočasticami.Vybrali si fototermálnu zlúčeninu kvôli jej schopnosti absorbovať blízke infračervené slnečné svetlo a zároveň poskytovať dostatočnú priepustnosť viditeľného svetla.Model predpovedá, že povlak odráža menej blízkeho infračerveného svetla alebo tepla a absorbuje cez okno viac ako väčšina iných typov povlakov.
Výskumníci testovali jednovrstvové sklenené okná potiahnuté nanočasticami pod simulovaným slnečným žiarením v laboratóriu, čím potvrdili simulačné predpovede.Teplota na jednej strane okna potiahnutého nanočasticami sa výrazne zvýšila, čo naznačuje, že povlak môže absorbovať teplo zo slnečného žiarenia zvnútra, aby kompenzoval vnútorné tepelné straty cez okná s jedným sklom.
Výskumníci potom vložili svoje údaje do rozsiahlych simulácií, aby analyzovali úspory energie budovy v rôznych klimatických podmienkach.V porovnaní s povlakmi s nízkou emisivitou komerčne dostupných jednotlivých okien absorbujú fototermické povlaky väčšinu svetla v blízkom infračervenom spektre, zatiaľ čo okná s tradičným povlakom ho odrážajú smerom von.Táto absorpcia v blízkosti infračerveného žiarenia má za následok asi o 12 až 20 percent menšie tepelné straty ako iné nátery a celkový potenciál úspory energie budovy dosahuje približne 20 percent v porovnaní s budovami bez náteru na oknách s jedným sklom.
Wang však povedal, že lepšia tepelná vodivosť, výhoda v zime, sa v teplom období stáva nevýhodou.Aby sa zohľadnili sezónne zmeny, výskumníci tiež začlenili prístrešky do svojich modelov budov.Tento dizajn blokuje viac priameho slnečného žiarenia, ktoré v lete ohrieva prostredie, čím sa do značnej miery eliminuje zlý prenos tepla a akékoľvek súvisiace náklady na chladenie.Tím stále pracuje na ďalších metódach, vrátane dynamických okenných systémov, aby vyhovovali sezónnym potrebám vykurovania a chladenia.
"Ako ukazuje táto štúdia, v tejto fáze štúdie môžeme ešte zlepšiť celkový tepelný výkon okien s jednoduchým zasklením, aby bol podobný ako okná s dvojitým zasklením v zime," povedal Wang.„Tieto výsledky spochybňujú naše tradičné riešenia používania viacerých vrstiev alebo izolácie na dodatočné vybavenie jednokomorových okien s cieľom šetriť energiu.“
„Vzhľadom na obrovský dopyt v stavebnom fonde pre energetickú infraštruktúru, ako aj životné prostredie, je nevyhnutné, aby sme rozšírili naše znalosti na vytváranie energeticky efektívnych budov,“ povedali Sez Atamtürktur Russcher, profesor Harry a Arlene Schell a vedúci stavebného inžinierstva."DR.Wang a jeho tím robia použiteľný základný výskum.“
Ďalšími prispievateľmi k tejto práci sú Enhe Zhang, postgraduálna študentka architektonického dizajnu;Qiuhua Duan, odborná asistentka stavebného inžinierstva na University of Alabama, získala doktorát v odbore architektonické inžinierstvo na Pensylvánskej štátnej univerzite v decembri 2021;Yuan Zhao, výskumník v Advanced NanoTherapies Inc., ktorý k tejto práci prispel ako doktorand na Pennsylvania State University, Yangxiao Feng, doktorand v architektonickom dizajne.National Science Foundation a USDA Natural Resources Conservation Service podporili túto prácu.
Ukázalo sa, že okenné kryty (detailné molekuly) zlepšujú prenos tepla z vonkajšieho slnečného žiarenia (oranžové šípky) do interiéru budovy, pričom stále poskytujú dostatočnú priepustnosť svetla (žlté šípky).Zdroj: Obrázok s láskavým dovolením Juliana Wanga.Všetky práva vyhradené.