Група истраживача са Државног универзитета Пенсилваније истражила је ефикасност једнослојне прозорске облоге која може побољшати уштеду енергије зими.Кредит: иСтоцк/@Светл.Сва права задржана.
УНИВЕРЗИТЕТСКИ ПАРК, Пенсилванија — Прозори са двоструким стаклом уклопљени у слој изолационог ваздуха могу да обезбеде већу енергетску ефикасност од прозора са једним стаклом, али замена постојећих прозора са једним стаклом може бити скупа или технички изазовна.Економичнија, али мање ефикасна опција је покривање једнокоморних прозора прозирним металним филмом, који апсорбује део сунчеве топлоте зими без угрожавања транспарентности стакла.Да би се побољшала ефикасност премаза, истраживачи из Пенсилваније кажу да нанотехнологија може помоћи да се термичке перформансе изједначе са прозорима са двоструким стаклом зими.
Тим са Одељења за архитектонско инжењерство у Пенсилванији истражио је својства уштеде енергије премаза који садрже компоненте наноразмера које смањују губитак топлоте и боље апсорбују топлоту.Завршили су и прву свеобухватну анализу енергетске ефикасности грађевинских материјала.Истраживачи су објавили своје налазе у Конверзија и управљање енергијом.
Према речима Џулијана Ванга, ванредног професора архитектонског инжењерства, блиска инфрацрвена светлост — део сунчеве светлости који људи не могу да виде, али могу осетити топлоту — може активирати јединствени фототермални ефекат одређених металних наночестица, повећавајући проток топлоте према унутра.кроз прозор.
„Заинтересовани смо да разумемо како ови ефекти могу да побољшају енергетску ефикасност зграда, посебно зими“, рекао је Ванг, који такође ради на Институту за архитектуру и материјале у Пенсилванијској школи за уметност и архитектуру.
Тим је прво развио модел за процену колико топлоте од сунчеве светлости би се рефлектовало, апсорбовало или пренело кроз прозоре обложене металним наночестицама.Изабрали су фототермално једињење због његове способности да апсорбује блиску инфрацрвену сунчеву светлост док и даље обезбеђује довољан пренос видљиве светлости.Модел предвиђа да премаз рефлектује мање близу инфрацрвене светлости или топлоте и апсорбује више кроз прозор од већине других типова премаза.
Истраживачи су тестирали једнокрилне стаклене прозоре обложене наночестицама под симулираном сунчевом светлошћу у лабораторији, потврђујући предвиђања симулације.Температура на једној страни прозора обложеног наночестицама значајно се повећала, што сугерише да премаз може да апсорбује топлоту сунчеве светлости изнутра како би надокнадио унутрашњи губитак топлоте кроз прозоре са једним стаклом.
Истраживачи су затим унели своје податке у велике симулације како би анализирали уштеду енергије зграде у различитим климатским условима.У поређењу са премазима ниске емисивности комерцијално доступних појединачних прозора, фототермални премази апсорбују већину светлости у блиском инфрацрвеном спектру, док је традиционално обложени прозори одбијају према споља.Ова скоро инфрацрвена апсорпција доводи до око 12 до 20 процената мањег губитка топлоте у односу на друге премазе, а укупни потенцијал за уштеду енергије зграде достиже око 20 процената у поређењу са необложеним зградама на прозорима са једним стаклом.
Међутим, Ванг је рекао да боља топлотна проводљивост, предност зими, постаје мана у топлој сезони.Да би узели у обзир сезонске промене, истраживачи су такође укључили надстрешнице у своје моделе зграда.Овај дизајн блокира директнију сунчеву светлост која загрева околину лети, у великој мери елиминишући лош пренос топлоте и све повезане трошкове хлађења.Тим још увек ради на другим методама, укључујући динамичке системе прозора за задовољавање сезонских потреба за грејањем и хлађењем.
„Као што ова студија показује, у овој фази студије још увек можемо да побољшамо укупне топлотне перформансе прозора са једним стаклом како би били слични прозорима са двоструким стаклом зими“, рекао је Ванг."Ови резултати изазивају наша традиционална решења коришћења више слојева или изолације за накнадну уградњу једнокоморних прозора ради уштеде енергије."
„С обзиром на огромну потражњу у грађевинском фонду за енергетском инфраструктуром, као и за животну средину, императив је да унапредимо наше знање за стварање енергетски ефикасних зграда“, рекли су Сез Атамтурктур ​​Руссцхер, професор Хари и Арлен Шел и шеф грађевинског инжењерства.„Др.Ванг и његов тим раде основна истраживања која се могу применити."
Други сарадници овог рада су Енхе Зханг, дипломирани студент архитектонског дизајна;Ћиухуа Дуан, доцент грађевинарства на Универзитету у Алабами, докторирала је архитектонско инжењерство на Државном универзитету Пенсилваније у децембру 2021.;Иуан Зхао, истраживач у Адванцед НаноТхерапиес Инц., који је допринео овом раду као докторант на Државном универзитету Пенсилваније, Иангкиао Фенг, студент докторских студија архитектонског дизајна.Национална научна фондација и Служба за очување природних ресурса УСДА подржале су овај рад.
Показало се да облоге за прозоре (молекули за крупни план) побољшавају пренос топлоте са спољашње сунчеве светлости (наранџасте стрелице) до унутрашњости зграде док и даље обезбеђују довољан пренос светлости (жуте стрелице).Извор: Слика љубазношћу Јулиана Ванга.Сва права задржана.