Kundi la watafiti katika Chuo Kikuu cha Jimbo la Pennsylvania lilichunguza ufanisi wa kifuniko cha dirisha cha safu moja ambacho kinaweza kuboresha uokoaji wa nishati wakati wa baridi.Credit: iStock/@Svetl.Haki zote zimehifadhiwa.
UNIVERSITY PARK, Pennsylvania - Dirisha zenye glasi mbili zilizowekwa ndani na safu ya hewa ya kuhami inaweza kutoa ufanisi mkubwa wa nishati kuliko madirisha ya kidirisha kimoja, lakini kuchukua nafasi ya madirisha ya kidirisha kimoja kunaweza kuwa ghali au changamoto ya kiufundi.Chaguo la kiuchumi zaidi, lakini lisilo na ufanisi ni kufunika madirisha ya chumba kimoja na filamu ya chuma ya translucent, ambayo inachukua baadhi ya joto la jua wakati wa baridi bila kuharibu uwazi wa kioo.Ili kuboresha ufanisi wa upakaji rangi, watafiti wa Pennsylvania wanasema teknolojia ya nano inaweza kusaidia kuleta utendakazi wa joto kulingana na madirisha yenye glasi mbili wakati wa baridi.
Timu kutoka Idara ya Uhandisi wa Usanifu wa Pennsylvania ilichunguza sifa za kuokoa nishati za mipako yenye vipengele vya nanoscale ambavyo hupunguza kupoteza joto na kunyonya joto vyema.Pia walikamilisha uchambuzi wa kwanza wa kina wa ufanisi wa nishati ya vifaa vya ujenzi.Watafiti walichapisha matokeo yao katika Ubadilishaji na Usimamizi wa Nishati.
Kulingana na Julian Wang, profesa mshiriki wa uhandisi wa usanifu, mwanga wa karibu wa infrared - sehemu ya mwanga wa jua ambayo wanadamu hawawezi kuona lakini wanaweza kuhisi joto - inaweza kuamsha athari ya kipekee ya picha ya joto ya nanoparticles fulani za chuma, na kuongeza mtiririko wa joto ndani.kupitia dirishani.
"Tuna nia ya kuelewa jinsi athari hizi zinaweza kuboresha ufanisi wa nishati ya majengo, hasa wakati wa baridi," alisema Wang, ambaye pia anafanya kazi katika Taasisi ya Usanifu na Vifaa katika Shule ya Sanaa na Usanifu ya Pennsylvania.
Timu ilitengeneza kielelezo cha kwanza cha kukadiria ni kiasi gani cha joto kutoka kwa mwanga wa jua kitakachoakisiwa, kufyonzwa, au kupitishwa kupitia madirisha yaliyopakwa nanoparticles za chuma.Walichagua kiwanja cha jotoardhi kwa sababu ya uwezo wake wa kunyonya mwanga wa jua wa karibu wa infrared huku kikiendelea kutoa upitishaji wa mwanga unaoonekana wa kutosha.Muundo huo unatabiri kuwa mipako hiyo inaakisi mwanga wa infrared au joto kidogo na inachukua zaidi kupitia dirisha kuliko aina zingine nyingi za mipako.
Watafiti walijaribu madirisha ya glasi ya kidirisha kimoja yaliyofunikwa na nanoparticles chini ya mwangaza wa jua kwenye maabara, ikithibitisha utabiri wa simulizi.Halijoto ya upande mmoja wa dirisha lililofunikwa na nanoparticle iliongezeka kwa kiasi kikubwa, ikipendekeza kuwa mipako inaweza kunyonya joto kutoka kwa mwanga wa jua kutoka ndani ili kufidia hasara ya ndani ya joto kupitia madirisha ya kidirisha kimoja.
Watafiti kisha walilisha data zao kwa mifano mikubwa ili kuchambua uokoaji wa nishati ya jengo chini ya hali tofauti za hali ya hewa.Ikilinganishwa na vifuniko vya chini vya kutoa hewa chafu vya madirisha moja yanayopatikana kibiashara, vifuniko vya jotoardhi hunyonya mwanga mwingi katika wigo wa karibu wa infrared, huku madirisha yaliyopakwa kimila huyaakisi kwa nje.Ufyonzwaji huu wa karibu wa infrared husababisha upotezaji wa joto chini ya asilimia 12 hadi 20 kuliko mipako mingine, na uwezo wa jumla wa kuokoa nishati wa jengo hufikia takriban asilimia 20 ikilinganishwa na majengo ambayo hayajafunikwa kwenye madirisha ya kidirisha kimoja.
Hata hivyo, Wang alisema kuwa conductivity bora ya mafuta, faida katika majira ya baridi, inakuwa hasara katika msimu wa joto.Ili kuhesabu mabadiliko ya msimu, watafiti pia walijumuisha canopies katika miundo yao ya ujenzi.Muundo huu huzuia mwangaza wa jua wa moja kwa moja zaidi unaopasha joto mazingira katika majira ya joto, kwa kiasi kikubwa huondoa uhamishaji mbaya wa joto na gharama zozote zinazohusiana na kupoeza.Timu bado inashughulikia mbinu zingine, ikiwa ni pamoja na mifumo thabiti ya dirisha ili kukidhi mahitaji ya msimu wa kuongeza joto na kupoeza.
"Kama utafiti huu unavyoonyesha, katika hatua hii ya utafiti, bado tunaweza kuboresha utendaji wa jumla wa joto wa madirisha yenye glasi moja kuwa sawa na madirisha yenye glasi mbili wakati wa baridi," Wang alisema."Matokeo haya yanatoa changamoto kwa masuluhisho yetu ya kitamaduni ya kutumia tabaka zaidi au insulation ili kurejesha madirisha ya chumba kimoja ili kuokoa nishati."
"Kwa kuzingatia mahitaji makubwa katika hisa ya ujenzi wa miundombinu ya nishati na mazingira, ni muhimu kwamba tuendeleze ujuzi wetu ili kuunda majengo yenye ufanisi wa nishati," alisema Sez Atamtürktur Russcher, Profesa Harry na Arlene Schell na Mkuu wa Uhandisi wa Ujenzi.“Dk.Wang na timu yake wanafanya utafiti wa kimsingi unaoweza kutekelezwa.
Wachangiaji wengine wa kazi hii ni pamoja na Enhe Zhang, mwanafunzi aliyehitimu katika usanifu wa usanifu;Qiuhua Duan, Profesa Msaidizi wa Uhandisi wa Ujenzi katika Chuo Kikuu cha Alabama, alipokea PhD yake katika Uhandisi wa Usanifu kutoka Chuo Kikuu cha Jimbo la Pennsylvania mnamo Desemba 2021;Yuan Zhao, mtafiti katika Advanced NanoTherapies Inc., ambaye alichangia kazi hii kama mtafiti wa PhD katika Chuo Kikuu cha Jimbo la Pennsylvania, Yangxiao Feng, mwanafunzi wa PhD katika muundo wa usanifu.Shirika la Kitaifa la Sayansi na Huduma ya Uhifadhi wa Maliasili ya USDA iliunga mkono kazi hii.
Vifuniko vya dirisha (molekuli za karibu) zimeonyeshwa ili kuimarisha uhamisho wa joto kutoka kwa jua la nje (mishale ya machungwa) hadi ndani ya jengo huku bado kutoa upitishaji wa mwanga wa kutosha (mishale ya njano).Chanzo: Picha kwa hisani ya Julian Wang.Haki zote zimehifadhiwa.