Pensilvanya Eyalet Üniversitesi'nden bir grup araştırmacı, kışın enerji tasarrufunu artırabilecek tek katmanlı pencere kaplamasının etkinliğini araştırdı.Kredi: iStock/@Svetl.Her hakkı saklıdır.
UNIVERSITY PARK, Pensilvanya - Yalıtıcı bir hava katmanıyla sıkıştırılmış çift camlı pencereler, tek camlı pencerelerden daha fazla enerji verimliliği sağlayabilir, ancak mevcut tek camlı pencereleri değiştirmek maliyetli veya teknik açıdan zorlayıcı olabilir.Daha ekonomik, ancak daha az etkili bir seçenek, tek odalı pencereleri, camın şeffaflığından ödün vermeden kışın güneş ısısının bir kısmını emen yarı saydam bir metal filmle kaplamaktır.Pensilvanya'daki araştırmacılar, kaplama verimliliğini artırmak için nanoteknolojinin, kış aylarında termal performansı çift camlı pencerelerle aynı seviyeye getirmeye yardımcı olabileceğini söylüyor.
Pennsylvania Mimarlık Mühendisliği Bölümü'nden bir ekip, ısı kaybını azaltan ve ısıyı daha iyi emen nano ölçekli bileşenler içeren kaplamaların enerji tasarrufu özelliklerini araştırdı.Ayrıca yapı malzemelerinin enerji verimliliğine ilişkin ilk kapsamlı analizi de tamamladılar.Araştırmacılar bulgularını Enerji Dönüşümü ve Yönetimi'nde yayınladılar.
Mimarlık mühendisliği doçenti Julian Wang'a göre, yakın kızılötesi ışık (güneş ışığının insanların göremediği ancak ısıyı hissedebildiği kısmı) belirli metal nanopartiküllerin benzersiz fototermal etkisini aktive ederek içeriye doğru ısı akışını artırabilir.Pencerenin içinden.
Pensilvanya Sanat ve Mimarlık Okulu Mimarlık ve Malzeme Enstitüsü'nde de çalışan Wang, "Bu etkilerin özellikle kış aylarında binaların enerji verimliliğini nasıl artırabileceğini anlamakla ilgileniyoruz" dedi.
Ekip ilk olarak güneş ışığından gelen ısının ne kadarının metal nanopartiküllerle kaplanmış pencereler aracılığıyla yansıtılacağını, emileceğini veya iletileceğini tahmin etmek için bir model geliştirdi.Yeterli görünür ışık iletimini sağlarken yakın kızılötesi güneş ışığını absorbe etme yeteneği nedeniyle fototermal bir bileşik seçtiler.Model, kaplamanın yakın kızılötesi ışığı veya ısıyı daha az yansıttığını ve pencereden diğer kaplama türlerinin çoğuna göre daha fazlasını emdiğini tahmin ediyor.
Araştırmacılar bir laboratuarda simüle edilmiş güneş ışığı altında nanopartiküllerle kaplanmış tek camlı pencereleri test ederek simülasyon tahminlerini doğruladılar.Nanopartikül kaplı pencerenin bir tarafındaki sıcaklık önemli ölçüde arttı; bu, kaplamanın, tek camlı pencerelerden iç ısı kaybını telafi etmek için güneş ışığından gelen ısıyı içeriden emebildiğini gösteriyor.
Araştırmacılar daha sonra binanın çeşitli iklim koşullarındaki enerji tasarrufunu analiz etmek için verilerini büyük ölçekli simülasyonlara aktardılar.Ticari olarak temin edilebilen tek pencerelerin düşük emisyonlu kaplamalarıyla karşılaştırıldığında, fototermal kaplamalar yakın kızılötesi spektrumdaki ışığın çoğunu emerken, geleneksel olarak kaplanmış pencereler onu dışarıya yansıtır.Bu yakın kızılötesi emilim, diğer kaplamalara göre yaklaşık yüzde 12 ila 20 daha az ısı kaybına neden olur ve binanın genel enerji tasarrufu potansiyeli, tek camlı pencerelere sahip kaplamasız binalarla karşılaştırıldığında yaklaşık yüzde 20'ye ulaşır.
Ancak Wang, kışın avantaj olan daha iyi ısı iletkenliğinin sıcak mevsimde dezavantaja dönüştüğünü söyledi.Mevsimsel değişiklikleri hesaba katmak için araştırmacılar bina modellerine kanopileri de dahil ettiler.Bu tasarım, yaz aylarında çevreyi ısıtan daha doğrudan güneş ışığını engelleyerek zayıf ısı transferini ve ilgili soğutma maliyetlerini büyük ölçüde ortadan kaldırır.Ekip halen mevsimsel ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarını karşılamak için dinamik pencere sistemleri de dahil olmak üzere başka yöntemler üzerinde çalışıyor.
Wang, "Bu çalışmanın gösterdiği gibi, çalışmanın bu aşamasında, tek camlı pencerelerin genel termal performansını kışın çift camlı pencerelere benzer olacak şekilde geliştirebiliriz" dedi."Bu sonuçlar, enerji tasarrufu amacıyla tek odacıklı pencereleri yenilemek için daha fazla katman veya yalıtım kullanma şeklindeki geleneksel çözümlerimize meydan okuyor."
Profesör Harry ve Arlene Schell ve İnşaat Mühendisliği Başkanı Sez Atamtürktur Russcher, "Enerji altyapısı ve çevre için bina stoğundaki büyük talep göz önüne alındığında, enerji verimli binalar yaratmak için bilgimizi geliştirmemiz zorunludur" dedi.“Dr.Wang ve ekibi uygulanabilir temel araştırmalar yapıyor."
Bu çalışmaya katkıda bulunan diğer kişiler arasında mimari tasarım alanında yüksek lisans öğrencisi olan Enhe Zhang;Alabama Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Yardımcı Doçenti Qiuhua Duan, Mimarlık Mühendisliği alanında doktora derecesini Aralık 2021'de Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden aldı;Advanced NanoTherapies Inc.'de araştırmacı olan Yuan Zhao, bu çalışmaya Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nde doktora araştırmacısı olarak katkıda bulunan, Yangxiao Feng, mimari tasarım alanında doktora öğrencisi.Ulusal Bilim Vakfı ve USDA Doğal Kaynakları Koruma Servisi bu çalışmayı destekledi.
Pencere kaplamalarının (yakın çekim molekülleri), dış mekan güneş ışığından (turuncu oklar) binanın iç kısmına ısı transferini arttırırken, yine de yeterli ışık iletimini (sarı oklar) sağladığı gösterilmiştir.Kaynak: Görüntü Julian Wang'ın izniyle.Her hakkı saklıdır.