Розумний матеріал перемикається між режимом нагрівання та охолодження за лічені хвилини
Інженери з Університету Дьюка (США) розробили розумну електрохромну технологію, яка придатна для застосування в панельних конструкціях та за допомогою перемикання може чергувати відбір тепла від сонячного світла та охолодження об’єкта. Такий підхід може стати проривом для енергоощадних технологій в галузі HVAC, потенційно скоротивши споживання енергії майже на 20%. Пристрій не має рухомих частин.
Розумні вікна з електрохромного скла – це відносно нова, але відома технологія, яка використовує електрохромну реакцію для майже миттєвої зміни скла з прозорого на непрозоре і назад. Хоча існує багато підходів до створення цього явища, всі вони передбачають розміщення електрично чутливого матеріалу між двома тонкими шарами електродів і пропускання між ними електроструму. Хоча й це доволі складно досягти для видимого світла, ще важче, коли доводиться також враховувати інфрачервоне світло (теплове випромінення).
Розроблений плаский і тонкий пристрій взаємодіє з обома спектрами світла (видимим та інфрачервоним), і перемикається між режимами пасивного нагрівання та охолодження. У режимі обігріву пластина темнішає, щоб поглинати сонячне світло і перешкоджати втратам інфрачервоного світла (теплової радіації). У режимі охолодження затемнений віконний шар стає прозорим, водночас відкриваючи дзеркальний шар, який відбиває сонячне світло і дозволяє розсіюватися інфрачервоному випромінюванню, див. рис. 1.
Рис. 1. Електрохромне скло для нагрівання/охолодження
Оскільки дзеркальний шар є непрозорим для видимого світла, пристрій не замінить вікна в будинках чи офісах, але його можна використовувати на інших поверхнях будівель.
Існували дві основні проблеми. Перша – це створити електродні шари, які проводять електрику і прозорі як для видимого світла, так і для теплового випромінювання. Більшість електропровідних матеріалів, таких як метали, графіт і деякі оксиди, не відповідають цим властивостям, що суперечать одна одній, тому потребувалося розробити новий підхід.
Дослідники почали з шару графену товщиною в 1 атом, проте який виявився занадто тонким, щоб відбивати або поглинати світло будь-якого діапазону. Він також був недостатньо електропровідним, щоб передати необхідну кількість електроенергії для роботи панелі більш-менш значного розміру. Тому дослідники додали тонку золоту сітку поверх графену, яка би діяла як магістраль для електрики. Хоча це дещо зменшило здатність графену безперешкодно пропускати світло, компроміс був доволі вдалим.
Друга проблема стосувалася створення матеріалу, який міг би проходити між двома шарами електродів і перемикатися між режимами поглинання світла і тепла або їх пропускання. Дослідники використовували явище, яке називається «плазмонікою». Коли металеві наночастинки розташовані одна від одної лише на 1-2 нанометри, вони можуть поглинати світло з певною довжиною хвилі, що співставна з розміром частинок та відстанню між ними. Але в цьому випадку наночастинки були випадковим чином розподілені в кластери, що призвело до взаємодії зі світлом в широкому діапазоні довжин хвиль, що посприяло ефективному поглинанню сонячного світла.
Електрострум викликає утворення скупчень металевих наночастинок біля верхнього електрода. Це не тільки затемнює пристрій, але й змушує весь пристрій поглинати та утримувати як видиме світло, так і тепло. А коли електрострум змінює свій напрям, наночастинки знову розчиняються в рідкому прозорому електроліті. Перехід між двома станами триває хвилину або дві.
Іншою суттєвою проблемою для даної технології може стати збільшення кількості робочих циклів перемикання, оскільки поки що прототип доволі швидко втрачає ефективність. Також є можливість покращити відбиваючу здатність світла в режимі охолодження.
Однак з розвитком цієї технології для неї може виявитися багато корисних застосувань: її можна застосувати для зовнішніх стін або дахів, щоб обігріти та охолодити будівлі, споживаючи дуже мало енергії, і водночас виконувати функції зовнішніх огороджувальних конструкцій, значно зменшуючи кількість енергії, яку споживатимуть штатні системи HVAC.
Джерело: Університет Дьюка
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 2 189 / 2021-11-01 10:14:42
