На використання енергії в будівлях припадає понад 40% загального світового споживання енергії, значну частку якого складають освітлення, опалення та охолодження приміщень. Проте традиційні скляні вікна не є енергоефективними
Сонячне світло ближнього інфрачервоного діапазону, що проходить через вікна, викликає влітку небажане нагрівання, а високий рівень відбиття світла середнього інфрачервоного діапазону зсередини приміщення обмежує відведення тепла від будівлі. Цей «парниковий ефект» збільшує споживання енергії на охолодження.
Дослідники з Wuhan University (Уханьський університет), Китай, запропонували новий дизайн пакету для віконного скла, який складається з шару гідрогелю та шару звичайного скла. Порівняно з традиційним склом, гідрогелеве скло має вищий рівень пропускання видимого світла, сильніше блокує ближнє інфрачервоне світло та має вищий коефіцієнт теплового випромінювання в середньому інфрачервоному діапазоні. Завдяки цим властивостям дослідники демонструють, що вікна з гідрогелевого скла можуть покращувати освітленість і знижувати температуру в приміщенні.
Рис. Вікна з гідрогелевого скла пропускають більше світла та менше тепла
Звичайне скло пропускає ближнє інфрачервоне випромінювання сонячного світла, водночас запобігаючи виходу світла середнього інфрачервоного діапазону з кімнати, що нагріває будівлю. Влітку спека змушує людей частіше включати кондиціонер, що призводить до більшого споживання енергії.
Вчені з Уханю експериментували з новими матеріалами для вікон, які по-різному взаємодіють зі світлом. Гідрогелевий шар покриття на склі товщиною всього кілька міліметрів відбиває більше ближнього інфрачервоного світла ззовні і дозволяє більшій кількості середнього інфрачервоного світла виходити зсередини, залишаючись при цьому прозорим для видимого світла.
Ідея розробників полягала в тому, що фотони видимого світла можуть проникати у воду на глибину більше 1 м, у той час як фотони у ближній інфрачервоній частині спектра можуть проникати у воду лише на кілька міліметрів. Гідрогелі переважно складаються з води, це робить їх ефективним селективним бар'єром.
У ході випробувань команда виявила, що гідрогелеве скло віддзеркалює до 96% інфрачервоного світла прямо в космос, оскільки ці довжини хвиль не блокуються атмосферою. Це допомогло зберегти внутрішню частину будівлі прохолоднішою, тобто стати системою пасивного охолодження. Тим часом звичайне скло віддзеркалює близько 84%.
Важливо, що гідрогелеве скло не виглядає тьмянішим за звичайне скло – насправді воно пропускає навіть трохи більше світла. Залежно від товщини шару гідрогелю вікно пропускало до приміщення до 92,8% видимого світла порівняно з 92,3% для звичайного скла.
Характеристики гідрогелевого скла були перевірені на моделях будинків з товстими ізольованими стінами та одним великим вікном. Датчики показали, що вікна із гідрогелевого скла знижують внутрішню температуру до 3,5 °C.
Розробники вважають, що цей матеріал може допомогти зменшити споживання енергії для охолодження.
Моделювання показує, що нове вікно може зменшити енергоспоживання освітлення та охолодження будівель від 2,37 до 10,45 МДж•м−2•рік−1 для різних міст світу. Гідрогелі доволі поширені і недорогі, тому вікна мають бути відносно простими і дешевшими, що дасть їм перевагу над іншими складнішими «розумними» вікнами.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 2 423 / 2022-09-02 08:56:55
