Международная исследовательская группа под руководством ученых из Технологического университета Наньян в Сингапуре (NTU Singapore) разработала материал, который при нанесении на стеклянную оконную панель может эффективно самостоятельно адаптироваться к обогреву или охлаждению помещений в различных климатических зонах мира, помогая сократить потребление энергии.
Самоадаптивное стекло разработано с использованием слоев композита наночастиц диоксида ванадия, полиметилметакрилата и покрытия с низким коэффициентом излучения, чтобы сформировать уникальную структуру, которая может модулировать нагрев и охлаждение одновременно.
Новое стекло, не имеющее электрических компонентов, работает, используя спектры света, отвечающие за нагрев и охлаждение.
Летом стекло подавляет солнечное нагревание (ближний инфракрасный свет ), одновременно усиливая радиационное охлаждение (длинноволновое инфракрасное излучение) — естественное явление, когда тепло излучается через поверхности в сторону холодной Вселенной — для охлаждения комнаты. Зимой наоборот прогревает комнату.
В лабораторных испытаниях с использованием инфракрасной камеры для визуализации результатов стекло позволяло выделять контролируемое количество тепла в различных условиях (комнатная температура — выше 70 ° C), что доказывает его способность динамически реагировать на изменение погодных условий.
Новое стекло регулирует как нагрев, так и охлаждение
Окна — один из ключевых компонентов конструкции здания, но они также являются наименее энергоэффективной и наиболее сложной частью. В одних только Соединенных Штатах потребление энергии, связанное с окнами (отопление и охлаждение) в зданиях, составляет примерно четыре процента их общего потребления первичной энергии каждый год, согласно оценке, основанной на данных Министерства энергетики США.
Главный исследователь исследования, доктор Лонг Йи из Школы материаловедения и инженерии NTU, сказал: «Большинство энергосберегающих окон сегодня реагируют на часть солнечного тепла, вызванного видимым и ближним инфракрасным светом. Однако, исследователи часто упускают из виду радиационное охлаждение в длинноволновом инфракрасном диапазоне. Хотя инновации, ориентированные на радиационное охлаждение, использовались на стенах и крышах, эта функция становится нежелательной зимой. Наша команда впервые продемонстрировала стекло, которое может положительно реагировать на обе длины волн , что означает, что оно может постоянно самонастраиваться, чтобы реагировать на изменение температуры в любое время года «.
Исследовательская группа NTU считает, что благодаря этим особенностям их инновации предлагают удобный способ экономии энергии в зданиях, поскольку для их работы не требуются движущиеся компоненты или электрические механизмы.
NTU Singapore
Инновации, полезные для широкого спектра типов климата
В качестве доказательства концепции ученые проверили энергосберегающие характеристики своего изобретения, используя моделирование климатических данных, охватывающих семь климатических зон.
Команда обнаружила, что стекло, которое они разработали, показало экономию энергии как в теплое, так и в прохладное время года, с общей эффективностью энергосбережения до 9,5%, или ~ 330 000 кВт ч в год (расчетная энергия, необходимая для обеспечения электропитания 60 домашних хозяйств в Сингапуре в течение года).
Первый автор исследования Ван Шаньчэн, научный сотрудник и бывший доктор философии. студент доктора Лун И, сказал: «Результаты доказывают жизнеспособность применения нашего стекла во всех типах климата, поскольку оно может помочь сократить потребление энергии независимо от горячих и холодных сезонных колебаний температуры».
Более того, характеристики нагрева и охлаждения стекла можно настроить в соответствии с потребностями рынка и региона, для которого оно предназначено.
«Мы можем сделать это, просто отрегулировав структуру и состав специального нанокомпозитного покрытия, нанесенного на стеклянную панель, что позволяет использовать наши инновации в широком спектре применений для регулирования температуры, не ограничиваясь окнами», — сказал доктор Лонг Йи.
На изобретение был подан патент Сингапура. В качестве следующих шагов исследовательская группа нацелена на достижение еще более высоких показателей энергосбережения, работая над дизайном своего нанокомпозитного покрытия.
Дополнительная информация: Shancheng Wang и др., Масштабируемые термохромные интеллектуальные окна с пассивным регулированием радиационного охлаждения, Science (2021). DOI: 10.1126 / science.abg0291 . www.science.org/doi/10.1126/science.abg0291
Изображение: NTU Singapore
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК