Умные окна снизят потребность в энергоемких кондиционерах

Умные окна, которые контролируют количество тепла, поступающего в здание или выходящего из него, могут снизить потребность в энергоемких кондиционерах и помочь усилиям по модернизации европейских зданий, чтобы сделать их более энергоэффективными.

Примерно 75% зданий ЕС являются энергоэффективными, и в настоящее время страны стремятся модернизировать старые здания, чтобы предотвратить дорогостоящую утечку тепла. Но, несмотря на интеллектуальные силы, вложенные в то, чтобы сделать здания более энергоэффективными, дизайн окон до недавнего времени не использовал современные технологии в достаточном количестве, говорит Иоаннис Папаконстантину, профессор наноинженерии в Университетском колледже Лондона, Великобритания.

Его исследовательский проект Intelglazing использует новые идеи в области нанотехнологий и фотоники (физики света) для создания нанометровых оконных покрытий, которые лучше изолируют здания.

Это уже было опробовано в промышленности, но все предыдущие попытки потерпели неудачу - они либо блокировали слишком мало солнечного света, либо были слишком дорогими, чтобы сделать.

‘Если вы начнете смешивать эти (оконные) покрытия с нанотехнологиями, то сможете раздвинуть границы производительности до гораздо более высоких уровней", - сказал он.

Технология Intelglazing glass состоит из двух частей. Первый представляет собой микроскопически тонкий слой наноструктурированного стекла в форме крошечных гребенок для волос, которые имеют высоту менее микрометра (или одной тысячной миллиметра). Эти " нанокомбовые’ структуры накладываются друг на друга и рассеивают солнечный свет, уменьшая блики, проникающие через окно.

Вторая часть - это то, где окна становятся энергоэффективными. Здесь исследователи экспериментируют с материалом, называемым оксидом ванадия, который может прикрепляться к нанокомбам. Это химическое соединение является термохромным - то есть оно может менять свой цвет в зависимости от температуры. Например, в жаркие дни оксид ванадия меняет свою структуру, в результате чего он темнеет и отклоняет большую часть согревающего солнечного света ближнего инфракрасного диапазона, тогда как в холодные дни он осветляется и пропускает большую его часть.

Производители могут применять этот слой непосредственно к новым окнам в качестве слоя остекления, или DIY retrofitters может применять его к старым окнам в качестве клеевого слоя полимерной пленки. Дополнительное преимущество этого, говорит профессор Папаконстантину, заключается в том, что производители могут настроить окна или пленки с этими слоями для включения в другую температурную точку.

‘Вы можете изменить химический состав диоксида ванадия таким образом, что он может переключаться при более высокой или более низкой температуре", - сказал он. - Значит, вы неплохо контролируете ситуацию. Например, окна в южной Испании могут быть настроены так, чтобы блокировать солнечный свет при более низкой температуре, чтобы предотвратить нагрев зданий в течение дня. Точно так же здание в северной Швеции будет хотеть получить как можно больше тепла от солнца, поэтому их окна могут начать блокировать солнечный свет только при более высокой температуре.

Гидрофобный

Окна с этим нанокомбовым слоем оксида ванадия также являются гидрофобными (водоотталкивающими) - дождь быстро стекает со стекла и забирает любую грязь по пути, делая окна самоочищающимися, что делает их более эффективными, когда они используются, например, в небоскребах.

Цель проекта состоит в том, чтобы окна снижали потребление энергии людьми на 25%, блокируя или пропуская солнечный свет, когда это необходимо, и были более чем на 50% эффективнее по сравнению с существующими на рынке оконными технологиями, поскольку для активации оксида ванадия не требуется никакой дополнительной энергии.

На самом деле, технология модернизации окон кардинально изменилась с момента начала проекта в 2016 году, говорит проф. Папаконстантину. Он говорит, что когда он впервые обсуждал этот проект в середине 2010-х годов, нанотехнологии в оконном производстве были неслыханными, но теперь "эта область начала бурно развиваться".

Профессор Пер Гейзельберг из Ольборгского университета в Дании говорит, что дискуссии о модернизации зданий ведутся уже несколько десятилетий, хотя экологический элемент только недавно стал приоритетным.

‘Это тема актуально в течение последних 40 лет, но, конечно, аргументация изменилась", - сказал он. Еще в 1970-е годы он говорит, что люди экономили энергию, чтобы не зависеть от стран Ближнего Востока, которые имели олигополию на поставку нефти. - Теперь главное-сократить выбросы углекислого газа и избежать выбросов парниковых газов.

Проект ReCO2ST профессора Гейзельберга рассматривает способы модернизации каждой поверхности, которая окружает здание, чтобы быть более экономичной и экологически чистой.

Вентиляционные системы

Центральной особенностью проекта является использование технологии интеллектуальных окон для обеспечения вентиляции модернизированных зданий, где установка современных систем вентиляции, таких как кондиционеры, затруднена или дорогостояща. "(Окно обычно является) слабой частью конверта, потому что оно обычно протекает и не так хорошо изолировано", - сказал он. ‘С другой стороны, это также место, где мы получаем немного тепла от солнца в наши здания.

Основная идея состоит в том, чтобы использовать умные окна, чтобы обеспечить лучшую тень от солнца и обеспечить приток свежего воздуха в здание. Это особенно полезно для старых зданий, оснащенных современными окнами. Поскольку эти современные окна более герметичны, они могут вызвать накопление влаги и выбросов в здании, что может потребовать еще одной дорогостоящей модернизации системы вентиляции здания.

«Бывает очень трудно - особенно в старых зданиях - найти место для труб и вентиляционных систем, чтобы обеспечить приток свежего воздуха в помещения – и все помещения обычно вентилируются только через окно», - сказал проф. Гейзельберг.

«Было бы более экономично, если бы вместо установки как нового окна, так и вентиляционной системы мы использовали окно для подачи свежего воздуха, а затем мы использовали бы дымоходы или трубы, которые есть в старых зданиях для выпуска воздуха».

Их идея умного окна основана на исследованиях, проведенных в предыдущем проекте ЕС под названием CLIMAWIN. В их оконной раме с тройным остеклением есть небольшой зазор (около 5 мм шириной) на нижнем уровне снаружи. Этот зазор позволяет воздуху проходить между слоями остекления окна и нагреваться солнечным светом. Затем он попадает в помещение через небольшой клапан в верхней части окна, выходящего внутрь здания.

В результате получается предварительно нагретая тяга свежего воздуха через окно, которая затем может покинуть здание через другую вентиляционную вытяжку.

В настоящее время команда экспериментирует с различными материалами, которые могут хранить скрытое тепло в окнах в течение дня, а затем высвобождать его ночью, говорит проф. Гейзельберг. ‘Пока у нас есть солнечный свет, мы можем собирать и хранить его, - сказал он. - А еще у нас есть возможность подогревать воздух в периоды, когда солнце не светит.

Этот материал также может быть затенен от солнца в течение лета, так что вместо того, чтобы хранить скрытое тепло, он вместо этого охлаждает воздух, проходящий через него. Еще одна разрабатываемая идея заключается в установке окон с датчиками, чтобы знать оптимальное время для хранения и высвобождения тепла, а также добавление миниатюрных вентиляторов для управления направлением воздушного потока.

"Реновация зданий проводится постоянно, потому что компоненты имеют определенный срок службы и нуждаются в замене", - сказал профессор Гейзельберг. "Очень важно, чтобы, когда мы делаем это, мы делали это самым энергоэффективным образом, чтобы мы не заменяли старое окно на плохо выполненное новое".

Автор: Финтан Берк

По материалам https://horizon-magazine.eu/article/smart-windows-could-reduce-need-energy-hungry-air-conditioners.html