Умный материал для окон блокирует излучение, не лишая обзора.

Международная исследовательская группа под руководством ученых из Наньянского технологического университета, Сингапур (NTU Singapore), изобрела «умный» материал для окон, который контролирует теплопередачу, не блокируя обзор. Он сможет помочь сократить потребление энергии, необходимой для охлаждения и обогрева зданий.

Разработанный исследователями NTU новый энергосберегающий материал для электрохромных (EC) окон, которые работают по щелчку выключателя, предназначен для блокирования инфракрасного излучения — основного компонента солнечного света, выделяющего тепло.

У нового материала специально разработанная наноструктура, а состоит он из таких передовых материалов, как диоксид титана (TiO2), триоксид вольфрама (WO3), неодим-ниобий (Nd-Nb) и оксид олова (IV) (SnO2). Композитный материал предполагается наносить на стеклянные панели окон, и при активации электричеством пользователи смогут «включать и отключать» инфракрасное излучение, проходящее через окно.

Изобретение, представленное в журнале ACS Omega, согласно экспериментальному моделированию, способно блокировать до 70 процентов инфракрасного излучения без ущерба для обзора, поскольку пропускает до 90 процентов видимого света.

Материал также примерно на 30 процентов эффективнее в регулировании тепла, чем имеющиеся в продаже электрохромные окна, и дешевле в производстве благодаря своей долговечности.

Электрохромные окна сегодня часто встречаются в «зеленых» зданиях. В процессе эксплуатации они становятся тонированными, уменьшая проникновение света в помещение.

Коммерчески доступные электрохромные окна обычно содержат слой триоксида вольфрама (WO3), нанесенный на одну сторону стеклянной панели, в то время как вторая грань им не покрыта. Когда окно включено, электрический ток перемещает ионы лития на сторону, содержащую WO3, и окно темнеет или становится непрозрачным. После выключения ионы мигрируют от стекла с покрытием, и окно снова становится прозрачным.

Однако современные электрохромные окна эффективно блокируют только видимый свет, но не инфракрасное излучение, что означает, что тепло продолжает проходить через окно, нагревая помещение.

Еще одним недостатком нынешней технологии является ее долговечность, поскольку эффективность электрохромного компонента снижается через три-пять лет. В ходе лабораторных испытаний электрохромная технология NTU была подвергнута жестким циклам включения-выключения для оценки ее долговечности. Результаты показали, что свойства окна сохраняют отличную стабильность (блокируется более 65% инфракрасного излучения), демонстрируя его превосходную производительность, осуществимость и потенциал экономии затрат для долгосрочного использования в экологичных зданиях.

Ведущий автор исследования электрохромного окна, доцент Альфред Ток из Школы материаловедения и инженерии NTU, сказал: «Включив специально разработанную наноструктуру, мы позволили материалу реагировать «избирательно», блокируя ближнее инфракрасное излучение, но при этом пропуская большую часть видимого света, когда наше электрохромное окно включено. Выбор передовых материалов также помог улучшить производительность, стабильность и долговечность «умного окна»».

Новая электрохромная технология может помочь сберечь энергию, которая используется для отопления и охлаждения зданий, и может внести вклад в будущий дизайн экологически чистых зданий, говорят исследователи.

Стремясь повысить эффективность своей технологии «умного окна», команда NTU в отдельной работе, о которой сообщается в журнале, создала систему переключателей, которая помогает контролировать проводимое тепло, то есть тепло из внешней среды.

Запатентованный NTU выключатель состоит из магнитных частиц на основе углерода и тонких пленок, которые являются хорошими проводниками тепла. Когда выключатель выключен, проводимое тепло не проходит через окно. При включении тепло будет проходить через стеклянное окно.

Интегрированное с недавно разработанным электрохромным материалом, «умное» окно команды может контролировать два типа передачи тепла: инфракрасное излучение и теплопроводность, которая является основным способом передачи тепла через материю.

Первый автор исследования, доктор Ронн Гоэй, старший научный сотрудник Школы материаловедения и инженерии NTU, сказал: «Интегрировав в окно изобретенный нами новый электрохромный материал и запатентованный переключатель, мы можем создать «умное» окно с уникальными возможностями. Благодаря возможности контролировать как инфракрасное солнечное излучение, так и проходящее через окно тепло, мы ожидаем, что эта технология будет особенно полезна в умеренном климате, поскольку жильцы дома смогут использовать ее для регулирования теплопотерь и теплопоступлений в соответствии с потребностями смены сезонов, при этом сохраняя возможность наслаждаться прекрасным видом».

В дальнейшем исследовательская группа надеется вывести изобретение из лаборатории на рынок. Она заключила союз с производителем стекла iGlass Asia Pacific для проведения дальнейших испытаний, а также для возможного включения «умного окна» в свои проекты для повышения эффективности и устойчивости.

Кажется, подобное Ноу-хау придется по вкусу жителям юга, строителям и дизайнерам, для которых откроются новые возможности в обустройстве жилья и других построек. А мы знаем, что где строительство – там и доменная зона .build