Inteligentní materiál okna blokuje paprsky bez blokování výhledů
Nový energeticky úsporný materiál pro elektrochromická (EC) okna, vyvinutý výzkumníky NTU, který funguje pouhým stisknutím spínače, je navržen tak, aby blokoval infračervené záření – což je hlavní složka slunečního záření, které vyzařuje teplo.
Nový materiál má specificky navrženou nanostrukturu a obsahuje pokročilé materiály jako oxid titaničitý (TiO 2 ), oxid wolframový (WO3 ), neodym-niob (Nd-Nb) a oxid cínatý (SnO 2 ). Kompozitní materiál je určen k nanášení na skleněné okenní panely a při aktivaci elektřinou by uživatelé byli schopni „zapnout a vypnout“ přenos infračerveného záření oknem.
Vynález, který se objevil na přední straně obálky časopisu ACS Omega, mohl podle experimentálních simulací blokovat až 70 procent infračerveného záření, aniž by ohrozil výhled skrz okno, protože umožňuje průchod až 90 procent viditelného světla.
Materiál je také asi o 30 procent účinnější při regulaci tepla než komerčně dostupná elektrochromická okna a je levnější na výrobu díky své odolnosti.
Zlepšení oproti současnému elektrochromnímu (EC) oknu
Elektrochromická okna jsou dnes běžným prvkem v „zelených“ budovách. Fungují tak, že se při používání zabarvují a omezují pronikání světla do místnosti.
Komerčně dostupné elektrochromní okna mají obvykle vrstvu oxidu wolframového (WO3 ) potaženým na jedné straně skleněného panelu. Když je okno zapnuté, elektrický proud přesune ionty lithia na stranu obsahující WO3 a okno ztmavne nebo se změní na neprůhledné. Po vypnutí ionty migrují pryč z potaženého skla a okno se opět vyčistí.
Současná elektrochromická okna však účinně blokují pouze viditelné světlo, nikoli infračervené záření, což znamená, že teplo dále prochází oknem a zahřívá místnost.
Další nevýhodou současné technologie je její trvanlivost, protože výkon elektrochromní složky má tendenci se během tří až pěti let zhoršovat. V laboratorních testech byla elektrochromická technologie NTU podrobena přísným cyklům zapínání a vypínání, aby se vyhodnotila její životnost Výsledky ukázaly, že vlastnosti okna si zachovaly vynikající stabilitu (blokovalo více než 65 % infračerveného záření), což dokazuje jeho vynikající výkon, proveditelnost a potenciál úspory nákladů po dlouhou dobu.
Vedoucí autor studie elektrochromního okna, docent Alfred Tok z NTU School of Materials Science and Engineering, řekl: „Začleněním speciálně navržené nanostruktury jsme umožnili materiálu reagovat ‚selektivním´ způsobem a blokovat infračervené záření. Výběr pokročilých materiálů také pomohl zlepšit výkon, stabilitu a odolnost chytrého okna.“
Nová elektrochromní technologie může pomoci ušetřit energii, která by byla použita k vytápění a chlazení budov, a mohla by přispět k budoucímu návrhu udržitelných zelených budov, říká výzkumný tým.
Studie odráží závazek univerzity řešit velké výzvy lidstva v oblasti udržitelnosti jako součást strategického plánu NTU 2025, který se snaží urychlit převod výzkumných objevů do inovací, které zmírňují dopad člověka na životní prostředí.
Patentovaný spínač NTU obsahuje magnetické částice na bázi uhlíku a tenké filmy, které jsou dobrými vodiči tepla. Když je spínač vypnutý, vedené teplo nemůže procházet oknem. Po zapnutí bude teplo procházet skleněným oknem.
Po integraci s nově vyvinutým elektrochromním materiálem může týmové chytré okno ovládat dva typy přenosu tepla: infračervené záření a vedení tepla, což je hlavní způsob přenosu tepla hmotou.
První autor studie, Dr. Ronn Goei, vedoucí výzkumný pracovník na NTU School of Materials Science and Engineering, řekl: „Integrací jak nového elektrochromického materiálu, který jsme vynalezli, tak patentovaného spínače v okně můžeme vytvořit inteligentní okno s jedinečnými schopnostmi. Díky schopnosti ovládat infračervené teplo vyzařované ze slunce a vedené teplo procházející oknem očekáváme, že tato technologie bude zvláště užitečná v mírném klimatu, protože obyvatelé budovy ji mohou použít k regulaci tepelných ztrát nebo zisků podle potřeby měnících se ročních období, a přitom si stále užívat velkou část výhledu.“
Spoluautor profesor Shlomo Magdassi z Ústavu chemie na Hebrejské univerzitě v Jeruzalémě řekl: "Očekává se, že výsledek výzkumu umožní výrobu jedinečných oken, která povedou k úsporám energie."
