Международная исследовательская группа под руководством ученых из Технологического университета 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 охлаждение, длинноволновое инфракрасное излучение - естественное явление, когда тепло излучается через поверхности 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, что доказывает его способность динамически реагировать на изменение погодных условий.

Окна один из ключевых компонентов конструкции здания, но они также являются наименее энергоэффективной 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.

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 солнечное охлаждение в длинноволновом инфракрасном диапазоне. Хотя инновации, ориентированные на солнечное 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.

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).

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.