Новости

Sep 06, 2023

Как умные окна экономят энергию

КРЕДИТ: МОДИФИЦИРОВАНО ОТ ISTOCK.COM / ISMAGILOV Умные окна, которые тонируются в ответ

КРЕДИТ: ИЗМЕНЕНО ИЗ ISTOCK.COM / ИСМАГИЛОВ

Умные окна, которые затемняются в ответ на такие раздражители, как тепло или свет, или на предпочтения пользователя, становятся все более распространенными, но может пройти некоторое время, прежде чем эта технология станет основной.

Специализированное стекло, которое сохраняет тепло зимой и отводит его летом, может сделать здания намного более эффективными, если на этом пути не будут мешать затраты и сложности.

Автор Бриттни Дж. Миллер 06.08.2022

Поддерживайте здравую науку и умные историиПомогите нам сделать научные знания доступными для всех.Пожертвуйте сегодня

Естественный свет, льющийся через солнечное окно, великолепен — до тех пор, пока вы не щуритесь и не вытираете пот со лба. Вы можете закрыть шторы или включить кондиционер, но у вас останется темная комната или растущие счета за электричество.

Решение этой загадки было придумано 40 лет назад: умные окна, настраиваемые по вашему желанию. Благодаря использованию специальных материалов, блокирующих световые волны определенной длины, эти окна адаптируются к погоде или вашему личному комфорту. Очень жарко, слишком жарко? Окна могут быть тонированы, чтобы блокировать свет и сохранять прохладу в комнатах. Слишком холодно? Оттенок исчезает, позволяя теплому естественному свету нагреть ваше пространство. Хотите немного конфиденциальности? Некоторые стекла могут помутнеть при нажатии выключателя.

За последние несколько десятилетий достижения в области исследований «умных окон» вывели эту технологию далеко за пределы лабораторий: ожидается, что к 2028 году рынок «умных» стекол достигнет 7,5 миллиардов долларов. Типы «умных окон» уже можно найти на лодках, автомобилях и самолетах. проникая в такие здания, как офисы и терминалы аэропортов. И, если они преодолеют несколько ключевых проблем, они смогут однажды сыграть важную роль в повышении энергоэффективности домов, говорят сторонники.

На здания приходится колоссальные 39 процентов энергопотребления в США, и 35 процентов из них связаны с отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха. Поскольку «умные» окна могут выборочно блокировать или пропускать тепло, они могут снизить потребность в энергии: примерно 35 процентов энергии типичного здания теряется через окна.

Но для того, чтобы умные окна стали массовыми и сократили энергопотребление каждого, цена должна снизиться. Современные устройства могут стоить в 10 раз дороже стандартных энергосберегающих окон. Сделать технологию дешевле и, возможно, даже умнее — это области, представляющие большой интерес для исследователей.

В будущем, говорит физик-материаловед Клаас-Йоран Гранквист, «на самом деле не будет никаких причин иметь какие-либо другие окна, кроме этих умных окон».

Умные окна возникли задолго до того, как телефоны и телевизоры стали считаться «умными». В начале 1980-х годов ученые из Технологического университета Чалмерса в Швеции и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии обсуждали новые способы производства энергоэффективных строительных материалов. Исследователям пришла в голову идея создать адаптивное окно, которое будет динамически менять свой оттенок. Гранквист, принимавший участие в этом раннем исследовании, использовал фразу «умные окна» в заявке на грант. Название прижилось, и в 1984 году появилось первое умное окно.

Окна помогают создать приятное пространство внутри зданий и играют важную роль в поддержании комфортной внутренней среды. Умные окна следующего поколения станут ключом к более экологичной и энергоэффективной экономике.

Первоначальные прототипы имели размеры всего несколько сантиметров и имели стекло, которое обратимо меняло цвет с прозрачного на затемненное. Этот подвиг был достигнут путем соединения стекла, нескольких слоев материалов и прозрачных проводников, которые подавали небольшие импульсы электричества. Напряжение изменило способ взаимодействия материалов со светом — изменились длины волн, которые отражались или поглощались.

По мере развития технологий исследователи исследовали другие вещества, которые манипулируют светом в ответ на другие подсказки, такие как тепло, ультрафиолет и магнетизм. Сегодня используется целый ряд специальных «умных материалов», и исследователи продолжают исследовать новые.