O fereastră inteligentă își „cultivă” un scut de argint pentru a ține căldura soarelui afară
O fereastră poate lăsa să intre lumina zilei, dar și căldura nedorită, ceea ce suprasolicită sistemele de climatizare. Închiderea la culoare a geamului ajută la controlul luminii orbitoare, însă absorbția luminii solare îl încălzește. O fereastră ideală ar bloca mai multă căldură din exterior și, totodată, ar lăsa căldura acumulată în interior să iasă afară.
Pentru a răspunde acestei provocări, cercetători de la Academia Chineză de Științe, de la Universitatea de Silvicultură din Nord-Est și de la instituții colaboratoare au dezvoltat o fereastră inteligentă colorată, prevăzută cu un strat reflectorizant de argint care se activează atunci când se aplică o tensiune electrică. Stratul transformă un geam colorat și transparent într-unul opac, oferind umbră și intimitate. Un strat exterior separat ajută fereastra să elibereze căldura către exteriorul clădirii.
În teste desfășurate în aer liber, micile structuri acoperite cu fereastra prototip au rămas mai reci decât cele acoperite cu sticlă de cuarț sau cu alte ferestre inteligente comerciale. Studiul, publicat în revista Nano Letters, prezintă o tehnologie care gestionează simultan lumina zilei, intimitatea și căldura.
Un strat de argint reglabil
Designul îndeplinește două funcții complementare: reflectă lumina solară incidentă și elimină căldura prin radiație în infraroșu. Chiar și în starea transparentă, straturile ultra-subțiri ale ferestrei reflectă o parte substanțială din lumina solară din apropierea infraroșului, care adaugă căldură fără a oferi iluminare vizibilă. Un strat de silicon aplicat pe partea exterioară a geamului permite căldurii de la lungimi de undă infraroșii mai mari să escape în atmosferă.
Pentru intimitate, aplicarea unei tensiuni mici determină depunerea argintului dintr-un gel pe o suprafață interioară. Acest strat temporar crește reflexia luminii solare și face geamul opac. Inversarea tensiunii îndepărtează argintul depus, readucând transparența.
Într-un design testat, transmisia medie a luminii vizibile a scăzut de la aproximativ 44% la sub 5%. Reflexia în infraroșul apropiat a crescut de la circa 54% la 83%. Stratul care emite căldură a continuat să funcționeze în ambele stări.
Structura stratificată conferă ferestrei și culoarea. Undele luminoase se întăresc sau se anulează reciproc atunci când interacționează cu straturile subțiri, favorizând anumite culori în defavoarea altora. Modificarea grosimii straturilor în timpul fabricării a produs mostre cu nuanțe precum galben deschis, cyan pal, gri-violet și roșu trandafiriu. Comutarea stratului de argint a schimbat și aspectul reflectat. Această adaptabilitate le oferă designerilor o gamă de culori, deși nu înseamnă că un singur geam poate afișa orice culoare la comandă.
Testarea ferestrei sub soare
Cercetătorii au testat designul în aer liber, la Shanghai, acoperind mici incinte cu diferite mostre de fereastră și măsurând temperatura aerului din interior. Într-o comparație, incinta acoperită cu prototip a fost în medie cu aproximativ 3,4°C mai rece în timpul zilei decât incinta acoperită cu sticlă de cuarț. Cea mai mare diferență a ajuns la aproximativ 7°C. Trecerea de la transparent la opac a intensificat efectul de răcire.
Un experiment separat pe o machetă de casă, sub lumină solară simulată, a demonstrat această ajustare. Comparativ cu sticla de cuarț, prototipul a menținut interiorul în medie cu circa 4,3°C mai rece în stare transparentă și cu 5,9°C mai rece când era opac.
Aceste măsurători arată însă răcirea doar în mici instalații experimentale, nu în clădiri ocupate. Testele de comutare au constatat, de asemenea, puține modificări ale reflectanței măsurate după 350 de cicluri, însă durabilitatea pe parcursul anilor de utilizare în exterior rămâne nedemonstrată.
Contează și orientarea ferestrei. Cercetătorii descriu funcția de emitere a căldurii ca fiind „proiectată pentru ferestre orientate spre cer”. Geamurile verticale ar avea nevoie de o suprafață modificată pentru a direcționa mai multă căldură spre cer. Lucarnele oferă astfel un punct de plecare natural pentru aplicațiile comerciale: lasă să intre lumina zilei acolo unde un soare puternic poate provoca și supraîncălzire. Un strat de argint controlat electric ar putea permite aceluiași geam să ofere lumină a zilei când este nevoie, o umbrire mai puternică atunci când e necesar și o suprafață care elimină căldura spre exterior.
