Νέα γενιά «έξυπνων παράθυρων» υπόσχεται ζέστη το χειμώνα και δροσιά το καλοκαίρι

Σε εξέλιξη έρευνα ανάπτυξης νέων επαναστατικών υλικών και τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας.

Η παγκόσμια ζήτηση ενέργειας συνεχίζει να αυξάνεται καθώς οι πόλεις μεγαλώνουν ενώ παράλληλα η τεχνολογία και οι βιομηχανίες αναπτύσσονται. Τα κτίρια αποτελούν περίπου το 30%-40% του συνόλου της ζήτησης ενέργειας ακόμη περισσότερο από τη βιομηχανία ή τις μεταφορές. Αυτό προέρχεται σε μεγάλο βαθμό από τα συστήματα θέρμανσης, ψύξης και εξαερισμού, με τον κλιματισμό να είναι ιδιαίτερα απαιτητικός για ενέργεια.

Τα παράθυρα είναι ένα

σημαντικό μέρος του προβλήματος. Επιτρέπουν τη διαφυγή της θερμότητας το χειμώνα και την είσοδο το καλοκαίρι, αναγκάζοντας τα συστήματα θερμοκρασίας να καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια και να αυξάνουν τις εκπομπές. Η πρόκληση είναι να ελέγχεται αυτή η μεταφορά θερμότητας χωρίς συμβιβασμούς από τα τζάμια των παραθύρων και στην ποσότητα του φωτός της ημέρας που αφήνουν να μπει αφού και τα δύο είναι απαραίτητα για την ευημερία και την παραγωγικότητα των ανθρώπων.

Η απάντηση είναι τα έξυπνα παράθυρα. Οι περισσότερες από τις τρέχουσες εκδόσεις στην αγορά είναι αυτό που είναι γνωστό ως ηλεκτροχρωμικό (EC), που σημαίνει ότι λειτουργούν εφαρμόζοντας ηλεκτρική ενέργεια με το πάτημα ενός κουμπιού σε στρώματα σωματιδίων ή κρυστάλλων μέσα στο γυαλί.

Αυτό προκαλεί έναν αναστρέψιμο μοριακό μετασχηματισμό που καθιστά το παράθυρο είτε αδιαφανές είτε σκοτεινό, ανάλογα με το προϊόν. Αυτό αποκλείει την πλειονότητα του υπέρυθρου φωτός, που είναι αυτό που κάνει τα δωμάτια άβολα ζεστά. Αυτό μειώνει δραστικά την ανάγκη για κλιματισμό σε θερμές χώρες, διατηρώντας περίπου το 60% έως 70% της θερμότητας εκτός κτιρίου. Μπορούν επίσης να μειώσουν την απώλεια θερμότητας από τα δωμάτια κατά περίπου 40% σε ψυχρότερο καιρό.

Εδώ και μερικά χρόνια, αυτά τα παράθυρα πωλούν αρκετά καλά τόσο για εμπορικά όσο και για οικιστικά ακίνητα. Η συνολική παγκόσμια αγορά το 2023 εκτιμάται ότι είχε αξία 6,6 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Ωστόσο, έχουν αρκετούς σημαντικούς περιορισμούς. Αν και τα παράθυρα δεν καταναλώνουν πολύ ενέργεια, λειτουργούν μόνο με μια πηγή ρεύματος. Αυτό μπορεί να είναι δύσκολο σε τοποθεσίες που είναι απομακρυσμένες ή έχουν αναξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια. Και στο βαθμό που δεν είναι διαθέσιμες οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας από το δίκτυο, οι χρήστες πρέπει να εγκαταστήσουν μια εναλλακτική λύση όπως ηλιακούς συλλέκτες για να κάνουν αυτά τα παράθυρα ουδέτερα από άνθρακα.

Με τα υπάρχοντα προϊόντα ο κάτοχος ενός έξυπνου παράθυρου μπορεί να κάνει μόνο εναλλαγή μεταξύ πλήρους περιορισμού και πλήρους διαφάνειας. Αυτό σημαίνει ότι χάνει τα οφέλη από τα παράθυρα όταν ο καιρός είναι ζεστός και τα δωμάτια πιθανότατα θα χρειάζονται τεχνητό φωτισμό. Και όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα παράθυρα EC κάνουν εξαιρετική δουλειά για να κρατούν μακριά τη θερμότητα σε ζεστές χώρες, αλλά είναι λίγο πιο περιορισμένα σε ψυχρότερα κλίματα.

Το μέλλον είναι θερμοχρωμικό

Όπως αναφέρεται σε Μια εναλλακτική που τουλάχιστον αναιρεί την ανάγκη για ηλεκτρική ενέργεια είναι γνωστή ως φωτοχρωμική. Αυτά χρησιμοποιούν ένα στρώμα είτε από μικροσκοπικούς κρυστάλλους αλογονιδίου αργύρου είτε ενώσεις γνωστές ως ναφθοπυράνες, οι οποίες αντιδρούν σε αυξανόμενα επίπεδα υπεριώδους (UV) φωτός, προκαλώντας το γυαλί να χρωματίζεται σε συνθήκες πιο φωτεινές. Είναι ακριβώς το ίδιο υλικό που χρησιμοποιείται στα γυαλιά ηλίου που αντιδρούν στο φως.

Σε σύγκριση με τα παράθυρα EC, έχουν το πρόσθετο πλεονέκτημα της δημιουργίας φραγμού στο υπεριώδες φως. Η υπεριώδης ακτινοβολία δεν είναι μόνο καρκινογόνος, αλλά καταστρέφει τα πάντα, από έπιπλα μέχρι πίνακες ζωγραφικής και επικαλύψεις EC.

Ωστόσο, τα φωτοχρωμικά παράθυρα είναι πολύ ακριβά, τουλάχιστον αν χρησιμοποιούν ασήμι. Είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στις καιρικές συνθήκες, γεγονός που μπορεί να μειώσει την αξιοπιστία τους σε συννεφιασμένες ή βροχερές συνθήκες. Επίσης δεν είναι τόσο καλά στο να μπλοκάρουν το υπέρυθρο φως και δεν έχουν χειροκίνητο έλεγχο επομένως είναι πιο χρήσιμα για την προστασία της ιδιωτικής ζωής από τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του δωματίου.

Πολλοί θα υποστήριζαν ότι μια πιο πολλά υποσχόμενη ποικιλία έξυπνων παραθύρων για το μέλλον είναι μια τρίτη γνωστή ως θερμοχρωμική, που σημαίνει ότι χρησιμοποιούν μια επίστρωση σωματιδίων που αντιδρούν στις θερμοκρασίες αντί στο φως. Και πάλι, αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζεται ηλεκτρικό ρεύμα.

Είναι πολύ φθηνότερα από τα φωτοχρωμικά παράθυρα, εξακολουθούν να μπλοκάρουν το υπεριώδες φως και έχουν τη δυνατότητα να είναι συγκρίσιμα με τα παράθυρα EC στο μπλοκάρισμα υπερύθρων. Μπορούν επίσης να χρωματίζονται σταδιακά πιο σκούρα καθώς αυξάνονται οι εξωτερικές θερμοκρασίες, πράγμα που σημαίνει ότι μπορείτε να έχετε πιο διαφανή παράθυρα από εκείνα που ενεργοποιούνται/απενεργοποιούν τα προϊόντα EC.

Αλλά ενώ το θερμοχρωμικό γυαλί υπάρχει ήδη, δεν είναι ακόμα εφικτό για παράθυρα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα στρώματα διοξειδίου του βαναδίου στις σημερινές εκδόσεις αντανακλούν πλήρως μόνο το υπέρυθρο στους περίπου 67° βαθμούς Κελσίου, που είναι πολύ υψηλότερο ακόμη και από την υψηλότερη θερμοκρασία όλων των εποχών στον κόσμο.

Πολλοί ερευνητές σε όλο τον κόσμο εξετάζουν πώς να βελτιώσουν το θερμοχρωμικό γυαλί. Ανάμεσα τους επιστήμονες στο Ινστιτούτο Περιβάλλοντος και Αειφορίας του Πανεπιστημίου του Έξετερ που παρουσιάζουν την έρευνα τους στο online περιοδικό The Conversation. Αναπτύσσουν υλικά και τεχνολογίες που να είναι πιο αποτελεσματικές στη μείωση του υπέρυθρου φωτός σε πιο ρεαλιστικές εξωτερικές θερμοκρασίες.

Η ερευνητική ομάδα προσπαθεί ανάμεσα στα άλλα να συνδυάσει πολλούς άλλους τύπους δυνατοτήτων που μπορούν να υπάρχουν σε άλλες ποικιλίες θερμοχρωμικού γυαλιού εκτός από αυτές που μπορούν να αντανακλούν υπέρυθρο φως. Αυτά περιλαμβάνουν το να γίνουν τα παράθυρα πιο χρήσιμα σε ψυχρότερα κλίματα, επιτρέποντάς τους να λειτουργούν ως μονωτικά όταν οι θερμοκρασίες είναι χαμηλές, ώστε τα δωμάτια να μην χάνουν τη θερμότητά τους προς τα έξω, καθώς και την αποθήκευση ενέργειας ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση των δωματίων.

Είναι δύσκολο να προβλεφθεί ένα ακριβές χρονοδιάγραμμα, αλλά ίσως σε πέντε ή δέκα χρόνια από τώρα, αυτού του είδους η έρευνα θα πρέπει να φέρει στην αγορά έξυπνα παράθυρα που θα είναι εξίσου χρήσιμα σε κρύες χώρες καθώς και κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας. Αυτό είναι το κλειδί για την ευρεία διάθεση ενός μόνο τύπου παραθύρου σε όλο τον κόσμο.

Θα πρέπει να κάνει σημαντική διαφορά όχι μόνο στις απαιτήσεις κλιματισμού αλλά και στην ανάγκη για θέρμανση και καλοριφέρ. Μια πρώτη εικασία των ερευνητών είναι ότι με την εγκατάσταση πέντε έξυπνων παραθύρων σε ένα διαμέρισμα σε μια πιο κρύα χώρα, αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει στους ιδιοκτήτες να μειώσουν τον αριθμό των καλοριφέρ από, για παράδειγμα, πέντε σε δύο. 

 

Και εκτός από τα κτίρια, αυτές οι τεχνολογίες θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε αεροπλάνα και αυτοκίνητα.

Από το naftemporiki