Fizycy z Polskiej Akademii Nauk opracowali sposób na powłoki termoizolacyjne do szyb, które zatrzymują promieniowanie podczerwone. Ich pomysł pozwala zmniejszyć skalę ucieczki ciepła zimą przez okna. Oszczędności na ogrzewaniu mogą wynieść nawet kilkanaście procent - szacują twórcy rozwiązania.
- Najsłabszym ogniwem w izolacji cieplnej budynków są często okna. Ucieka przez nie nawet 10-50 proc. energii z ogrzewania mieszkań - mówi dr hab. Bartłomiej Witkowski, profesor Instytutu Fizyki PAN.
Jak sprawić, żeby szyby były zarazem cienkie, przezroczyste, wytrzymałe, niedrogie - i zatrzymywały energię? Sposobem polskiego zespołu jest naniesienie na szybę trwałego filtru, który nie będzie przepuszczać promieniowania podczerwonego. Zespół prof. Witkowskiego opracował przepis właśnie na takie powłoki, składające się z nanowarstw domieszkowanego tlenku cynku. Takie filtry podczerwieni mogłyby być nanoszone przez producentów okien wprost na powierzchnię szkła. Możliwe byłoby też jednak wytworzenie przezroczystej folii, którą naklei się na szybę w gotowych już oknach.
- Przez szybę z naszą powłoką uciekać będzie do czterech razy mniej ciepła, niż przez taką samą szybę bez powłoki - ocenia Bartłomiej Witkowski. I dodaje, że szyba z filtrem nie zmienia koloru - jest dalej przezroczysta dla ludzkiego oka.
Badacz prezentuje eksperyment na prototypie swojego rozwiązania. Żarówka halogenowa ogrzewa kawałek czarnego materiału, ale na drodze pomiędzy lampką i materiałem jest szybka: raz z powłoką, raz - bez. - Przy zastosowaniu szyby bez powłoki już po kilkunastu sekundach materiał rozgrzał się do ponad 43 stopni Celsjusza, a w przypadku, kiedy na drodze stanęła szybka z naszą powłoką, po minucie temperatura nie przekroczyła 30 stopni Celsjusza - opisuje prof. Witkowski.
Jak dodaje, na rynku istnieją już filtry podczerwieni, które poprawiają własności termoizolacyjne okien. Stosuje się je choćby w niektórych samochodach. - To rozwiązania skuteczne, ale drogie - nieopłacalne przy produkcji okien w mieszkaniach - ocenia.
Na rynku dostępne są też folie termoizolacyjne do okien domowych. - Są na rynku dwa dobre rozwiązania, które rzeczywiście przyczyniają się do oszczędności. Ich minusem jest jednak nietrwałość i to, że nie da się ich nałożyć na gotowe okna. Muszą być one bowiem nakładane na wewnętrzną część okien w kontrolowanych warunkach - dostęp do tlenu błyskawicznie je degraduje. Właściwości termoizolacyjne tych konkurencyjnych folii znikają też zwykle po kilku latach użytkowania - tłumaczy Bartłomiej Witkowski.
I zaznacza, że w ramach badań jego zespół próbował znaleźć rozwiązanie równie skuteczne i niedrogie w produkcji, jak folie dostępne na rynku, ale znacznie trwalsze - takie, które nie będzie ulegać degradacji w powietrzu i które można by zastosować w gotowych oknach.
Wszystkie ciała w naszym otoczeniu emitują promieniowanie podczerwone, a więc fale elektromagnetyczne o długości między 780 nm a 1 mm, niewidoczne dla ludzkiego oka. - W temperaturze pokojowej - a więc przy około 20 stopniach Celsjusza - maksimum promieniowania przypada na fale o długości 10 mikrometrów. Na szczęście ten zakres jest blokowany przez zwykłe szyby. Promieniowanie termiczne sięga jednak zakresu 1-5 mikrometra, gdzie zarówno szyba, jak i nasza atmosfera są przezroczyste - informuje dr Witkowski.
To, że ciepło łatwo "ucieka" z mieszkania właśnie w postaci promieniowania podczerwonego, widać zwłaszcza na obrazach z kamer termowizyjnych (a więc właśnie rejestrujących podczerwień) skierowanych na budynki - na takich zdjęciach zwykle to właśnie od okien bije największy blask - co oznacza, że promieniowanie podczerwone jest tam relatywnie silne. Właśnie stąd wziął się pomysł na produkcję filtrów blokujących przenikanie promieniowania podczerwonego - z szczególności w zakresie od 1 do 5 mikrometrów.
Przepis polskich badaczy obejmuje technologię nanoszenia nanowarstw tlenku cynku na wybraną powierzchnią metodą ALD - osadzania warstw atomowych. Aby wdrożyć to rozwiązanie na rynek - potrzebny jest reaktor, w którym na szybach osadzane będą odpowiednie nanowarstwy. A takie reaktory dostępne są już w seryjnej produkcji - używa się ich choćby przy tworzeniu powłok paneli fotowoltaicznych. - Projekt osiągnął już gotowość wdrożeniową. Szukamy teraz firm zainteresowanych wdrożeniem tego rozwiązania - informuje prof. Witkowski.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl, fot. RedCoat, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons
