Магнитни течности подобряват енергийната ефективност на сградите

Ограничаването на климатичните изменения и редуцирането на емисиите на въглероден диоксид са в основата на глобалните програми за устойчиво развитие. Във връзка с това учените провеждат редица научноизследователски проекти, целящи подобряване на въглеродния отпечатък на различни дейности и процеси. Изключвайки особено енергоемките индустриални отрасли, сградният сектор е един от най-големите източници на въглероден диоксид - от жилищните сгради, производствени съоръжения и складове, до големите търговски сгради. Според статистиката около 40% от консумираната на територията на ЕС енергия се изразходва за сградно отопление, охлаждане, климатизация и осветление.

Имайки предвид следващото поколение интелигентни прозорци и фасадни решения, учени от университета “Фридрих Шилер” в Йена, Германия, започват работа по проекта Large Window Fluidic Windows (LaWin) още през 2015 г. В своята статия “Голям по площ интелигентен прозорец с възможност за настройка на засенчването и улавяне на слънчевата топлина въз основа на дистанционно превключване на магнитноактивна течност” изследователите по материалознание от Йена представят прототипи на прозорец, който променя своята светлинна пропускливост с натискането само на един бутон, а в същото време може да се използва за улавяне на соларната топлинна енергия.

“Основният принцип на проекта ни е използването на течности в прозорците и фасадите например като топлоносители за осигуряване на допълнителни функции. За целта разработваме нови стъклени материали, в които са интегрирани големи канални структури, по които циркулират функционални течности”, обяснява координаторът на проекта Лотар Вондрачек.

В най-новите прототипи течността е наситена с магнитни железни наночастици. Те могат да бъдат извлечени от нея с помощта на магнит и обратно, тяхното действие може да бъде преустановено чрез изключване на магнита. “В зависимост от броя на железните частици в течността, тя приема различни нюанси на сивото, а може да стане дори и напълно черна. Това позволява автоматично да се регулира ъгълът на падане на светлината или да се улавя слънчева топлина, която след това може да бъде оползотворена в сградата”, пояснява Вондрачек. Ефективността по отношение на топлинното извличане от единица площ е сравнима с тази на най-съвременните слънчеви термални колектори. Но за разлика от тях, тази система може лесно да бъде интегрирана във вертикални фасади. Превключването - освобождаването или улавянето на частици - се извършва в отделен резервоар, а за прозорците не е необходимо електрическо свързване.

“Най-голямото предимство на големите по площ флуидни прозорци е, че те могат да заменят климатичните системи, системите за регулиране на дневната светлина и дори системите за подгряване на вода”, подчертава Вондрачек, който е и ръководител на катедра “Химия на стъклото” в университета в Йена. Разработването на разходно ефективни, големи модули за прозоречни стъкла е от ключово значение. От една страна, стъклените елементи трябва да включват канали, по които да се движат течностите, а от друга - те трябва да продължат да изпълняват функцията си през целия живот на сградата. Не на последно място, те трябва да предоставят възможност за интегриране със стандартните технологии за производство на прозорци в рамките на двойни или тройни стъклопакети. Със сегашните прототипи, произведени в мащаб с площ от около 200 кв. м, изследователският консорциум демонстрира, че тези изисквания могат да бъдат изпълнени.

През периода 2015-2017 г. проектът получава безвъзмездна помощ от Европейския съюз в размер на 5,9 млн. евро в рамките на програмата за индустриално лидерство “Хоризонт 2020”. Допълнително финансиране от 2,2 млн. евро е осигурено от единадесет спонсора от индустрията, които са членове на консорциума. Търговската реализация на решението е планирана за тази година след изтичане на първия период на финансиране.