Za razliku od klasičnog ostakljenja, čija su optička i toplotna svojstva stalna, nova generacija pametnih prozora mogla bi da prilagođava ponašanje fasade promenama spoljne temperature, sunčevog zračenja i potrebama objekta. Ključ takvog pristupa je istovremena kontrola prodora sunčeve energije i toplotnog zračenja dugih infracrvenih talasa.
Ilustracija (Foto: AI generated)
Naučni rad objavljen u časopisu Communications Materials razmatra takozvane dvokanalne pametne prozore. Dok postojeća rešenja uglavnom regulišu količinu svetlosti i sunčeve toplote koja prolazi kroz staklo, novi koncept uključuje i upravljanje emisivnošću u dugotalasnom infracrvenom području.
To je važno jer prozori, osim što propuštaju dnevnu svetlost i sunčevu energiju, neprekidno razmenjuju toplotu sa enterijerom, atmosferom, nebom, tlom i okolnim objektima.
Oglas
U režimu hlađenja poželjno je da prozor ograniči prolaz sunčevog zračenja, ali i da omogući efikasnije odavanje toplote ka spolja.
Suprotno tome, tokom hladnih dana povoljnije je propustiti više sunčeve energije i istovremeno smanjiti toplotne gubitke zračenjem. Zato se, pored propusnosti sunčevog zračenja, kao važan parametar ističe emisivnost dugotalasnog infracrvenog zračenja.
Poseban značaj ima atmosferski "prozor" u opsegu od približno 8 do 13 mikrometara, kroz koji deo toplotnog zračenja može da prođe kroz atmosferu i dospe ka svemiru. Taj efekat je izraženiji pri vedrom i suvom vremenu, dok vlaga, vodena para i oblačnost smanjuju mogućnost radijacionog hlađenja.
Zbog toga se optimalno ponašanje pametnog prozora ne može definisati jednim stalnim stanjem, već mora zavisiti od klime i trenutnih uslova.
Autori studije izdvajaju četiri glavne tehnološke grupe za razvoj ovakvih stakala. Prvu čine termohromni sistemi na bazi vanadijum-dioksida, materijala koji menja optička svojstva sa promenom temperature.
Njegovom primenom moguće je smanjiti prodor bliskog infracrvenog zračenja kada je toplo, ali se istražuju i višeslojne strukture i čestice koje omogućavaju promenu emisivnosti u dugotalasnom infracrvenom opsegu.
Drugu grupu predstavljaju termoreaktivni hidrogelovi. U njima promena temperature utiče na raspored vode, rasipanje svetlosti i svojstva površine, pa prozor može da prelazi iz providnijeg stanja, pogodnog za zadržavanje toplote, u stanje koje jače odbija sunčevu energiju i efikasnije emituje toplotu.
Međutim, za praktičnu primenu potrebno je rešiti pitanja dugotrajnog zadržavanja vode, otpornosti na smrzavanje i pouzdanog zaptivanja.
Elektrohromni prozori nude aktivnu kontrolu uz pomoć električne energije. Kod složenijih rešenja odvojeni slojevi ili elektrode mogu posebno da upravljaju vidljivim i bliskim infracrvenim delom spektra, odnosno dugotalasnim toplotnim zračenjem.
Takvi sistemi potencijalno omogućavaju više režima rada – svetao ili zatamnjen prozor, kao i stanja prilagođena grejanju ili hlađenju – ali njihovu širu primenu otežavaju složenost višeslojnih konstrukcija, trajnost elektroda i potreba za ujednačenim radom na velikim staklenim površinama.
Četvrti pristup zasniva se na mehanički promenljivim strukturama. Savijanjem, rotiranjem ili okretanjem prozora mogu se aktivirati različiti slojevi i izabrati površina koja je okrenuta ka spolja. Pojedini koncepti koriste memorijske polimere, tečne kristale, fotoosetljive filmove ili elektrohemijski promenljive slojeve.
Prednost im je jasnije razdvajanje funkcije zaštite od sunca i upravljanja toplotnim zračenjem, dok izazov predstavljaju pokretni delovi, zaptivanje, vizuelna ujednačenost i integracija u fasadne sisteme.
Moguća primena ne ograničava se samo na energetsku efikasnost zgrada. Dvokanalni pametni prozori razmatraju se i kao deo sistema za prikupljanje manje količine električne energije pomoću termoelektričnih modula, kao i za zaštitu senzora i osetljivih elektronskih uređaja od prekomernog zračenja i pregrevanja.
Istraživači zaključuju da sledeći korak nije samo veća promena optičkih svojstava u laboratoriji, već pouzdano upravljanje u realnim uslovima. Za to će biti potrebna dugotrajna spoljašnja ispitivanja, standardizovano merenje, stabilni materijali i povezivanje prozora sa senzorima temperature, svetlosti, vlage i prisustva korisnika.
Tako bi ostakljenje od pasivnog elementa omotača moglo da preraste u aktivni deo energetskog upravljanja objektom.
