Sokkal több, mint függöny nélküli nyílászáró

A hősugarakat is képesek megállítani azok az új, környezetbarát módon viselkedő üvegek, amelyekkel megspórolható a fűtési és hűtési költség 4-5 százaléka. A legújabb konstrukció napelemként is működhet, és jön az átlátszó hűtőgép.

Csak az Egyesült Államokban évente 50 milliárd dollárt lehetne megtakarítani a hőszigetelő ablaküvegek alkalmazásával. Az amerikai energiaügyi minisztérium Berkeley laboratóriumában olyan újfajta filmbevonattal kísérleteznek, amelyben a nanoméretű részecskék alacsony feszültség hatására megváltoztatják a tulajdonságukat, és nem is akárhogyan.

Az utóbbi időben elterjedt bevonatokhoz képest ugyanis a Berkeley-ben előállított film dinamikusan módosítható, azaz tetszés szerint beállítható, hogy csak a hőt szeretnénk-e kiszűrni, de beengednénk a fénysugarakat (esetleg fordítva), vagy mindent lezárnánk, illetve mindent beengednénk. Ezért nevezik okosablaknak az új nyílászárót: egyaránt alkalmazkodik a környezeti hatásokhoz és a felhasználó igényeihez.

A kutatást vezető Delia Miliron kollégáival együtt már sikeresen előállított olyan elektrokromatikus üveget, amely képes a hőt továbbító közeli infravörös (NIR) sugarak kiszűrésére, anélkül, hogy az optikai élmény csökkenne, vagyis az ablak ugyanolyan átlátszó marad. Az infravörös hullám a látható fény és a mikrohullámú sugárzás hullámhossztartománya közé esik, és csak a 0,75–1,4 mikrométeres hullámhosszú része a közeli infravörös sugárzás, ami lényegében alig gyengül.

Az okosablak-fejlesztő csapat az amerikai energiaügyi minisztérium laboratóriumában Forrás: Lawrence Berkeley National Laboratory

Az elektrokromatikus üvegtábla két külső rétege között egy olyan réteg van, amelyben az elektronok szabadon mozoghatnak. Feszültség hatására az ionok elmozdulnak, ezzel lehet változtatni az üveg áteresztő tulajdonságát.

Miliron és csapata kifejlesztett egy indium-ónoxidból és nióbium-oxidból álló üvegszerű kompozitot is. Az előbbi összetevővel – amelyet a különböző kijelzőkben átlátszó vezetéknek is használnak – az ablak fényáteresztő képességét, utóbbival a hőáteresztőt lehet szabályozni, méghozzá külön-külön. A kutatók rájöttek, hogy az anyag új tulajdonságokat is nyer, ha plazmatechnológiával 50 ezer Celsius-fokra hevítik, és ultravékony filmbevonatként felvihető különböző felületekre, például üvegre. S mivel a részecskék nanoméretűek, ezért szabad szemmel láthatatlanok, a film víztiszta réteget alkot.

Az új anyag más területen is használható lehet, ahol az a szempont, hogy az ionok minél hatékonyabban áramoljanak, például az akkumulátorokban. Világméretű elterjedését azonban esetleg gátolhatja, hogy az indium rendkívül ritka fém, és óriási a kereslet rá, mert az érintőképernyős elektronikai eszközök alapanyaga.

Jó móka a folyadékkristályos reluxa

Az izraeli Gauzy startup cég többéves kísérletezés után jelentkezett egy olyan ablakkal, amelyben a két üvegréteg között folyékony kristályok találhatók. Ezek elektromosság hatására megváltoztatják fényáteresztő képességüket, azaz elég egy kapcsolót megnyomni, és az ablak máris tejüveggé válik – mintha leeresztenénk a rolót. Mintázat kialakítása is lehetséges, akár reklámhordozó felületként is szolgálhat az ablak. A „vetített” reluxa sokkal kedvezőbb, mint az igazi, hiszen bármilyen irányban változtatható a minta, a sávok szélessége is opcionális, és ami a legfontosabb, nem porosodik az árnyékoló.

Felhős, hűvös napokon a víztiszta üveggel beengedhetjük a lakásba a melegítő hősugarakat, míg kánikulában a tejüveg visszaveri a sugarak jelentős részét, és hűvösen tartja a szobát. A Gauzy nemcsak épületenergetikában gondolkodik. Az új üvegből készülhetne hűtőszekrény ajtó, amely gombnyomásra (áramütésre) átlátszóvá válik, tehát nem kell feleslegesen nyitogatnunk a hűtőt ahhoz, hogy szemügyre vegyük a tartalmát.

A termék hő- és fényszűrő hatásánál fogva autóüveg céljára is alkalmas, legalábbis azokban az országokban, ahol nem tilos színezni az autó ablakait. Az új üveg ára egyelőre 1000-1500 dollár négyzetméterenként, de a brit Sollange vállalat most fektetett a Gauzyba négymillió dollárt, megkétszerezik a termelőkapacitást, így a termék fogyasztói ára mindenképpen csökkenni fog.

Átengedi a fényt, és begyűjti az energiáját

A legújabb okosablak-konstrukció többet tud egyszerű árnyékolásnál: képes a beeső fénysugarak energiájának hasznosítására. A fentiekhez hasonlóan szintén szendvicsszerkezetű táblát készítettek a Sanghaji Egyetem kutatóit, csak ők vanádium-oxid filmréteget helyeztek a polikarbonát lapok közé. Azért ezt a fémet választották, mert oxidjai elnyelik az UV-sugarakat, ráadásul ez a képessége hőmérséklet függvényében jelentkezik, és tetszőlegesen visszafordítható. A kritikus értéknek tekinthető 68 Celsius-fok alatt a vanádiumréteg szigetelő hatású, és átereszti az infravörös fényt, 68 fok fölött viszont fémes felületűvé válik, és visszaveri a fényt.

Sőt, a vanádium-oxid molekulák fényszórásra is képesek, azaz a beeső fényt időbeli késleltetés nélkül ugyanolyan hullámhosszon kisugározzák (szekunder sugárzás) a beeső fénytől eltérő irányokba. A beeső fény energiája rezgést gerjeszt a vanádium-oxid molekulákban, amelyek a szekunder fénysugárzással együtt az így képződő energiát is leadhatják. Janfeng Gao kutatócsoportja ezt kihasználva a vanádium-oxidos film mögé napelemsejtekből álló poliszilikát-réteget telepített, amely felfogja a fényszórás folyamata során keletkező energiát, olvasható a Scientific Reports folyóiratban.

A világon előállított energia 30-40 százalékát fordítjuk az épületek fűtésére, hűtésére, szellőztetésére és világítására. Az energiatakarékosság érdekében óriási jelentősége van tehát az okosablakok fejlesztésének. És most ne a családi házak 4-5 ablakára gondoljunk, hanem a csupaüveg irodaházakra, amelyek megannyi erőműként üzemelhetnének, megtermelve a saját üzemeltetésükhöz szükséges energiát – méghozzá megújuló forrásból, tiszta napenergiából. A vanádium ráadásul egyáltalán nem olyan ritka fém, mint az indium, így az új napelemes okosablak költsége már elfogadható lehet tömeges előállítás esetén.