Fönster som värmekälla istället för energitjuv
Fönster har betydelse för ljusinsläpp och estetik i de hus som vi bor och arbetar i. Nackdelen är att stora glasytor stjäl värme och slösar stora mängder energi. Nu har en forskargrupp hittat en lösning på problemet.
Glasyta med antenner (vänster), samt värmekamerabild av glaset.
I och med att glasytorna breder ut sig allt mer inom arkitekturen är det en utmaning att behålla temperaturbalansen i byggnaderna.
En stor mängd värme går förlorad genom att stora glasfönster fungerar som ”kylkroppar”. I allmänhet gäller att om det är nollgradigt utomhus och +20 °C inomhus, så ligger fönstrens temperatur på cirka +16 °C.
– Om vi tittar på genomsnittstemperaturen för väggar, innertak, golv och fönster behöver fönstrens temperatur vara så nära inomhustemperaturen som möjligt, eftersom vi vill undvika att fönstren stjäl värme. Om vi kan hindra att värmen försvinner till sådana ”kylkroppar”, det vill säga glasytorna, så får vi en mer behaglig inomhusmiljö, säger Alexander Dmitriev, professor i fysik vid Göteborgs universitet.
Vid kallt väder håller sig vanligt glas kallt även i direkt solljus. Att få ett fönster att både släppa igenom ljus och behålla värmen har visat sig vara en utmaning.
Skapade ”varmare” fönster
Alexander Dmitriev och hans forskarkollegor fick en idé. De tänkte att om fönstren genom nanoteknologi kunde bli varma av solljuset skulle värmen i rummen kunna behållas bättre.
– Fönstren behöver fortfarande vara transparenta och inte ändra färgen på föremålen inomhus. Så vi skapade så kallade nanoantenner som absorberar solljus och generar elektroner med hög energi som värmer glaset. Men glaset är fortfarande till största delen transparent och har ett färgåtergivningsindex på nära hundra procent.
Forskarna utformade särskilda nanoantenner för solljus, gjorda av det billiga och vanliga materialet nickel och satte dem över hela glasets yta.
– Redan nu kan vi värma upp glaset mer än åtta grader i direkt solljus. Genom att optimera antennerna ytterligare kan de värma ännu mer, säger Alexander Dmitriev.
Glas som värmeskärmar
Nanoantennerna är dessutom enkla att tillverka och de kan täcka mycket stora ytor, som till exempel dagens stora glasfasader. I framtiden siktar forskarna på hela glasfasader som fungerar som en sorts värmeskärmar som förhindrar att värmen läcker ut från byggnaderna under de kalla årstiderna vilket kan ge stora energibesparingar.
Det glas som forskarna har utvecklat absorberar dessutom solljuset på olika sätt på de två olika sidorna.
– Det innebär att om fönstren är monterade så att man kan vända på dem kan de omvandlas till solreflektorer istället för ett värmeelement, säger Alexander Dmitriev.
Arbetet genomfördes i Alexander Dmitrievs grupp vid Göteborgs universitet och Chalmers tekniska högskola, i samarbete med Magnus P. Jonssons grupp vid Linköpings universitet.
Mer information: Gustav Jӧnsson et al. "Sol Transparent Radiators av Optical Nanoantennas." Nano Letters. DOI: 10,1021 / ac. Nanolett.7b02962
Kontaktuppgifter:
Alexander Dmitriev (engelsktalande), professor vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet, alexd@physics.gu.se, +46 70 842 3819
Foto:
Överst: Glasyta med antenner (vänster), samt värmekamerabild av glaset; nanoantenner med elektronmikroskopi (höger), samt 3D- modell av hur termiska antenner fungerar/sprider värme på yta.
Porträttbild av Alexander Dmitriev,