Ciepło ucieka przez okna. Naukowcy z PAN znaleźli na to sposób

Naukowcy z Polskiej Akademii Nauk znaleźli sposób, który może zrewolucjonizować ocieplanie domów. Ich projekt termoizolacyjnej powłoki do szyb jest prosty, niedrogi w produkcji i bardziej skuteczny niż obecnie stosowane metody.

Fizycy z PAN opracowali powłoki termoizolacyjne do szyb, które zatrzymują promienie podczerwone. Nowa metoda pozwala zmniejszyć skalę ucieczki ciepła zimą przez okna. Oszczędności na ogrzewaniu mogą wynieść nawet kilkanaście procent — szacują autorzy rozwiązania.

— Najsłabszym ogniwem w izolacji cieplnej budynków są często okna. Ucieka przez nie nawet 10-50 procent energii z ogrzewania mieszkań — mówił dr hab. Bartłomiej Witkowski, profesor Instytutu Fizyki PAN.

Cztery razy mniej ciepła

Polscy naukowcy opracowali trwały, przeźroczysty filtr, który nie przepuszcza promieniowania podczerwonego. Powłoki opracowane przez zespół prof. Witkowskiego składają 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.

Witkowski zaprezentował 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 — opisał prof. Witkowski.

Tańsze i skuteczniejsze rozwiązanie

Jak dodał, 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 — ocenił.

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 można 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 — tłumaczył.

Jak zaznaczył, 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 będą 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 nanometrów a 1 milimetrem, 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 — poinformował dr Witkowski.

Projekt gotowy do wdrożenia

To, że ciepło łatwo „ucieka” z mieszkania właśnie w postaci promieniowania podczerwonego, widać zwłaszcza na obrazach z kamer termowizyjnych, które rejestrują podczerwień. Po skierowaniu ich 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 — podsumował prof. Witkowski.