Умные окна заменят кондиционеры и лишат работы промышленных альпинистов

Кажется, индустрию производства окон ждут серьезные изменения в ближайшем будущем. Форточки станут «умными», а привычные стеклопакеты обретут дополнение в виде высокотехнологичной нанопленки.

Речь идет о проекте наноинженера Иоанниса Папаконстантину (Ioannis Papakonstantinou) — продвинутых окнах, которые могут автоматически контролировать количество тепла и кислорода, поступающего в помещение. Они избавят людей от необходимости устанавливать дорогостоящие и энергозатратные кондиционеры летом, а зимой впустую терять драгоценное тепло из-за некачественных стеклопакетов. А еще это чудо-окошко мыть не надо (!).



По словам Папаконстантину, около 75% строений в Европе не являются энергоэффективными. Они старые и не сохраняют тепло, что приводит к большим финансовым затратам на отопление зимой. А летом требуют установки кондиционеров, чтобы в здание попадал кислород и циркулировал прохладный воздух. Несмотря на вложения в эту сферу, никто не мог придумать, как модифицировать окна, чтобы они послужили источником той пресловутой энергоэффективности.

Иоаннис не только посетовал на недальновидность правительства европейских стран и местных изобретателей, но и создал в 2016 году проект IntelGlazing. Это масштабная исследовательская работа на стыке нанотехнологий и фотоники (дисциплина, изучающая оптические сигналы), призванная произвести мировую революцию.

Наноокно, дарующее прохладу

Проект IntelGlazing подразумевает использование окон с двухслойным многофункциональным покрытием.

Первый слой — это тонкое наностекло в форме небольших «волосков» менее микрометра (одной тысячной миллиметра) в длину. Они накладываются друг на друга и рассеивают солнечный свет, проходящий через окно.

Второй слой (как раз и помогает добиться той самой энергоэффективности) — оксид ванадия, цепляющийся за нановолокна с первого слоя. Этот материал подвержен термохромии, то есть он меняет свой цвет в зависимости от температуры. Например, в жаркий день оксид ванадия изменит свою структуру, потемнеет и отразит от окна часть инфракрасного солнечного излучения, которое обогрело бы помещение в случае со стандартным окном. В холодные дни, напротив, система будет «осветлять» окно и впускать больше солнечных лучей в комнату. Получается некая автоматизированная тонировка.

Уже звучит круто, но это не все. Во-первых, это чудо наноинженерии можно применять как к новым окнам на этапе остекления, так и к уже существующим. Достаточно модифицировать старое стекло слоем нанопленки от профессора Папаконстантину.

Во-вторых, производители окон могут вносить изменения в химический состав диоксида ванадия и регулировать температурную границу «затемнения» и «осветления» для разных стран и их климатов.

К примеру, в Испании можно повысить эту границу, чтобы окна начинали блокировать свет уже после условных 25 градусов тепла. Это позволит избежать перегрева помещения. В Швеции же, наоборот, граница затемнения должна быть ниже, чтобы жилища людей получили как можно больше тепла от редко появляющегося солнца.

Наноокно, которое не надо мыть

Изобретение профессора Папаконстантину не только термохромированное, но и гидрофобное (водоотталкивающее). Жидкость на пленке не задерживается и моментально скатывается, цепляя за собой всю пыль, которая успела скопиться на окне в течение дня.

Создатели технологии отмечают, что это заметно сократит затраты на обслуживание окон в небоскребах. Видимо, имеется в виду найм альпинистов, регулярно моющих окна в высотных зданиях с наружной стороны.

Наноокно (почти) как альтернатива кондиционерам

Но не пленкой единой хорошо изобретение Папаконстантину. У окна особая конструкция, предусматривающая два клапана: один запускает в стеклопакет кислород с улицы, а второй впускает его в помещение.

Пока воздух находится в трёхслойном стеклопакете, он прогревается солнечными лучами и попадает в помещение слегка теплым. По задумке авторов проекта, всю эту систему должны контролировать мини-вентиляторы, способные задерживать прогреваемый воздух, пока он не достигнет нужной температуры. Если пленка затемнила окно, после длительной рециркуляции воздуха в стеклопакете через клапан в помещение попадет охлажденный воздух.

Впоследствии обновленный кислород в переработанном виде должен покинуть помещение через стандартную вентиляцию. По мнению создателей умного окна, это сократит затраты на установку кондиционеров, потому что практически во всех помещениях есть окна, но далеко не во всех есть место под установку сложных систем кондиционирования воздуха.

Наноокно, оберегающее природу

Цель проекта — энергоэффективность. Есть задача сократить затраты электроэнергии примерно на 25% и сделать умные окна более конкурентоспособными в сравнении с другими похожими решениями за счет оксида ванадия, который активируется автоматически и грамотнее контролирует поступающее тепло и «свежий воздух».

Похожие задачи обсуждаются учеными уже несколько десятков лет. Сейчас инициативы в духе IntelGlazing приправлены всеобщим движением цивилизованного человечества к сокращению выброса углекислого газа и попыткам не допустить развития парникового эффекта.

На этом фоне идеи Иоанниса и его коллег выглядят еще более перспективно, а потому активно продвигаются. Чем быстрее наноокна выйдут на рынок, тем скорее люди заменят старые окна на что-то инновационное, энергоэффективное и дружелюбное по отношению к природе.