Окна больше не охлаждают дом: новый материал меняет подход к строительству
Физики представили материал, который может заметно сократить теплопотери через окна, не лишая помещения естественного света. Новая разработка решает одну из самых сложных задач энергоэффективного строительства — сочетание прозрачности и теплоизоляции. По оценкам учёных, технология способна изменить подход к проектированию зданий. Об этом сообщает "Наука Mail".
Проблема теплопотерь через окна
Здания по всему миру потребляют около 40% всей производимой энергии, и значительная часть этих затрат связана с отоплением и охлаждением. При этом окна остаются слабым местом любой теплоизоляции: стены можно утеплить практически без ограничений, а оконные конструкции по определению должны пропускать свет.
Именно этот компромисс — между прозрачностью и сохранением тепла — долгое время считался почти нерешаемым. Найти материал, который одновременно блокирует теплообмен и не искажает видимость, оказалось крайне сложно — несмотря на развитие решений для энергоэффективного строительства.
"Чтобы блокировать теплообмен, в стены можно заложить много утеплителя, но окна должны оставаться прозрачными. Найти теплоизоляционные материалы, которые при этом пропускают свет — действительно очень сложно", — подчеркнул профессор физики университета Колорадо в Боулдере Иван Смалюх.
Что такое MOCHI
Разработку представили учёные из Университета Колорадо в Боулдере. Материал получил название Mesoporous Optically Clear Heat Insulator, или сокращённо MOCHI. Это прозрачный силиконовый гель, выпускаемый в виде тонких листов или пластин, которые можно крепить к внутренней стороне окон — по принципу, схожему с тем, как работает прозрачный материал, который удерживает тепло в современных оконных системах.
По словам авторов исследования, MOCHI почти полностью прозрачен и рассчитан на длительное использование. Пока материал производится только в лабораторных условиях и не поступил в массовое производство, однако его свойства уже подтверждены экспериментально.
Как работает прозрачная теплоизоляция
Секрет эффективности MOCHI кроется в его внутренней структуре. Материал представляет собой сеть микроскопических пор, заполненных воздухом. Размеры этих пор значительно меньше толщины человеческого волоса, а более 90% объёма материала занимает именно воздух.
Из-за крайне малого размера пор теплопередача через газ внутри них резко снижается. При этом структура остаётся достаточно упорядоченной, чтобы не рассеивать свет. В результате MOCHI отражает всего около 0,2% излучения и практически не влияет на прозрачность окна.
В ходе экспериментов было показано, что лист материала толщиной примерно 5 миллиметров эффективно препятствует прохождению тепла, сохраняя при этом высокий уровень светопропускания.
Сравнение с аэрогелями и перспективы
Авторы сравнивают MOCHI с аэрогелями — известными теплоизоляционными материалами, которые также содержат большое количество воздуха. Однако аэрогели обычно выглядят мутными из-за хаотичного рассеяния света. MOCHI лишён этого недостатка благодаря более упорядоченной мезопористой структуре.
Учёные рассматривают применение нового материала в энергоэффективных окнах и системах, использующих солнечное тепло для обогрева помещений.
"Даже в относительно пасмурный день все равно можно собрать много энергии, а затем использовать ее для нагрева воды и внутренних помещений здания", — отметил Смалюх.
Ограничения и следующий шаг
Исследователи подчёркивают, что технология находится на ранней стадии развития. Производство MOCHI пока требует сложных лабораторных процессов, однако используемые компоненты относительно недорогие. По мнению авторов, метод изготовления можно упростить и адаптировать для промышленного применения.
В перспективе прозрачная теплоизоляция может стать важным элементом устойчивого строительства и помочь существенно сократить энергопотребление зданий без ущерба для комфорта и освещения.
