Привычная ситуация в квартире или офисе: когда холодно – включаем кондиционер на обогрев, когда жарко – на охлаждение, сильно ярко в помещении – опускаем жалюзи. Новый тип оконных стекол может, в большинстве ситуаций, взять на себя все эти функции. Исследователи из Йенского университета имени Фридриха Шиллера в Германии представили магнитно-жидкостные окна, которые могут захватывать солнечное тепло и менять свою светопроницаемость. «Наибольшее преимущество крупномасштабных магнитно-жидкостных окон состоит в том, что они могут заменить системы кондиционирования воздуха, системы регулирования дневного света и теплую воду», – подчеркивает координатор проекта Лотар Вондрачек.
Защита климата и сокращение выбросов двуокиси углерода находятся на вершине глобальных программ развития. Соответствующие этой цели проекты исследований и разработок проводятся на национальном и международном уровнях, ведь в странах Европейского союза около 40 процентов потребления энергии расходуется на отопление, охлаждение, кондиционирование и освещение зданий. Исследовательский проект «умных» окон нового поколения Large-Area Fluidic Windows (LaWin) стартовал еще в 2015 году.
«Ключевой особенностью нашего проекта является использование магнитных жидкостей в окнах и фасадах в качестве теплоносителей и для обеспечения дополнительных функций», – объясняет координатор проекта Лотар Вондрачек. «С этой целью мы разрабатываемновые стеклянные материалы, ориентированные на большие площади, которые используются для циркуляции функциональных жидкостей».
В своей работе «Ультратонкое окно большой площади с настраиваемой затенением и солнечной тепловой способностью на основе дистанционной коммутации магнитоактивной жидкости» исследователи детально описывают прототип окна, которое изменяет свою светопроницаемость одним нажатием кнопки и может быть использовано для сбора солнечной энергии.
В последних прототипах окон в специальную жидкость загружают нано-размерные магнитные частицы железа. В зависимости от количества частиц железа сама жидкость приобретает разные оттенки серого, вплоть до совершенно черного. Эффективность окон LaWin с точки зрения увеличения тепла сопоставима с эффективностью солнечных тепловых установок. Но в отличие от них разработанная система может быть легко интегрирована в вертикальный фасад здания. Переключение между включением и выключением, т.е. высвобождение или захват частиц железа, происходит в отдельном резервуаре, а электрическое подключение в окнах LaWin не требуется.
Одним из самых сложных моментов в почти любой успешной научно-инженерной разработке является переход к практическому изготовлению реальных изделий. Ведь новые типы окон должны соответствовать современным строительным нормативам и легко встраиваться в существующие здания. Окна LaWin со специальными каналами для жидкости продемонстрировали соответствие требуемым спецификациям конечного продукта на прототипах площадью 200 кв. метров.
Исследовательский проект Large-Area Fluidic Windows является частью европейской программы Horizon 2020 и за последние два года он уже получил почти 6 млн. евро в виде финансирования от ЕС, а также дополнительные 2,2 млн. евро от промышленных партнеров. Первые коммерческие применения этой технологии запланированы на конец 2018 года.
