Egy ablak, amely elsötétíti a helyiséget, és így védi a belső teret a felmelegedéstől, ilyen már létezik, de olyan még nem, ahol az intelligens ablakok egyszerre szolgálnak légkondicionálóként és napelemként is. Szakemberek jelenleg az "okos Windows"-on dolgoznak. Ezek olyan intelligens ablakok, amelyek magas hőmérsékleten automatikusan elsötétülnek, és nem csak a hő kivédésére, hanem annak tárolására is szolgálnak.

Szerinted 10 év múlva milyen klímaberendezéssel fogunk hűteni/fűteni?

Míg Európában ebben az évszakban a fűtésre koncentrálunk, sok más földrészen az emberek kényelme a légkondicionálótól függ. Csak az Egyesült Államokban a klímaberendezések az ország éves energiaigényének akár a hat százalékát is felhasználják. A tudósok ezért évtizedek óta keresik a környezetbarát alternatívákat.

Mindeközben a digitalizáció fáradhatatlanul halad előre, a mesterséges intelligencia egyre nagyobb teret követel magának, és az éghajlatváltozás haladéktalan megoldást igényel. Ez a korszellem gondoskodik arról, hogy új ötletek jelenjenek meg, és minden mindennel kompatibilis legyen. A meglévő berendezések, már nem elég jók, okosak, intelligensek. A klímaberendezésekkel ma már fűteni is tudunk, sőt egy applikáció segítségével össze tudjuk kötni az okosotthonunk összes funkciójával. 

A jelentős számú klímaberendezések sok áramot fogyasztanak

Sajnos a nagy üvegfelülettel rendelkező irodaépületekben a klímák intenzív igénybevételnek vannak kitéve. Nyáron közvetlenül az ablakok mentén elhelyezkedő irodahelyiségek túlságosan felmelegszenek. Mindenki ismeri azokat a forró nyári napokat, amikor elviselhetetlen a hőség, és csak klímaberendezéssel vagy az ablakok teljes elsötétítésével lehet azt elviselni. A redőny nem az ideális megoldás, mert elzárja a kilátást a szabadba, illetve azért sem kívánatos eszköz, mert megváltoztatja az épület megjelenését. Ezért csúcsra járatjuk a klímaberendezéseinket, amely eszközök villamos energiával működnek. De hogyan tovább? Több kutatócsoport azon dolgozik, hogy a legjobb megoldást találják meg erre a problémára!

Az intelligens ablakok működési elve a német kutatók szerint

Német kutatók hat uniós ország egyetemeivel és ipari partnereivel közösen kidolgoztak egy olyan rendszert, amelyet intelligens ablaknak is neveznek. A projektet az Európai Unió is támogatta, mivel minden be nem kapcsolt klíma segít csökkenteni a CO2-kibocsátást. A Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC kutatói Würzburgban és a Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP szakemberei pedig Drezdában olyan rendszert fejlesztettek ki, amelyhez nincs szükség speciális üvegre. Az elektrokróm bevonatot egy átlátszó, elektromosan vezető fóliára viszik fel, és így az aktívan kapcsolhatóvá válik. Feszültség vagy áram alkalmazása esetén töltés és ioncsere megy végbe, és a bevonat elsötétül, ami az ablakban árnyékoláshoz vezet. Az okos ablakok működési elve szinte ugyanaz, mint az elektrokróm vagy termokróm ablakoké, azzal a különbséggel, hogy a hatás itt csak a fólia alkalmazásával érhető el, és nem egy speciális üvegen keresztül. A rendszer szenzorokon keresztül működik. Mérik a fényerőt vagy a hőmérsékletet, és elküldik az értékeket a vezérlő elektronikának. Ha szükséges, ez feszültség impulzust ad át a fóliának, így az megváltoztatja és elsötétíti az ablakot.

A Fraunhofer kutatói gondoskodtak arról, hogy a lakosokat vagy az irodai dolgozókat a lehető legkevésbé zavarják a színváltozások. Az elszíneződés nem hirtelen, hanem finoman, néhány percen belül megy végbe. Ezek a termokróm fóliák egyáltalán nem igényelnek áramot. A kapcsolható alkatrészeket vákuummal laminálják egy négy milliméter vastag ablaküvegre, amely a kompozit ablak részeként szolgál. A lényeg a súly. A bevonatok könnyűek, így a meglévő épületekben nincs statikai probléma, ha utólag intelligens ablaküveggel szerelik fel őket.  

Hogyan képzelik a hővisszaverő hűtőrendszerek működését az amerikai kutatók?

Amerikai tudósok is dolgoznak egy hasonló rendszeren. Az NREL (National Renewable Energy Laboratory) amerikai kutatói is az intelligens ablakok fejlesztésével foglalkoztak az elmúlt években. Az ő elméletük szerint is ahogy a hőmérséklet emelkedik az intelligens ablakoknak automatikusan kell elsötétülniük és színüket megváltoztatni, és a beépített napelemeknek köszönhetően energiává alakulniuk. Ez az elgondolás logikusnak hangzik, de hogyan működik ez a technológia? Ez egy termokróm fotovoltaikus technológia. Ennek lehetővé tétele érdekében az amerikai kutatók egy vékony perovszkit kristályokat tartalmazó lapot helyeznek el a két üvegtábla közé. A perovszkit kristály a jövő anyaga, ha napenergiáról van szó. A két üvegtábla közé oldószergőzt permeteznek, ami magasabb hőmérsékleten deformálja a perovszkit kristályok alakját, és ezáltal megváltoztatja az ablak színét. Az üveg eredetileg átlátszó, de 35 és 46 Celsius fok közötti hőmérsékleten sárgára, narancssárgára, pirosra vagy barnára változik. Ezért minél melegebb lesz az ablak, annál sötétebb lesz az ablak színe. 

A jövőre nézve az úgynevezett „hővisszaverő hűtőrendszerek” eddig ígéretes megoldásnak számítottak. Viszont van egy komoly probléma velük. Mégpedig nyáron ezek a fóliák valóban lényegesen alacsonyabb hőmérsékletet biztosítanak a beltérben, de ez a hatás télen is érvényesül. Ennek eredményeként az év hideg hónapjaiban a fűtési költségek megnövekednek, és a ténylegesen környezetbarát alternatíva már nem is annyira hatékony.

A jövő klíma rendszerének alapja

Ezért a Szingapúri Műszaki Egyetem kutatócsoportja most egy új rendszert tervezett, amely talán megoldja ezt a problémát. Az új moduláló passzív visszaverő hűtőrendszerek automatikusan kikapcsolnak, ha kint lehűl a levegő. Az ő véleményük szerint a rendszernek nem csak vissza kell verni a napfényt és le kell hűteni az ablakok felületét, hanem áttetszőnek is kell lenniük. Ezért véleményük szerint a siker kulcsa a volfrámmal adalékolt vanádium-oxid, amelyet az üvegre felső rétegként vittek fel. Ennek az eljárásnak az előnye, hogy a rendszer passzívan működik. Nem kell áram, a rendszer automatikusan átvált nyáriról téli üzemmódra. 27 fokra állították be azt a pontot amikor vált a rendszer. Ha kint ennél hidegebb van, az üveg több fényt enged át, és az energiakibocsátó hatás pedig kikapcsol.