Vzduch v oknech s dvojitým zasklením by mohl nahradit průhledný materiál vyrobený z celulózových nanovláken a plynových kapes. Vědecká práce „Vysoce transparentní silanizované celulózové aerogely pro zvýšení energetické účinnosti prosklených ploch v budovách“, publikovaná tento týden v časopise Nature Energy, tvrdí, že tak může dojít ke zlepšení tepelné izolace oken až na úroveň stěn.
Ivan Smalyukh a jeho kolegové z Coloradské univerzity v Boulderu použili nanovlákna celulózy k vytvoření pevného gelu obsahujícího kapsy s plynem, který dokáže z izolačního hlediska fungovat lépe než vzduch. Vyřešili tak problém, kdy mezi dvěma skleněnými tabulkami okna není praktické nechávat mezeru větší než 1,5 centimetru.
Řešení konvekčního efektu
Okna se vzduchem v mezeře mezi skleněnými tabulemi mohou být lepšími izolanty buď zvýšením počtu skleněných tabulí, což může ovlivnit vizuální kvalitu, nebo zvětšením šířky vzduchové vrstvy. Mezeru lze ovšem zvětšovat maximálně do tloušťky 1,5 centimetru, kdy se začne projevovat konvekční efekt.
Konvekční efekt v oknech se týká přenosu tepla vzduchem, který krouží v prostoru mezi dvěma skleněnými tabulemi. Když mezi tabulemi vznikne rozdíl teplot – například pokud slunce zahřívá vnější sklo, začne se vzduch uvnitř ohřívat a rozpínat.
Teplo se pak přenáší konvekcí, kdy teplý vzduch stoupá nahoru, zatímco studený vzduch klesá dolů. Tento pohyb vzduchu může vytvořit proudění, které má za následek ztrátu tepla z místnosti nebo zvýšení teploty uvnitř místnosti, pokud se proudění vzduchu ohřátého sluncem dostane do interiéru.
Celulózový aerogel
„Získali jsme velice neobvyklou kombinaci vlastností v podobě velmi vysoké průhlednosti aerogelu, který má zároveň mimořádně vysokou tepelnou izolaci,“ říká Smalyukh. „Můžete si to představit jako polštář, který udržuje teplo tam, kde ho potřebujete, a zároveň skrz něj vidíte, takže ho můžete použít v okně.“
Při výrobě aerogelu vědci nejprve suspendovali celulózová nanovlákna ze dřeva ve vodě a poté vodu nahradili etanolem. Během tohoto procesu jsou vlákna umístěna do tekutiny, kde se následně nechají volně plovat v prostoru, aniž by se usazovala na dně nebo stěnách nádoby. Tímto způsobem jsou nanovlákna rovnoměrně rozptýlena v prostředí.
Poté aerogel vysušili zvýšením teploty a tlaku, přičemž etanol nahradili vzduchem, který vyplnil kapsy v materiálu. Následně přidali na povrch sloučeniny křemíku, aby aerogel odpuzoval vodu a při použití v oknech zabraňoval kondenzaci.
Okna s izolací
Tyto lehké materiály lze použít jako tabule mezi skly a k modernizaci stávajících oken. Aerogely zvyšují energetickou účinnost a mohou umožnit pokročilá technická řešení pro skleněné izolační tabule, střešní okna, běžná okna i zasklení fasád, což může zvýšit úlohu zasklení v obvodových pláštích budov.
Materiál vyrobený z celulózových nanovláken a plynových kapes
Drobné vzduchové kapsy usazené v aerogelu znamenají, že jej lze použít k vyplnění širšího prostoru bez konvekčního efektu, který by se projevil při použití samotného vzduchu. Okno s aerogelovou výplní o šířce asi 2,5 centimetrů dokáže tepelně izolovat prakticky stejně jako zeď.
„Jedná se o opravdu zajímavý objev, který by se dal snadno použít jako dodatečná úprava stávajících oken,“ říká Steve Eichhorn z Bristolské univerzity ve Velké Británii. „Snížení prostupu tepla s další výhodou v podobě zachované průhlednosti a nízkého zamlžení činí toto řešení skutečně pozoruhodným, a to vše s využitím udržitelného materiálu – celulózy.“
