Kuća sa zimskim i ljetnim krovom

Novo čudo kemije, fizike i nanotehnologije zove se TARC – sloj koji se stavlja na krov ili drugu neprozirnu površinu izloženu suncu. On zimi grije, a ljeti hladi ono što se pod njim nalazi.

Nenad Raos subota, 22. siječnja 2022. u 06:00

Zimi se nosi debela i tamna, da ne kažem crna odjeća, ljeti se pak nosi tanko i svjetlo, zna se. U stara su se pak vremena okretali kožusi: ljeti je krzno bilo okrenuto prema van (a koža prema unutra), a zimi obratno, koža prema van, a krzno prema unutra. No za kuće to ne vrijedi. Kući se ne može okretati krov. Mogu  se samo otvarati ili zatvarati prozori, ako se želi zimi potrošiti što manje za grijanje, a ljeti što manje za hlađenje.

Za ovo posljednje riješenje, za grijanje i hlađenje, troši se u američkim kućama više od pola (51 %) ukupne energije koja se troši u kućanstvu. To nas ne treba čuditi jer se najviše djelova Američkog kontinenta nalazi u područjima velikih varijacija temperature tijekom godine (kontinentalna klima). Kako taj veliki utrošak energije smanjiti?

Rješenje, zasad samo moguće rješenje, nalazimo u radu petnaestorice američkih znanstvenika iz više institucija što se nadavno pojavio na mrežnim stranicama časopisa Science pod naslovom „Temperature-adaptive radiative coating for all-season household thermal regulation“. O čemu se tu radi? Teško je taj naslov korektno i jasno prevesti no, ukratko, radi se o tome da kuća mijenja odjeću a da je sa sebe ne skida.

Riječ je, što se vidi već iz naslova, o „sloju čije se zračenje prilagođava temperaturi“ (temperature-adaptive radiative coating, TARC), a primjenjiv je za grijanje i hlađenje kuća u svim godišnjim dobima (all-season). U njegovoj osnovi leži pojava da miješani dioksid volframa i vanadija, WxV1-xO2,  prelazi promjenom temperature iz stanja izolatora (I) u stanje metala (M). No pri kojoj će se temperaturi to dogoditi i hoće li se uopće dogoditi, ovisi o indeksu x u navedenoj kemijskoj formuli. Ako je x = 0,015, što odgovara formuli W0.015V0,985O2, temperatura prijelaza izolatora u metal (TMT) bit će točno 22 oC. To je dakako sobna temperatura, temperatura na kojoj je najugodnije živjeti.

Novi krov američkih znanstvenika, ili bolje rečeno njegov sloj okrenut prema nebu, sastoji se od tri sloja. Najdonji sloj je sloj srebra, srebrna folija. Ona odbija toplinsko infracrveno zračenje (thermal infrared, TIR), tj. elektomagnetsko zračenje frekvencije 8-15 µm. Iznad sloja srebra nalazi se sloj barijeva fluorida, BaF2. Njegova je funkcija da propušta te djelomično apsorbira TIR zračenje. Na kraju se nalazi najvažniji sloj, sloj već spomenutog miješanog dioksida volframa i vanadija (ili, točnije, VO2 uz male primjese WO2). Taj je sloj nanesen u obliku nekoliko mikrometara velikih čestica. I što se s njime događa?

Kada su temperature niže od 22 oC, recimo zimi, WxV1-xO2 propušta infracrveno zračenje, pa TARC djeluje kao da ga nema. Ljeti pak, pri temperaturama višima od 22 oC, WxV1-xOprelazi u metalnu modifikaciju, pa apsorbira no i emitira infracrveno zračenje – i tako ne da krovu da se ugrije. Ili, jezikom brojeva, pri 15 oC emisivnost pokrova iznosi 0,2, dok je pri temperaturi od 30 oC ona jednaka 0,9 (TARC osvjetljen punom Sunčevom svjetošću zrači pri 15 oC 20 W/m2, a pri 30 oC 120 W/m2.) Stoga krov za hladna vremena zrači kao da je pokriven najboljim materijalom za pokrivanje zimi (ε = 0,10), a za toplog vremena kao da je napravljen od najboljeg materijala  za pokrivanje ljeti (ε = 0,95). Imamo dakle dva krova u jednom, koji se sami od sebe izjemenjuju čim im temperatura prijeđe unaprijed zadanu vrijednost.  

Koliko se novim krovom može uštedjeti energije ovisi dakako o veličini kuće (prizemnica, jednokatnica, višekatnica), a još više o oscilacijama temperature tijekom godine. Za tipičnu američku obiteljsku kuću, pokazuju proračuni autora spomenutog znanstvenog rada, godišnja bi ušeda na grijanju i hlađenju mogla biti 2,94 GJ ili 817 KWh. (Kuća bi bila sagrađena u Baltimoreu (Meryland), s krovnom površinom 118 m2.) Izolacijski bi se pokrov mogao lako montirati na već postojeći krov, a TARC zaštititi od habanja tankim slojem polimera, recimo polietilena.

No sve će na kraju ovisiti o proizvodnim troškovima. Materijali za izradu pametnog krova nisu jeftini, no ipak se nanose u vrlo tankom sloju, pa bi se – nadajmo se – mogla naći računica između cijene novog krova i uštede na grijanju i klimatizaciji.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je doktor prirodnih znanosti iz područja kemije, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Do umirovljenja radio je u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI)  baveći se bioanorganskom i teorijskom (računalnom) kemijom. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti surađujući u mnogim časopisima i revijama (Priroda, ABC tehnike, Čovjek i svemir, Modra lasta, Smib, Fokus). Napisao je više od dvije tisuće znanstveno-popularnih članaka, 13 znanstveno-popularnih knjiga te u koautorstvu dva sveučilišna udžbenika iz područja dizajniranja lijekova. Sada piše za časopis Čovjek i svemir te, naravno, za BUG online. Godine 2003. dodijeljena mu je Državna godišnja nagrada za promidžbu i popularizaciju znanosti.

📢 Uštedi do 250 kn

TOP!

HONOR X7 i X8

Super brzo punjenje, IPS ekran, do 64 MP, Android 11 operativni sustav.

Od 1349kn Kupi


Bežični glazbeni sustav

COMO AUDIO Solo

Wi-Fi, Bluetooth, FM i internet radio, Spotify, Multi-room, USB ulaz, 30W po kanalu, daljinski upravljač, Como Control aplikacija.

2.929 kn 3.749 kn Kupi

Satelit zvučnik visokih performansi

DALI Fazon LCR

Isporuka bogato definiranih detalja i snažnog basa, zakrivljeni dizajn, 78 - 25,000Hz, 15 - 120W, 6 ohma.

2.399 kn 2.989 kn Kupi