天候を打ち負かすスマートな窓 (Windows that Outsmart the Elements)

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2022-01-05 アメリカ合衆国・ピッツバーグ大学

・ ピッツバーグ大学とオックスフォード大学が、相変化材料(PCM)を利用した新しい「スマートウィンドウ」コーティングを開発。
・ 室内の冷暖房効率には、使用する窓の種類が大きく影響する。室内温度の維持にはエネルギーを大量に消費し、各先進国のエネルギー予算の 20~40%を占めている。
・ 新コーティングは、太陽光の不可視波長の吸収と反射を切り替える PCM 材料の 300nm を下回る活性層から構成され、太陽の近赤外光を冬季では捕獲して熱に変換し、夏季では反射することで室内の冷暖房を促進する。
・ 太陽エネルギーの吸収・反射の両状態で可視光をほぼ同様に透過するため窓の色味が変わらず、グリーンテクノロジーの導入において重要な審美性も確保。また、例えば材料の 30%が熱を反射する一方で 70%が吸収・熱放射するような、より詳細な温度制御も可能。
・ プロトタイプの作製と試験は、色と光の制御でディスプレイとして機能する超薄膜反射フィルムのBodle Technologies、エンジニアリング・建設の Eckersley O’Callaghan および薄膜フィルムの Plasma App の各専門企業と共同で実施した。
・ 日常生活の飛躍的な向上の可能性を提供する、PCM を使用した重要なオプトエレクトニックアプリケーションの一例を実証。PCM によるチューナブルな低放射率のガラスパネル技術の商業化には解決すべき課題が多く残るが、本研究結果は今後の技術開発の展開を約束するもの。
・ 本研究には、英国・工学・物理科学研究評議会(EPSRC)の Wearable and Flexible Technologies Collaboration が一部資金を提供した。
URL: https://news.engineering.pitt.edu/windows-that-outsmart-the-elements/

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

ACS Photonics 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Reconfigurable Low-Emissivity Optical Coating Using Ultrathin Phase Change Materials
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.1c01128

Abstract

A method for controlling the optical properties of a solid-state film over a broad wavelength range is highly desirable and could have significant commercial impact. One such application is smart glazing technology where near-infrared solar radiation is harvested in the winter and reflected it in the summer─an impossibility for materials with fixed thermal and optical properties. Here, we experimentally demonstrate the first spectrally tunable, low-emissivity coating using a chalcogenide-based phase-change material (Ge20Te80), which can modulate the solar heat gain of a window while maintaining neutral-coloration and constant transmission of light at visible wavelengths. We additionally demonstrate the controlled transfer of absorbed near-infrared energy to far-infrared radiation, which can be used to heat a building’s interior and show fast, sub-millisecond switching using transparent electrical heaters integrated on glass substrates. These combined properties result in a smart window that is efficient and aesthetically pleasing─crucial for successful adoption of green technology.

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