طراحی و مشخصه‌یابی نوری و حرارتی پنجره هوشمند نانوکامپوزیت خودتمیزشونده با ویژگی تغییر حالت انکساری شفافکدر

امروزه پنجره‌های هوشمند پایه پلیمری به واسطه قابلیت‌های نوری و دمایی خود به منظور کاهش مصرف انرژی در ساختمان مورد توجّه قرار گرفته‌اند. موضوع مهم در مورد این محصولات هوشمند، طراحی و ساخت بهینه آنها می‌باشد که محور اصلی مقاله حاضر را تشکیل می‌دهد. پنجره پیشنهادی به گونه‌ای عمل می‌کند که درصد عبور نور از پنجره به میزان تطابق ضریب شکست نانوسیال داخل پنجره و صفحات پلیمری وابسته است. همچنین فیلم نانوکامپوزیت جهت فراهم آوردن ویژگی خودتمیزشوندگی و رفتار فوتوکاتالیستی در سطوح خارجی مورد استفاده قرار گرفته است. مواد مورد استفاده شامل پلیمر پلی متیل متاکریلات (صفحات)، سیال متیل سالیسیلات، و نانوذرّات اکسید روی است. این مواد برای ساخت فیلم نانوکامپوزیت (نانوذرّات و پلیمر) و نانوسیّال (نانوذرّات و سیال) نیز مورد استفاده قرار گرفته‌اند. پس از انجام مراحل طراحی و ساخت، آزمایشات مشخّصه‌یابی به منظور تعیین خواص مکانیکی (استحکام کششی، چقرمگی، استحکام خمشی)، فیزیکی (زاویه تماس)، ساختاری (اندازه و شکل نانو ذرّات)، نوری (میزان عبور نور)، و حرارتی (محدوده‌های دمایی، ضریب انتقال حرارت) بیان شده است. همچنین عملکرد پنجره از لحاظ میزان مصرف انرژی و عبور نور، در یک تحلیل کمّی و به کمک دو پارامتر بی‌بعد نسبت عبور نور و تفاضل دما، مورد تحلیل و مقایسه با سایر پنجره‌های هوشمند قرار گرفته است. با توجّه به نتایج حاصل از این تحلیل، بازه تغییر شفافیت پنجره پیشنهادی بیش از 2 برابر حداکثر این مقدار برای سایر پنجره‌های هوشمند بوده، راندمان آن در حیطه مصرف انرژی و تعدیل دما در فصول گرم و سرد 2.1 برابر سایر پنجره‌های هوشمند بوده است.

Design and Characterization of Thermal and Optical Properties of NanoComposite SelfCleaning Refractive TransparentOpaque Smart Window

Today, polymerbased smart windows have been considered for their thermal capabilities to reduce energy consumption in the buildings. The important issue about these smart products is their optimal design and construction which is the main focus of this study. The proposed window operates the way that the percentage of the light passing through the window depends on the degree of conformity of the refractive index of the nanofluid inside the window and the polymeric plates. Nanocomposite film has also been used to provide selfcleaning and photocatalytic behavior on the external surfaces. The materials used include polymethyl methacrylate (plates), methyl salicylate (fluid), and zinc oxide nanoparticles, which have been used to fabricate the nanocomposite, and nanofluid. After accomplishing the design and fabrication steps, characterization tests have been performed to determine mechanical (tensile strength, toughness, flexural strength), physical (contact angle), structural (size and shape of nanoparticles), optical (light transmission rate), and thermal (temperature ranges, heat transfer coefficient) properties. In addition, the performance of the window has been analyzed and compared with the other smart windows in terms of energy consumption and light transmission, in a quantitative analysis by two dimensionless parameters of light transmission ratio and temperature difference. According to the results, the range of variation in the transparency has been more than the maximum for other smart windows by 2 times while its energy consumption and temperature adjustment performance index has been higher than the other smart windows by 2.1 times.