Pondělí 22. dubna 2024
ikona hodiny22. 1. 2022 07:00

Chytrá okna se obejdou bez čidel a ovládání. Díky českým vědcům

Představte si okna, která do místnosti pustí jen tolik tepla, kolik je potřeba. A to sama od sebe, bez lidského zásahu. Hlavně v létě přijdou vhod. Na trhu už nějaká najdeme. Jsou vybavená čidly, která reagují na vnější podmínky a podle potřeby například zatáhnou roletu, případně se sama otevřou nebo zavřou. Plzeňští vědci ale jako první na světě přišli na to, jak chytrá okna vyrobit bez elektroniky. Navíc by měla fungovat ještě účinněji než ta současná.

Daniel Mrázek autor

Foto: Shutterstock.com Díky plzeňským vědcům bude za okny vždycky příjemně Foto: Shutterstock.com

Jak se chytrá okna vyrábí a v čem tkví unikátní úspěch českých vědců, představí naše zvuková reportáž. Popíše i to, proč vědci věří, že jejich vynález je dobrou investicí.

„Naše řešení zatím nikdo nenabízí, jsme totiž jediní, komu se to povedlo připravit,“ hrdě oznamuje Jiří Rezek z výzkumného centra NTIS Fakulty aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni. „Chytrost našeho okna spočívá v tom, že samo reguluje průchod tepla tam a zpátky, aniž byste ho museli otevírat, zavírat, dávat před něj nějakou roletu a podobně,“ doplňuje s tím, že okno využívá své specifické fyzikální vlastnosti.

Základem je velmi tenká, asi 400 nanometrů silná, vrstva oxidu vanadičitého (VO2) nanesená na sklo pomocí plazmového magnetronového naprašování. Podobné experimenty nejsou ve světových laboratořích výjimečné, plzeňským vědcům se ale povedlo něco, co nikomu jinému na světě. A jedná se o doslova průlom. Zatím se totiž dařilo vrstvu VO2 nanést jen na sklíčko měřené v jednotkách centimetrů. Výzkumníci z NTIS pod vedením profesora Jaroslava Vlčka ale tuto vrstvu naprášili na sklo o velikosti běžného okna. Udělali tak významný krok k průmyslové výrobě.

Oxid vanadičitý vyniká tzv. termochromickým jevem. „Když se nachází pod přechodovou teplotou, chová se jako zašedlé sklo, takže propouští velkou část světla. Zároveň, stejně jako běžné sklo, propouští i infračervené záření, neboli teplo, které k nám putuje ze slunce. Ale když se ten materiál zahřeje nad tu přechodovou teplotu, tak se přepne. Pořád stejným způsobem, pro oko nerozeznatelně, propouští světlo, ale začne odrážet velkou část infračerveného záření zpátky ven,“ vysvětluje Jiří Rezek. Tím pádem nebude v místnosti horko, čímž se ušetří energie potřebná na klimatizaci. Ta bude moct být buď úplně vypnutá, nebo alespoň poběží na nižší výkon.

Problém ale je, že zmíněná přechodová teplota se u oxidu vanadičitého za normálních okolností pohybuje kolem 70°C. „Taková teplota není ani v Teheránu na náměstí,“ říká s úsměvem Rezek a pokračuje: „Existují ale postupy, jak ten materiál upravit, třeba přidáním jiného prvku, v našem případě wolframu. Tím přechodovou teplotu snížíme.“ Na druhou stranu hrozí, že se sníží optické vlastnosti, třeba že sklo pak propustí méně světla. Plzeňští vědci ale dokázali přechodovou teplotu snížit na 20°C, aniž by průhlednost skla zhoršili.

Foto: Daniel Mrázek Jiří Rezek u reaktoru Foto: Daniel Mrázek

Unikátní přechod z malých rozměrů na velké

Oxid vanadičitý se na sklo nanáší v plazmovém magnetronovém reaktoru. V něm se vanad i kyslík doslova rozloží na atomy a ty pak dopadají na sklo. Nesmírně záleží na absolutně přesném poměru mezi vanadem a kyslíkem. „Když ten poměr změníte o jedno dvě procenta, nanesená vrstva vám nebude dělat vůbec nic a můžete ji vyhodit,“ varuje Rezek.

Právě to je důvod, proč je tak náročné přejít od malých rozměrů k velkým. Reaktor v plzeňské laboratoři má v průměru asi metr. Tam by se okno nevešlo. K výjimečnému úspěchu plzeňským vědcům tak pomohla mezinárodní spolupráce. Úspěšná realizace totiž proběhla v laboratořích Fraunhoferova institutu v Drážďanech v rámci účasti týmu Jaroslava Vlčka v evropském výzkumném projektu Switch2Save, který se zabývá úsporou energie na klimatizaci, mimo jiné i pomocí aplikace termochromických materiálů na oknech budov. Vědci ze západočeské metropole byli do projektu přizváni na základě výsledků výzkumu termochromických povlaků, které publikovali v prestižních zahraničních časopisech.

Každý reaktor je ale trochu jiný, výrobní postupy se tak musí přizpůsobit jeho konkrétním vlastnostem. Což v případě oxidu vanadičitého ze zmíněných důvodů není nic jednoduchého. Plzeňští vědci ale VO2 zkoumají už asi osm let a dokázali odhalit i ty nejjemnější jeho nuance. A právě díky tomuto jejich detailnímu poznání jako první na světě dokázali VO2 nanést i na skleněnou plochu větších rozměrů.

Obrovská investiční příležitost, ale riziková

Bez zmíněného evropského výzkumného projektu by podle Rezka byl tento úspěch vyloučený: „Asi těžko by se našel někdo, kdo by řekl: ‚Máte výborný základní výzkum, jste v tom jedni z nejlepších na světě, tak tady máte 150 milionů a pojďme z toho udělat nějaký produkt.‘ Ani se nedivím, ten vědecký risk je tu značný, takže firmy do toho zatím jít nechtějí. Evropský projekt tak byl jedinou možností, jak toho dosáhnout.“

Výzkumný projekt Switch2Save, který se zabývá vysoce atraktivním a celospolečensky důležitým tématem šetření energie pomocí pokročilých úprav povrchu okenních tabulí, sdružuje devět partnerů napříč Evropskou unií. Kromě koordinujícího Fraunhoferova institutu jsou řešiteli univerzity (Západočeská univerzita v Plzni a Národní technická univerzita v Aténách), technologické firmy, ale například i druhá největší nemocnice v Řecku Agios Panteleimon. Právě tam se budou nová okna testovat v reálném provozu. Do konce září 2023 by mělo být na budovu nemocnice nainstalováno celkem 56 okenních tabulí a balkonových dveří na klinikách dětského lékařství a intenzivní péče.

Plzeňští vědci ale ještě musí vylepšit optické vlastnosti chytrého okna. Sklo je zatím nažloutlé, vypadá jak špinavé. Výzkumníci z NTIS tak zkoumají, jak barvu změnit, aby sklo bylo na pohled příjemnější. „Pak je tu vývojové hledisko. Aby to bylo reprodukovatelné, aby jedno okno bylo jako druhé, aby každé sklo nemělo jinou barvu, jinou tloušťku. To jsou vyloženě průmyslové problémy, které je třeba vyřešit,“ pokračuje dále Rezek. Uvědomuje si, že i tato fáze si vyžádá nemalé finanční prostředky.

Foto: Daniel Mrázek Barva okna zatím není moc vzhledná Foto: Daniel Mrázek

Na světě je 100 tisíc km2 oken

Rezek věří, že pro další kroky k finální realizaci najde investora. „Ten trh bude neustále růst. Vidíte, že domy jsou samé sklo. S kolegou jsme to zkoušeli spočítat a odhadujeme, že na světě je asi sto tisíc kilometrů čtverečních oken. To je obrovské množství, ve kterém vidím obrovský potenciál, protože okna jsou slabým místem budov. Teplo jde ven, když nemá, a dovnitř, když také nemá,“ věří v úspěch Rezek.

A přidává ještě další údaje. Podle určitých propočtů se odhaduje, že topení, klimatizace nebo osvětlení budov spotřebuje 30 % veškeré vyprodukované energie. Rezek je přesvědčený, že chytrá okna z plzeňské laboratoře toto procento dokážou snížit.

 

Více se dozvíte v naší zvukové reportáži.

Články autora Daniel Mrázek

Nejnovější články

Aktuality
Evropa vyslyšela požadavky českých podnikatelů

„Enrico Letta při psaní zprávy o vnitřním trhu...

„Posouzení dopadů by mělo být zaměřeno na kvalifikované...

Aktuality
Vítězí smysl pro detail a tradice  

„Stejně jako minulý rok, ani letos se v...

Každá realizace byla posuzována porotou, která je složena...

Oblíbená soutěž Pokrývači sobě, kde samotní pokrývači hlasují...

Pohled z praxe
Lasvit oceněn na milánském designweeku

V soutěži, v níž se představilo více než...

Výstava představila také nový koncept designu osvětlení Bois...

Vítězství komentuje zakladatel Lasvitu Leon Jakimič: Nejlepší výstava...

Nejnovější Aktuality

Aktuality
Evropa vyslyšela požadavky českých podnikatelů

„Enrico Letta při psaní zprávy o vnitřním trhu...

„Posouzení dopadů by mělo být zaměřeno na kvalifikované...

Aktuality
Vítězí smysl pro detail a tradice  

„Stejně jako minulý rok, ani letos se v...

Každá realizace byla posuzována porotou, která je složena...

Oblíbená soutěž Pokrývači sobě, kde samotní pokrývači hlasují...

Aktuality
Jak připravit firmu na AI a digitální budoucnost?

Pátý ročník Digital Transformation Summitu proto přinese nejnovější...

Srdcem Digital Transformation Summitu (DTS) budou ukázky konkrétních...

DTS letos otevře Krzysztof Krecikij, Salesforce Regional Director...