TÜBİTAK MAM Nanometal-Cam Hibrit Nanokompozitlerinin Geliştirilmesi Projesi ile Enerji Verimliliğinde Sınırları Zorladı

TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü; Şişecam Bilim, Teknoloji ve Tasarım Merkezi ortaklığı ile tamamlanan “Nanometal-Cam Hibrit Nanokompozitlerinin Geliştirilmesi” Projesi ile enerji maliyetlerini düşürerek verimliliği destekliyor.

TÜBİTAK MAM tarafından konuya ilişkin yapılan açıklamada, şu bilgiler paylaşıldı:

“Dünyada ve ülkemizde farklı sektörlerdeki enerji tüketimi her geçen gün artarken, CO2 emisyonlarının 2030’da 42.9x1012 kg’a yükseleceği öngörülmektedir. Kullanılan enerjinin  %70‘ini yurtdışından temin eden ülkemizde; enerjinin etkin kullanılması, israfın önlenmesi, enerji maliyetlerinin ekonomi üzerindeki yükünün hafifletilmesi ve çevrenin korunması için birçok kanun, genelge ve yönetmelikler uygulamaya konularak, enerji verimliliğin artırılmasına ilişkin usul ve esaslar düzenlenmiştir. Bu usul ve esasların uygulanmasıyla; binalarda yaşam standardı ve hizmet kalitesinin, endüstriyel işletmelerde ise üretim kalitesi ve miktarının düşüşüne yol açmadan, enerji tüketiminin azaltılması ile enerji verimliliğinin sağlanması hedeflenmektedir.

Camlar; yapılarda kapladığı geniş yüzey alanları nedeniyle enerji tasarrufu sağlanabilecek önemli bir malzeme olup, dünyada ve ülkemizde cam ürünlerin enerji etkinliğinin sağlanması için; sıcak ve soğuk iklim koşullarına uygun pek çok özel cam ve cam üzeri kaplama çeşidi geliştirilmesine ve yıl içerisindeki enerji tüketiminin azaltılmasına çalışılmaktadır. Sıcak iklimlerde; fazla ısınmanın önüne geçebilmek, soğutmaya, ısıtmadan daha fazla enerji ve maliyet sarf etmemek, soğutma nedeniyle enerji kayıplarını önlemek için görünür bölge enerjisinden mümkün olduğunca yararlanıp, solar radyasyonu azaltan camların kullanılması tavsiye edilmektedir. Buna karşılık, ısınma için aşırı enerji kullanan binalarda ve soğuk iklimlerde, yalıtım camları, özel cam ve cam üzeri kaplamalar içeren çift cam sistemleri ile camdan ısı kaybının önüne geçilmesi önerilmektedir. Enerji verimliliği açısından ısıl konforun minimum sıcaklıkta sağlanması önemlidir. Konfor şartlarının sağlanması için iç ortam sıcaklığının 22-23 °C olması yeterlidir. İç ortam sıcaklığını 1 ºC arttırmak için yaklaşık % 6-8 oranında daha fazla yakıt gerekmekte iken; gereğinden fazla yapılacak 1 ºC soğutma, işletim maliyetini % 8-10 oranında arttırmaktadır. Dolayısı ile aşırı ısıtma ve soğutma yapılmamalı, iç ortam sıcaklığı konfor şartlarına göre korunmaya çalışılmalıdır.

Enerji verimliliği kapsamında ülkemizde gerçekleştirilmiş olan Ar-Ge faaliyetlerinden biri de; TÜBİTAK tarafından desteklenen 213M742 numaralı, TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü yürütücülüğünde Şişecam Bilim, Teknoloji ve Tasarım Merkezi ortaklığı ile tamamlanan “NANOMETAL-CAM HİBRİT NANOKOMPOZİTLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ” projesi olup, 2014-2017 yılları arasında yürütülen projenin amacı ticari soda-kireç-silika esaslı düzcam (SLS) bileşimi esas alınarak, eriyik ve gaz formlarında iyon yer değiştirme ve ısıl işlem prosesleriyle, gümüş ve/veya bakır nano taneli cam hibrit nanokompozitlerinin üretimi için proses şartlarını (ergiyik kompozisyonu, iyon yer değiştirme sıcaklığı ve süresi, ısıl işlem sıcaklığı, süresi ve atmosferi) oluşturmak, optimizasyonu sağlanan proses şartlarında nanometal cam hibrit nanokompozit prototiplerini üretmek, üretilen bu prototiplerin mekanik, korozyon ve atmosferik dayanımını belirleyerek, EN410:2011 standardına göre gün ışığı (%geçirgenlik-dışa yansıtma) ve güneş enerjisi (%dışa yansıtma-soğurma-direk geçirgenlik-toplam geçirgenlik ve gölgeleme katsayısı) performansları ile EN 673:2011 standardına göre ısı geçirgenlik katsayılarını (U) saptamak ve nihayetinde, dalga boyu seçicilik özelliklerine göre enerji verimliliğini değerlendirmek olmuştur.

Ülkemizde ilk defa iyon yer değiştirme tekniği uygulanarak, solar kontrol cam olarak kullanıma yönelik; geçirgenlik, yansıtma, absorplama gibi optik özellikleri proses parametreleri ile kontrol edilebilir, gümüş/bakır nanotane ve kümeleri içeren, farklı renk tonlarında, aynı zamanda antibakteriyel özellik gösteren nano-metal cam hibrit nanokompozitleri geliştirilmiş ve üretilen prototip camların binalarda tek cam ve çift cam olarak kullanılması durumunda enerji verimliliğine katkıları değerlendirilmiştir. Proje sonuçları; tek katman 4mm camlar açısından değerlendirildiğinde iyon yer değiştirme prosesi ile düzcamların toplam güneş enerjisi geçirgenliği (g) %86’dan %35’e, gölgeleme katsayısı (SC) 0,99’dan 0,41’e, UV geçirgenliği %64’ten 0’a kadar düşürülebileceğini göstermiştir. Elde edilen prototiplerin gün ışığı geçirgenlik değerleri %21-82 arasında değişmektedir. Sonuçlar çift cam (4mm+4mm) olarak değerlendirildiğinde Isıcam Klasik’e göre toplam güneş enerjisi geçirgenliği (g) %75’ten %25’e, gölgeleme katsayısı (SC) 0,86’dan 0,29’a, UV geçirgenliği %46’dan 0’a düşürülmüş, gün ışığı geçirgenlik değerleri % 19-74 arasında değişen prototip numuneleri elde edilmiştir. Üretilen prototip numuneleri, güneş kontrol özelliği (300-2500nm dalga boyu aralığı) ile yaz aylarında aşırı sıcağı azaltan, böylece soğutma maliyetini düşürürken aynı zamanda çevreye duyarlı olarak düşük enerji tüketimini sağlayan güneş kontrol camları (solar cam) sınıfına girmektedir. Buna istinaden 1 m2 cam alanı ele alınarak; üretilen prototiplerin dalga boyu seçici özellikleri ile güneş kontrolü sağlamasından yararlanılmış ve bu özelliğin solar radyasyon ısı kazancına katkısı belirlenmiştir. Proje kapsamında uygulanan iyon yer değiştirme yöntemi ile camın yüzeyine herhangi bir kaplama yapılmadığından ve camın kendi yapısının yüzey kimyası modifiye edilerek fonksiyonellik sağlandığından, üretilen prototip camlar korozyona ve aşınmaya dayanıklıdır.

tubitak mam 1

Resim-1 Prototip numunelerin görüntüsü, optik absorbsiyon spektrumu, Nanotanelerin dielektrik cam matrisinde bulunmasının etkisiyle elektromanyetik spektrumun UV bölgesinde gözlemlenen Yüzey Plazmon Rezonans (SPR) piki, nanotane çaplarının hesaplandığı Mie Teorisi ve Nanotanelerin Elektron Mikroskobu görüntüsü

tubitak mam 3

Resim-2 Nanometal Cam Hibrit Nanokompozit cam prototiplerinin enerji verimliliği

TÜBİTAK Marmara Research Center (MRC) has pushed the Limits in Energy Efficiency with its Project of Development of Nanometal-Glass Hybrid Nanocomposites-213M742 financially supported by the Scientific & Technological Research Council of Turkey (TUBITAK)

TÜBİTAK Marmara Research Center (MRC) Materials Institute contributes to productivity by way of lowering energy costs, thanks to its Project of Development of Nanometal-Glass Hybrid Nanocomposites, having been completed in collaboration with Şişecam Science, Technology, and Design Center.

Powered by OrdaSoft!