Ikkunat päästävät valoa sisätiloihin, mutta voivat myös tuoda ei-toivottua lämpöä. Ilmastointilaitteiden on sitten työskenneltävä todella lujasti niiden jäähdyttämiseksi. Tämän ongelman ratkaisemiseksi ja energiansäästön parantamiseksi kvanttiikkunatekniikalla tutkijat ottavat käyttöön läpinäkyvän säteilyjäähdyttimen (TRC) pinnoitteen.
Notre Damen yliopiston energiatutkimuksen Dorini-perheen professori Tengfei Luo ja postdoc-tutkija Seongmin Kim ovat kehittäneet läpinäkyvän pinnoitteen ikkunoille.
Tämä pinnoite tai läpinäkyvä säteilyjäähdytin (TRC) pystyy estämään lämpöä tuottavan ultravioletti- ja infrapunavalon. Auringonkulmasta riippumatta se päästää sisään vain näkyvää valoa. Sitä voidaan käyttää olemassa olevissa ikkunoissa ja autoissa, ja se auttaa minimoimaan ilmastointikustannuksia yli kolmanneksella kuumissa ilmastoissa.
Tehokas muotoilu vastaamaan muuttuviin auringonkulmiin
Tutkimuksen päätekijä Tengfie Luo sanoi: ”Auringonpaisteen ja ikkunasi välinen kulma muuttuu jatkuvasti. Pinnoitteemme säilyttää toimivuutensa ja tehokkuutensa auringon sijainnista riippumatta.”
Monissa viimeaikaisissa tutkimuksissa ikkunapinnoitteet optimoivat vain valoa, joka tulee huoneeseen suorassa kulmassa. Mutta tämä ei ole mahdollista. Keskipäivällä, joka on enimmäkseen vuorokauden kuumin aika, auringonsäteet pyrkivät pääsemään pystysuoraan asennettuihin ikkunoihin vinossa kulmassa.
Innovatiiviset materiaalit ja tekniikat
Aiemmin professori Luo ja hänen postdoc-tutkijansa Seongmin Kimin rakensivat läpinäkyvän ikkunapinnoitteen ottamalla lasipohjan ja asettamalla sen päälle erittäin ohuita alumiinioksidi-, piidioksidi- ja titaanioksidikerroksia. Pinnoitteeseen lisättiin myös mikrometrin paksuista piipolymeeriä. Tämä lisäys auttaa parantamaan rakenteen jäähdytystehoa . Näin se voi heijastaa lämpösäteilyä ilmakehän ikkunan kautta avaruuteen.
Professori Luo sanoi: ”Kerrosten järjestyksen lisäoptimointi oli välttämätöntä sen varmistamiseksi, että pinnoite soveltuisi useisiin auringonvalon kulmiin. Kokeilu ja erehdys -menetelmä ei kuitenkaan ollut käytännöllinen, koska mahdollisia yhdistelmiä oli valtava määrä.”
Tutkijat ymmärsivät, että materiaalien ja kerrosten tarkan yhdistelmän löytämiseksi heidän oli optimoitava prosessi. Niinpä prosessin optimoimiseksi sekä professori Luo että Kim loivat laskennallisen mallin. Sitten he käyttivät kvanttikoneoppimisen (QML) algoritmeja löytääkseen parhaat kerrosten ja materiaalien yhdistelmät.
Mutta mitä mieltä olet, säästävätkö kaihtimien sulkeminen energiaa?
Tulokset ja sovellukset
- Materiaali loppui on 1.2 mikronia paksu läpinäkyvä ikkunapinnoite.
- Se näyttää toimivan paremmin kuin muut vastaavat tuotteet markkinoilla.
- Heidän mallinsa loi pinnoitteen, joka pystyi sekä säilyttämään läpinäkyvyyden että myös alenna lämpötilaa (5.4-7.2 celsiusastetta tai 9.7-13 Fahrenheit-astetta).
- Se pystyi suorittamaan tämän mallihuoneessa, vaikka valoa välitettiin useissa eri kulmissa.
Opi 100 helppoa tapaa säästää sähköä kotona ja toimistossa.
Tämä projekti osoittaa, miten kvanttilaskenta voi todella auttaa tutkimusprosessissa. Sitä voidaan käyttää erilaisten, monimutkaisia ominaisuuksia omaavien materiaalien suunnitteluun. Näin ollen kvantti-ikkunateknologian energiansäästö voi olla suureksi avuksi monilla eri aloilla.
