Le finestre lasciano entrare la luce nei tuoi spazi interni ma possono anche portare calore indesiderato. I condizionatori d'aria devono quindi lavorare molto duramente per raffreddarli. Per risolvere questo problema e aumentare il risparmio energetico con la tecnologia delle finestre quantistiche, i ricercatori stanno adottando un rivestimento trasparente per il raffreddamento radiativo (TRC).
Tengfei Luo , professore di studi energetici presso l'Università di Notre Dame (cattedra della famiglia Dorini), e il ricercatore post-dottorato Seongmin Kim hanno sviluppato un rivestimento trasparente per finestre.
Questo rivestimento, o raffreddatore radiativo trasparente (TRC), è in grado di bloccare i raggi ultravioletti e infrarossi che generano calore. Indipendentemente dall'angolazione del sole, lascia passare solo la luce visibile. Può essere applicato su finestre e automobili esistenti e contribuire a ridurre di oltre un terzo i costi di climatizzazione nei climi caldi.
Design efficiente per affrontare i cambiamenti dell'angolazione del sole
Tengfie Luo, autore principale dello studio, ha affermato: "L'angolo tra la luce del sole e la finestra cambia continuamente. Il nostro rivestimento mantiene funzionalità ed efficienza indipendentemente dalla posizione del sole nel cielo."
In molti studi recenti, i rivestimenti delle finestre ottimizzano solo la luce che entra in una stanza ad angolo retto. Ma questo non è fattibile. A mezzogiorno, che è per lo più il momento più caldo della giornata, i raggi del sole tendono a entrare nelle finestre installate verticalmente ad angoli obliqui.
Materiali e tecniche innovative
In precedenza, il professor Luo, insieme al suo collaboratore post-dottorato Seongmin Kim, ha realizzato un rivestimento trasparente per finestre partendo da una base di vetro e sovrapponendovi strati ultrasottili di allumina, silice e ossido di titanio. È stato inoltre aggiunto un polimero di silicio dello spessore di un micrometro. Questa aggiunta contribuisce a migliorare il potere di raffreddamento della struttura, consentendole di riflettere la radiazione termica attraverso la finestra atmosferica e disperderla nello spazio esterno.
Il professor Luo ha affermato: "Un'ulteriore ottimizzazione dell'ordine degli strati era necessaria per garantire che il rivestimento potesse accogliere la luce solare da diverse angolazioni. Tuttavia, un approccio per tentativi ed errori non era pratico, dato l'enorme numero di combinazioni possibili."
I ricercatori si sono resi conto che per trovare la combinazione precisa di materiali e strati, era necessario ottimizzare il processo. Pertanto, per ottimizzare il processo, sia il professor Luo che Kim hanno creato un modello computazionale. Hanno poi utilizzato algoritmi di apprendimento automatico quantistico (QML) per trovare le migliori combinazioni di strati e materiali.
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Risultati e Applicazioni
- Il materiale è finito essendo un rivestimento trasparente per finestre dello spessore di 1.2 micron.
- Sembra funzionare meglio di altri prodotti simili presenti sul mercato.
- Il loro modello ha creato un rivestimento in grado sia di mantenere la trasparenza che di ridurre la temperatura (da 5.4 a 7.2 gradi Celsius o da 9.7 a 13 gradi Fahrenheit).
- È stato in grado di svolgere questa funzione in una stanza modello anche quando la luce veniva trasmessa in un'ampia gamma di angolazioni.
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Questo progetto dimostra come l'informatica quantistica possa essere di grande aiuto nel processo di ricerca. Può essere utilizzata per progettare diversi materiali con proprietà complesse. Pertanto, il risparmio energetico ottenuto con la tecnologia delle finestre quantistiche può rappresentare un valido supporto per molti settori diversi.
