Okna wpuszczają światło do wnętrza, ale mogą również wprowadzać niepożądane ciepło. Klimatyzatory muszą wtedy naprawdę ciężko pracować, aby je schłodzić. Aby rozwiązać ten problem i zwiększyć oszczędności energii dzięki technologii okien kwantowych, naukowcy stosują powłokę przezroczystego radiatora radiacyjnego (TRC).
Tengfei Luo , profesor rodziny Dorini na wydziale studiów energetycznych Uniwersytetu Notre Dame, oraz adiunkt Seongmin Kim opracowali przezroczystą powłokę do okien.
Ta powłoka, czyli przezroczysta chłodnica radiacyjna (TRC) , blokuje promieniowanie ultrafioletowe i podczerwone generujące ciepło. Niezależnie od kąta padania promieni słonecznych, przepuszcza jedynie światło widzialne. Można ją stosować na istniejących szybach i w samochodach, a w gorącym klimacie pomaga ona zminimalizować koszty klimatyzacji o ponad jedną trzecią.
Efektywna konstrukcja do radzenia sobie ze zmiennymi kątami padania promieni słonecznych
Tengfie Luo, główny autor badania, powiedział: „Kąt padania promieni słonecznych na okno stale się zmienia. Nasza powłoka zachowuje funkcjonalność i wydajność niezależnie od położenia słońca na niebie”.
W wielu ostatnich badaniach powłoki okienne optymalizowały światło wpadające do pomieszczenia tylko pod kątem prostym. Ale to nie jest wykonalne. W południe, które jest zazwyczaj najgorętszą porą dnia, promienie słoneczne mają tendencję do wchodzenia do pionowo zainstalowanych okien pod kątem ukośnym.
Innowacyjne materiały i techniki
Wcześniej prof. Luo wraz ze swoim współpracownikiem podoktorskim, Seongminem Kimem, zbudował przezroczystą powłokę okienną, wykorzystując szklaną podstawę i nakładając na nią ultracienkie warstwy tlenku glinu, krzemionki i tlenku tytanu. Dodano również polimer krzemowy o grubości mikrometra. Ten dodatek pomaga zwiększyć moc chłodzenia konstrukcji, pozwalając jej odbijać promieniowanie cieplne przez okno atmosferyczne i w przestrzeń kosmiczną.
Profesor Luo powiedział: „Dodatkowa optymalizacja kolejności warstw była konieczna, aby zapewnić, że powłoka będzie w stanie dostosować się do różnych kątów padania światła słonecznego. Jednak metoda prób i błędów nie była praktyczna ze względu na ogromną liczbę możliwych kombinacji”.
Naukowcy zdali sobie sprawę, że aby znaleźć dokładną kombinację materiałów i warstw, muszą zoptymalizować proces. Dlatego, aby zoptymalizować proces, zarówno prof. Luo, jak i Kim stworzyli model obliczeniowy. Następnie wykorzystali algorytmy kwantowego uczenia maszynowego (QML), aby znaleźć najlepsze kombinacje warstw i materiałów.
Ale co myślisz, czy zamykanie żaluzji pozwala oszczędzać energię?
Wyniki i zastosowania
- Materiał skończył się będąca przezroczystą powłoką okienną o grubości 1.2 mikrometra.
- Wydaje się, że działa lepiej niż inne podobne produkty dostępne na rynku.
- Ich model stworzył powłokę, która była w stanie zachować zarówno przejrzystość, jak i obniżyć temperaturę (o 5.4 do 7.2 stopni Celsjusza lub 9.7 do 13 stopni Fahrenheita).
- Udało się to zrobić w modelowym pomieszczeniu nawet wtedy, gdy światło padało pod szerokim kątem.
Poznaj 100 prostych sposobów na oszczędzanie energii elektrycznej w domu i biurze.
Ten projekt pokazuje, jak komputery kwantowe mogą realnie pomóc w procesie badawczym. Można je wykorzystać do projektowania różnych materiałów o złożonych właściwościach. Zatem oszczędność energii dzięki technologii okien kwantowych może być niezwykle pomocna w wielu dziedzinach.
