Окна пропускают свет в ваши внутренние помещения, но также могут приносить нежелательное тепло. Кондиционерам приходится очень усердно работать, чтобы охладить их. Чтобы решить эту проблему и повысить экономию энергии с помощью квантовой оконной технологии, исследователи внедряют прозрачное радиационное охладительное покрытие (TRC).
Тэнфэй Ло , профессор кафедры энергетических исследований имени семьи Дорини в Университете Нотр-Дам, и научный сотрудник Сонмин Ким разработали прозрачное покрытие для окон.
Это покрытие, или прозрачный радиационный охладитель (TRC) , способно блокировать ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, генерирующее тепло. Независимо от угла падения солнечных лучей, оно пропускает только видимый свет. Его можно использовать на существующих окнах и в автомобилях, что позволяет снизить затраты на кондиционирование воздуха более чем на треть в жарком климате.
Эффективная конструкция для решения проблемы изменения угла падения солнечных лучей
Ведущий автор исследования Тэнгфи Луо сказал: «Угол между солнечным светом и вашим окном постоянно меняется. Наше покрытие сохраняет функциональность и эффективность независимо от положения солнца на небе».
Во многих недавних исследованиях покрытия окон оптимизировали только свет, который проникает в комнату под прямым углом. Но это невыполнимо. В полдень, который является самым жарким временем дня, солнечные лучи стремятся проникнуть в вертикально установленные окна под косыми углами.
Инновационные материалы и технологии
Ранее профессор Ло вместе со своим научным сотрудником Сонмином Кимом создали прозрачное оконное покрытие, взяв за основу стеклянную поверхность и нанеся на нее сверхтонкие слои оксида алюминия, диоксида кремния и оксида титана. Также был добавлен кремниевый полимер толщиной в несколько микрометров. Это дополнение помогает повысить охлаждающую способность конструкции, позволяя отражать тепловое излучение через атмосферное окно в космическое пространство.
Профессор Ло сказал: «Дополнительная оптимизация порядка слоев была необходима для обеспечения того, чтобы покрытие выдерживало воздействие солнечных лучей под разными углами. Однако метод проб и ошибок был нецелесообразен, учитывая огромное количество возможных комбинаций».
Исследователи поняли, что для нахождения точной комбинации материалов и слоев необходимо оптимизировать процесс. Поэтому профессора Ло и Ким создали вычислительную модель. Затем они использовали алгоритмы квантового машинного обучения (QML) для поиска наилучших комбинаций слоев и материалов.
А как вы думаете, помогают ли закрывающиеся жалюзи экономить энергию?
Результаты и приложения
- Материал закончился прозрачное оконное покрытие толщиной 1.2 микрона.
- Похоже, он работает лучше, чем другие аналогичные продукты на рынке.
- Их модель создала покрытие, способное как сохранять прозрачность, так и снизить температуру (на 5.4–7.2 градуса по Цельсию или на 9.7–13 градусов по Фаренгейту).
- Это удалось сделать в модельной комнате, даже когда свет распространялся под широким диапазоном углов.
Узнайте о 100 простых способах экономии электроэнергии дома и в офисе.
Этот проект демонстрирует, как квантовые вычисления могут реально помочь в исследовательском процессе. Их можно использовать для проектирования различных материалов со сложными свойствами. Таким образом, экономия энергии с помощью технологии квантовых окон может оказать огромную помощь во многих областях.
