يمكن لطلاء النوافذ الشفاف أن يبرد المباني بفعالية دون استخدام الطاقة

مع اشتداد حرارة الصيف بسبب تغير المناخ ، يتزايد الطلب على تقنيات تبريد المباني. الآن ، أفاد الباحثون في ACS Energy Letters أنهم استخدموا تكنولوجيا الحوسبة المتقدمة والذكاء الاصطناعي لتصميم طلاء نافذة شفاف يمكنه خفض درجة الحرارة داخل المباني ، دون إنفاق واط واحد من الطاقة. وفق الدراسة

[نوفمبر. 16 ، 2022: جي دي شافيت ، الجانب المشرق من الأخبار]

د. سالم موسى القحطاني

يحافظ طلاء النافذة هذا (المثبت في الأصابع أعلى اليسار) على الغرف مشرقة وباردة من خلال السماح للضوء المرئي بالمرور أثناء عكس أشعة الشمس غير المرئية تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية وإشعاع الحرارة في الفضاء الخارجي. (صورة من: رسائل طاقة ACS)

قدرت الدراسات أن التبريد يمثل حوالي 15٪ من استهلاك الطاقة العالمي. يمكن خفض هذا الطلب من خلال طلاء النافذة الذي يمكن أن يحجب أشعة الشمس فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء القريبة - أجزاء الطيف الشمسي التي تمر عادةً عبر الزجاج لتدفئة غرفة مغلقة.

يمكن تقليل استخدام الطاقة بشكل أكبر إذا كان الطلاء يشع حرارة من سطح النافذة بطول موجة يمر عبر الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي. ومع ذلك ، من الصعب تصميم مواد يمكنها تلبية هذه المعايير في وقت واحد ويمكنها أيضًا نقل الضوء المرئي ، مما يعني أنها لا تتداخل مع العرض. شرع Eungkyu Lee و Tengfei Luo وزملاؤه في تصميم "مبرد إشعاعي شفاف" (TRC) يمكنه فعل ذلك تمامًا.

قام الفريق ببناء نماذج حاسوبية لـ TRCs تتكون من طبقات رقيقة متناوبة من المواد الشائعة مثل ثاني أكسيد السيليكون أو نيتريد السيليكون أو أكسيد الألومنيوم أو ثاني أكسيد التيتانيوم على قاعدة زجاجية ، تعلوها طبقة من بوليديميثيل سيلوكسان. لقد قاموا بتحسين نوع الطبقات وترتيبها وتركيبها باستخدام نهج تكراري يسترشد بالتعلم الآلي والحوسبة الكمومية ، والتي تخزن البيانات باستخدام الجسيمات دون الذرية.

تقوم طريقة الحوسبة هذه بتحسين أسرع وأفضل من أجهزة الكمبيوتر التقليدية لأنها تستطيع اختبار جميع التركيبات الممكنة بكفاءة في جزء من الثانية. أنتج هذا تصميمًا للطلاء يتفوق ، عند تصنيعه ، على أداء TRCs المصمم تقليديًا بالإضافة إلى أحد أفضل نظارات تقليل الحرارة التجارية في السوق.

في المدن الحارة والجافة ، كما يقول الباحثون ، من المحتمل أن يقلل TRC المحسّن من استهلاك طاقة التبريد بنسبة 31٪ مقارنة بالنوافذ التقليدية. في الطيف الشمسي ، من المتوقع أن يقوم TRC المثالي بحظر فوتونات الأشعة فوق البنفسجية (UV) والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) تمامًا لتقليل التسخين البصري للفضاء المغلق ، حيث تساهم أنظمة الطول الموجي هذه بنسبة 50 ٪ من إجمالي الإشعاع الشمسي.

في غضون ذلك ، يجب أن تسمح للفوتونات المرئية بالمرور بكفاءة نقل قصوى لتمكين مجال رؤية واضح. علاوة على ذلك ، يجب أن تتمتع TRC بكفاءة انبعاث عالية في نظام الأشعة تحت الحمراء متوسط / طويل الطول (M / LWIR) لتحقيق أداء التبريد الإشعاعي الأمثل عبر AW.

مفهوم TRC ونظام التعلم النشط بمساعدة ضمان الجودة. (أ) الطيف الشمسي (كتلة الهواء 1.5 العالمية) ، وكفاءة الإرسال ، والإشعاع الناتج، وكفاءة انبعاث TRC المثالي في أنظمة الطول الموجي ذات الصلة. يمثل الظل الأزرق AW. (الائتمان: رسائل طاقة ACS)

لقد تم إثبات أن البواعث ذات كفاءة الانبعاث الموحدة عبر نظام M / LWIR بالكامل يمكن أن تكون أكثر فائدة من بواعث انتقائية AW للتبريد الإشعاعي.

في السنوات الأخيرة ، تم اقتراح العديد من أنظمة المواد لـ TRCs ، مثل الطبقات المتعددة المكدسة من Si غير المتبلور المهدرج و SiO2 ؛ الحشوات الدقيقة SiO2 المُصنَّعة على أغشية ZnO / Ag / ZnO ؛ جزيئات SiO2 النانوية المشتتة في شرائط بولي دايميثيل سيلوكسان (PDMS) ؛ (28) طبقات مكدسة من أكسيد المعدن والزجاج والبوليمر والهيدروجيل.

ومع ذلك ، فإن تصميماتها تعتمد بشكل أساسي على استراتيجيات التصميم التقليدية القائمة على المعرفة بالمجال ، وأداؤها بعيد كل البعد عن أداء TRC المثالي.

متوسط التوفير السنوي للطاقة في المدن الأمريكية التي تم مسحها هو 50 ميجا جول / م 2 إذا تم استخدام TRC كمادة نافذة. في المدن ذات الطقس الحار والجاف (على سبيل المثال ، فينيكس) ، يمكن أن يوفر TRC 86.3 ميجا جول / م 2 سنويًا ، وهو ما يمثل 31.1٪ من استهلاك طاقة التبريد عند استخدام النوافذ التقليدية.

تم إجراء نفس الحسابات أيضًا لمدن رئيسية مختارة في جميع أنحاء العالم. ستستفيد جميع المواقع من TRC المقترح كمواد نوافذ لتوفير طاقة التبريد ، ويمكن أن يكون هذا التوفير مهمًا جدًا في المناطق الاستوائية.

لاحظ الباحثون أيضًا أنه يمكن تطبيق النتائج التي توصلوا إليها على تطبيقات أخرى ، حيث يمكن أيضًا استخدام TRCs على نوافذ السيارات والشاحنات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام تقنية التحسين الممكّنة للحوسبة الكمية للمجموعة لتصميم أنواع أخرى من المواد المركبة.

Transparent window coating can actively cool buildings without using energy (thebrighterside.news)