קפיצת מדרגה בטכנולוגיית החלונות מספקת חיסכון דרמטי באנרגיה

ציפוי חלונות חדש מפחית את הטמפרטורות הפנימיות ואת עלויות האנרגיה על ידי חסימה סלקטיבית של אור מייצר חום, יעיל בכל זווית אור שמש.

חלונות מקבלים אור לחללים פנימיים, אבל הם גם מביאים חום לא רצוי. ציפוי חלונות חדש חוסם אור אולטרה סגול ואינפרא אדום מייצר חום ומכניס אור גלוי, ללא קשר לזווית השמש. ניתן לשלב את הציפוי על חלונות או מכוניות קיימים ויכול להפחית את עלויות הקירור של מיזוג האוויר ביותר משליש באקלים חם.

עיצוב יעיל לשינוי זוויות שמש

"הזווית בין השמש לחלון שלך תמיד משתנה", אמר טנגפיי לואו, פרופסור משפחת דוריני ללימודי אנרגיה באוניברסיטת נוטרדאם ומוביל המחקר. "הציפוי שלנו שומר על פונקציונליות ויעילות בכל מיקום השמש בשמיים."

ציפוי חלונות בשימוש במחקרים אחרונים רבים מותאמים לאור הנכנס לחדר בזווית של 90 מעלות. אולם בצהריים, לעתים קרובות השעה החמה ביותר ביום, קרני השמש חודרות לחלונות מותקנים אנכית בזוויות אלכסוניות.

חומרים וטכניקות מתקדמות

לואו ושותפו לפוסט-דוקטורט Seongmin Kim יצרו בעבר ציפוי חלונות שקוף על ידי ערימת שכבות דקות במיוחד של סיליקה, אלומינה ותחמוצת טיטניום על בסיס זכוכית. פולימר סיליקון בעובי מיקרומטר נוסף כדי לשפר את כוח הקירור של המבנה על ידי החזרת קרינה תרמית דרך החלון האטמוספרי ואל החלל החיצון.

אופטימיזציה נוספת של סדר השכבות הייתה נחוצה כדי להבטיח שהציפוי יתאים למספר זוויות של אור שמש. עם זאת, גישת ניסוי וטעייה לא הייתה מעשית, בהתחשב במספר העצום של שילובים אפשריים, אמר לואו.

כדי לערבב את השכבות לתצורה אופטימלית – כזו שממקסמת את העברת האור הנראה תוך מזעור המעבר של אורכי גל מייצרי חום – הצוות השתמש מחשוב קוונטיאו ליתר דיוק, חישול קוונטי, ואימתו את התוצאות שלהם בניסוי.

תוצאות ויישומים

הדגם שלהם ייצר ציפוי שגם שמר על שקיפות וגם הוריד את הטמפרטורה ב-5.4 עד 7.2 מעלות צֶלסִיוּס (9.7 עד 13 מעלות פרנהייט) בחדר דגם, גם כאשר אור הועבר בטווח רחב של זוויות. תוצאות המעבדה פורסמו לאחרונה ב דוחות תאים מדע פיזיקלי.

"כמו משקפי שמש מקוטבים, הציפוי שלנו מפחית את עוצמת האור הנכנס, אבל, בניגוד למשקפי שמש, הציפוי שלנו נשאר ברור ויעיל גם כאשר אתה מטה אותו בזוויות שונות", אמר לואו.

שיטת הלמידה הפעילה והמחשוב הקוונטי שפותחה ליצירת ציפוי זה יכולה לשמש לעיצוב מגוון רחב של חומרים בעלי תכונות מורכבות.