شفقنا – محققان مؤسسه علوم و فناوری گوانگجو در کره جنوبی رویکرد جدیدی برای کاهش تقاضای انرژی برای خنک‌سازی ساختمان‌ها معرفی کرده‌اند. آنها پیشنهاد می‌کنند که شیشه‌های پنجره معمولی را با ساختاری لایه‌ای و به‌طور ویژه طراحی‌شده جایگزین کنند که به‌طور مؤثر گرما را دفع کرده و نور خورشید ورودی را منعکس می‌کند، به‌طور قابل توجهی هزینه‌های تهویه مطبوع را کاهش می‌دهد.
به گزارش سرویس ترجمه شفقنا، تیم تحقیقاتی در مقاله‌ای که در مجله Advanced Photonics Research منتشر شد، نوشتند: مواجهه با تغییرات آب‌وهوایی جهانی و بحران‌های انرژی مستلزم توسعه فناوری‌های بدون انرژی و بدون انتشار آلاینده است. سیستم‌های خنک‌کننده معمولی که ۲۰ درصد از مصرف انرژی جهانی را به خود اختصاص می‌دهند، به مشکلات زیست‌محیطی قابل توجهی مانند آلودگی هوا و کاهش سوخت‌های فسیلی کمک می‌کنند.
مشکل پنجره‌های شیشه‌ای معمولی این است که توانایی ضعیفی در مسدود کردن اشعه مادون قرمز دارند که حامل مقدار قابل توجهی گرما است. آنها همچنین نمی‌توانند از تابش حرارتی ساطع‌شده از ساختمان‌های اطراف جلوگیری کنند و به‌طور مؤثر گرما را به محیط خارج منتقل نمی‌کنند. این امر منجر به افزایش دمای داخل ساختمان و وابستگی بیشتر به سیستم‌های تهویه مطبوع می‌شود که مصرف انرژی را افزایش می‌دهد.
در حالی که شیشه معمولی مقداری گرما ساطع می‌کند، بازدهی آن محدود است. آنها معمولاً در کل پنجره شفاف به‌طور قوی گرما ساطع نمی‌کنند، که باعث می‌شود در خنک‌سازی فضای داخلی ساختمان‌ها کمتر مؤثر باشند.
برای حل این مشکل، محققان ماده پیچیده‌تری به نام شیشه خنک‌کننده دوطرفه تابشی طراحی و شبیه‌سازی کردند. این ساختار شامل یک لایه مرکزی از شیشه معمولی است که بین لایه‌های نانومتری اکسید قلع ایندیم (ITO) قرار گرفته است. این ماده به دلیل توانایی آن در بازتاب اشعه مادون قرمز شناخته شده است و از ورود آن به ساختمان و افزایش دمای داخلی جلوگیری می‌کند.
در سطح خارجی، آنها لایه‌های نازک اضافی از اکسید آلومینیوم و نیترید سیلیکون اعمال کردند. این مواد به‌طور مؤثر گرما را در طول‌موج‌هایی که از جو زمین عبور می‌کنند، ساطع می‌کنند. به‌طور خاص، اکسید آلومینیوم تابش حرارتی را در حدود ۱۳ میکرومتر و نیترید سیلیکون در ۸ میکرومتر ساطع می‌کند که با مرزهای بالایی و پایینی پنجره شفاف جو مطابقت دارد. با ساطع کردن تابش در این محدوده، گرما مستقیماً به فضا فرار می‌کند و توسط جو جذب نمی‌شود، که از گرم‌تر شدن بیشتر جلوگیری می‌کند.
یکی از ویژگی‌های کلیدی این شیشه لایه‌ای، قابلیت انتشار جهت‌دار آن است، به این معنی که زاویه‌ای که در آن گرما ساطع می‌شود بستگی به ضخامت لایه‌های اکسید آلومینیوم و نیترید سیلیکون و همچنین زاویه نور خورشید ورودی دارد. با تنظیم دقیق ضخامت این لایه‌ها، طراحی این اطمینان را ایجاد می‌کند که بیشتر گرمای ساطع‌شده به سمت آسمان باز فرار می‌کند، به جای اینکه توسط اجسام نزدیک مانند درختان یا ساختمان‌ها جذب و دوباره ساطع شود.
علیرغم ساختار لایه‌ای پیچیده، شیشه جدید توسعه‌یافته به نور مرئی بسیار شفاف است و اجازه می‌دهد ۷۲ درصد از نور خورشید در این محدوده عبور کند. این بدان معناست که می‌تواند به‌طور مؤثر به عنوان پنجره عمل کند، نور طبیعی داخل ساختمان‌ها را حفظ کرده و در عین حال مزایای خنک‌کنندگی را فراهم کند.
محققان همچنین صرفه‌جویی بالقوه انرژی ناشی از نصب این پنجره‌ها در ساختمان‌های مسکونی معمولی را ارزیابی کردند. تحلیل آنها نشان داد که در یک روز گرم تابستانی، شیشه خنک‌کننده دوطرفه تابشی می‌تواند مصرف انرژی تهویه مطبوع را تا ۴۰ درصد کاهش دهد. در عمل، این معادل کاهش ۱۵۰۰ وات است که تقریباً معادل مصرف انرژی یک کتری برقی یا اتو است که به‌طور مداوم کار می‌کند.
در حالی که یافته‌ها پتانسیل صرفه‌جویی قابل توجه انرژی را نشان می‌دهند، محققان اذعان دارند که توسعه بیشتر قبل از پذیرش گسترده این فناوری ضروری است.
آنها نوشتند: با این حال، هنوز پتانسیلی برای بهبود بیشتر شدت انتشار جهت‌دار وجود دارد. یک رویکرد امیدوارکننده تنظیم ساختار سطحی [لایه‌های اکسید آلومینیوم و نیترید سیلیکون] است. چنین رویکردی نیازمند مطالعات بیشتر برای بهبود عملکرد خنک‌کنندگی و قابلیت کاربرد تابش‌دهنده‌های عمودی است.
آنها همچنین بر نیاز به آزمایش در دنیای واقعی تأکید کردند: علاوه بر این، تحقیقات بیشتری که شیشه خنک‌کننده دوطرفه تابشی واقعی را تولید کرده و عملکرد خنک‌کنندگی محفظه را اندازه‌گیری می‌کند، برای تأیید قابلیت کاربرد شیشه خنک‌کننده دوطرفه تابشی به‌طور دقیق ضروری است.
در صورت اجرای موفقیت‌آمیز، این فناوری می‌تواند راه‌حلی عملی و مقیاس‌پذیر برای کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها ارائه دهد و روشی مؤثر برای مقابله با افزایش دمای جهانی و کاهش وابستگی به سیستم‌های خنک‌کننده معمولی فراهم کند.
این خبر را اینجا ببینید.