Cửa sổ công nghệ cao giúp cắt giảm tới 20% mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà

Cửa sổ điện sắc băng tần kép mới nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng bằng cách kiểm soát ánh sáng và nhiệt độ, giúp giảm tới 20% mức sử dụng năng lượng của tòa nhà. Nó bền và hoạt động tốt hơn các cửa sổ thông thường, điều này mang đến giải pháp bền vững đầy hứa hẹn cho các tòa nhà.

Khi mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu tiếp tục tăng, các tòa nhà chiếm khoảng 40% tổng năng lượng sử dụng, trong đó gần một nửa dành cho việc sưởi ấm và làm mát. Cửa sổ tòa nhà, với vai trò là giao diện chính để trao đổi năng lượng giữa môi trường trong nhà và ngoài trời, góp phần gây thất thoát năng lượng từ 20–40%. Để giải quyết vấn đề này, việc phát triển các cửa sổ thông minh tiết kiệm năng lượng sẽ giúp giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng trong khi vẫn duy trì được ánh sáng tự nhiên và tính thẩm mỹ đã trở thành trọng tâm trong thiết kế tòa nhà có tính bền vững.

Một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Hàng không và Du hành vũ trụ Nam Kinh, do Giáo sư Shengliang Zhang đứng đầu, đã nghiên cứu ra một loại cửa sổ điện sắc băng tần kép linh hoạt mang tính đột phá. Cải tiến này tích hợp khả năng lưu trữ năng lượng và cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng bằng cách cho phép kiểm soát chính xác cả bức xạ ánh sáng nhìn thấy và bức xạ cận hồng ngoại (NIR). So với các cửa sổ thông thường, công nghệ tiên tiến này có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà tới 20%, mang đến giải pháp đầy hứa hẹn cho kiến trúc bền vững.

Công nghệ cốt lõi và hiệu suất

Cốt lõi của loại cửa sổ cải tiến mới này nằm ở cấu trúc dây dẫn nano W18O49. Dây dẫn W18O49 cho phép điều khiển chính xác quá trình điều biến quang học ở cả quang phổ nhìn thấy được và quang phổ NIR. Thiết bị điện sắc băng tần kép (DBED) này cung cấp phạm vi điều biến quang học vượt trội (73,1% đối với quang phổ nhìn thấy được, 85,3% đối với NIR) và tuổi thọ cao, với mức giảm công suất tối thiểu sau 10.000 chu kỳ (3,3%). Ngoài ra, nó còn đạt được hiệu suất thu hồi năng lượng là 51,4%, điều này làm giảm mức tiêu thụ năng lượng tổng thể.

Một thiết bị điện sắc băng tần kép linh hoạt với khả năng điều biến quang học cao và độ bền đã được phát triển. Nó kiểm soát một cách độc lập quang phổ nhìn thấy được và quang phổ cận hồng ngoại, mang lại hiệu suất tiết kiệm năng lượng vượt trội so với loại kính thương mại có độ phát xạ thấp ở nhiều vùng khí hậu khác nhau. Ngoài ra, nó còn có tính năng lưu trữ năng lượng hiệu quả, tái chế 51,4% năng lượng được sử dụng trong quá trình tạo màu để tái sử dụng cục bộ.

Khi được tích hợp vào các tòa nhà, thiết bị DBED không chỉ tối ưu hóa khả năng điều chỉnh nhiệt mà còn chứng minh hiệu suất vượt trội ở nhiều vùng khí hậu khác nhau. DBED vượt trội hơn kính có độ phát xạ thấp thông thường ở hầu hết các vùng khí hậu toàn cầu, giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể. Khả năng điều chỉnh có chọn lọc ánh sáng và nhiệt trên nhiều bước sóng đảm bảo giảm đáng kể năng lượng cần thiết để sưởi ấm và làm mát.

Khả năng mở rộng và tiềm năng trong tương lai

Tính linh hoạt và khả năng mở rộng của thiết bị, cùng với khả năng điều biến quang học và phục hồi năng lượng cao, thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc phát triển vật liệu xây dựng bền vững. Các nhà nghiên cứu cũng đã chứng minh rằng thiết bị này có thể được thu nhỏ đến kích thước lớn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất, mang lại tiềm năng đầy hứa hẹn cho việc áp dụng rộng rãi trong các tòa nhà tiết kiệm năng lượng.

Mặc dù thành công nhưng vẫn còn những thách thức về sản xuất hàng loạt và hiệu quả chi phí. Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc tăng cường độ ổn định của vật liệu và tích hợp công nghệ một cách liền mạch hơn vào các hệ thống kiến trúc hiện có. Ngoài ra, việc tối ưu hóa thiết kế cho các ứng dụng trên thị trường đại chúng có thể mở đường cho thế hệ cửa sổ thông minh tiết kiệm năng lượng tiếp theo.

Tóm lại, thiết bị điện sắc mới này đưa ra một giải pháp đột phá cho cửa sổ thông minh, kết hợp hiệu quả sử dụng năng lượng, tính linh hoạt và khả năng lưu trữ năng lượng để đánh giá lại tương lai của công nghệ xây dựng bền vững. Khi nghiên cứu sâu hơn để mở khóa hết tiềm năng của nó, nó có thể đặt ra các tiêu chuẩn mới trong kiến trúc thông minh, đưa ra con đường hướng tới các tòa nhà bền vững và tiết kiệm năng lượng hơn trên toàn thế giới.

Tài liệu tham khảo: “An Efficient and Flexible Bifunctional Dual-Band Electrochromic Device Integrating with Energy Storage” by Zekun Huang, Yutao Peng, Jing Zhao, Shengliang Zhang, Penglu Qi, Xianlin Qu, Fuqiang Yan, Bing Ding, Yimin Xuan and Xiaogang Zhang, 27 December 2024, Nano-Micro Letters.
DOI: 10.1007/s40820-024-01604-0
 

Nguồn tin: https://scitechdaily.com/new-high-tech-windows-cut-building-energy-use-by-20/
Xử lý tin: Minh Tâm