Thiết kế cửa sổ thông minh, thích ứng nhiệt độ theo mùa

Cửa sổ đóng vai trò lớn trong việc sưởi ấm và làm mát ngôi nhà. Song, đó cũng được coi là một vấn đề lớn.

Bởi, việc duy trì nhiệt độ trong nhà tiêu tốn nhiều năng lượng và chiếm 20 - 40% ngân sách năng lượng quốc gia ở các nước phát triển.

Loại cửa sổ mới có thể thu năng lượng Mặt trời vào mùa đông và sưởi ấm ngôi nhà.

Các nhà nghiên cứu từ Trường Đại học Pittsburgh (Mỹ) và Trường Đại học Oxford (Anh) đã nâng cấp cửa sổ tiết kiệm năng lượng lên một “tầm cao mới”. Các nhà khoa học đã thiết lập “cửa sổ thông minh” mới có thể thu năng lượng Mặt trời vào mùa đông và sưởi ấm ngôi nhà. Vào mùa hè, cửa sổ có thể phản chiếu ánh sáng Mặt trời, giúp ngôi nhà mát mẻ. Công trình nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chí ACS Photonics.

Ông Nathan Youngblood - tác giả nghiên cứu, giáo sư trợ lý kỹ thuật điện và máy tính tại Trường Đại học Pittsburgh, giải thích: “Những cửa sổ này có thể thay đổi theo nhu cầu từng mùa. Chúng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại gần từ Mặt trời vào mùa đông và biến thành nhiệt trong tòa nhà. Vào những tháng mùa hè, Mặt trời có thể bị phản xạ thay vì hấp thụ”.

Cửa sổ được tạo thành từ một lớp vật liệu quang học dày dưới 300 nanomet. Trong đó, một lớp hoạt tính mỏng được làm bằng vật liệu chuyển pha, có thể hấp thụ các bước sóng không nhìn thấy được của ánh sáng Mặt trời và phát ra dưới dạng nhiệt. Chính vật liệu đó có thể được “chuyển đổi”. Nhờ đó, thay đổi các bước sóng ánh sáng.

“Điều quan trọng là, ánh sáng nhìn thấy được truyền gần như giống nhau ở cả hai trạng thái. Vì vậy, bạn sẽ không nhận thấy sự thay đổi trong cửa sổ”, nhà nghiên cứu Youngblood lưu ý.

Vật liệu thậm chí có thể được điều chỉnh để cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn. Chẳng hạn, 30% vật liệu biến mất nhiệt. Trong khi đó, 70% hấp thụ và phát ra nhiệt.

Harish Bhaskaran - Giáo sư tại Khoa Vật liệu của Trường Đại học Oxford, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi khai thác việc cách các bước sóng vô hình được truyền hoặc phản xạ để điều chỉnh nhiệt độ”.

Các nhà nghiên cứu ước tính, những cửa sổ này sẽ tiết kiệm 20 - 34% năng lượng hằng năm so với cửa sổ hai lớp thông thường. Để tạo ra và thử nghiệm nguyên mẫu, các nhà nghiên cứu đã làm việc với Bodle

Technologies - công ty chuyên sản xuất màng phản chiếu siêu mỏng có thể hoạt động như màn hình, bằng cách kiểm soát màu sắc và ánh sáng. Ngoài ra, Eckersley O'Callaghan - nhà kỹ thuật và kiến trúc hàng đầu cùng công ty sản xuất màng mỏng Plasma App cũng là những đơn vị tham gia vào sản xuất cửa sổ.

Peiman Hosseini - Giám đốc điều hành của Bodle Technologies cho biết: “Công trình này cho thấy một ứng dụng quang điện tử thú vị khác. Việc thương mại hóa các tấm kính vẫn còn một số thách thức đáng kể. Tuy nhiên, tôi tin rằng, công nghệ này nên là một phần của tương lai nhằm giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu”.