Khai thác ánh sáng và nhiệt từ “cửa sổ lỏng”

Các nhà khoa học cho biết, phát minh “cửa sổ lỏng” mới có thể chặn ánh sáng mặt trời để giữ cho tòa nhà mát mẻ nhưng cũng hấp thụ nhiệt tỏa ra vào ban ngày hoặc ban đêm để cắt giảm chi phí năng lượng.

Cửa sổ được phát minh bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU), sử dụng chất lỏng gốc hydrogel giữa các tấm kính và được phát hiện giúp giảm tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà tới 45% so với cửa sổ kính truyền thống.

Phát minh cũng tiết kiệm năng lượng hơn khoảng 30% so với kính tiết kiệm năng lượng bán sẵn trên thị trường, cũng như rẻ hơn, theo các nhà khoa học NTU, những người đã dành gần một thập kỷ cho dự án cho biết.

Trưởng nhóm nghiên cứu Long Yi phát biểu: “Trước đây, mọi người chỉ nói về việc ngăn chặn ánh sáng mặt trời vào mùa hè và để ánh sáng mặt trời chiếu vào nhà vào mùa đông, nhưng không ai nói về việc lưu trữ nhiệt - chúng tôi là những người đầu tiên làm điều này”.

Vật liệu “cửa sổ lỏng” có thể được sử dụng cho các mảnh kính nhỏ hoặc lớn. “Nó giống như nước”, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết. Theo một báo cáo của Liên Hợp Quốc năm 2009, các tòa nhà rất ngốn năng lượng, nhiều trong số đó được sưởi ấm bằng nhiên liệu hóa thạch, chiếm 40% lượng năng lượng sử dụng toàn cầu và cửa sổ chiếm một nửa mức tiêu thụ năng lượng đó.

Cơ quan Năng lượng quốc tế cho biết, lượng khí thải làm nóng hành tinh trực tiếp và gián tiếp từ điện và nhiệt thương mại được sử dụng trong các tòa nhà đã tăng lên mức cao nhất được ghi nhận vào năm 2019, chiếm 28% lượng khí thải CO₂ liên quan đến năng lượng tiêu thụ toàn cầu.

Sự gia tăng một phần được thúc đẩy bởi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng để sưởi ấm và làm mát, với tỷ lệ người sở hữu máy điều hòa không khí gia tăng và thời tiết khắc nghiệt, theo cơ quan này lưu ý trong một báo cáo năm 2020.

Các cửa sổ tiết kiệm năng lượng thông thường được làm bằng các lớp phủ đắt tiền giúp giảm ánh sáng hồng ngoại đi vào hoặc ra khỏi tòa nhà, giúp giảm nhu cầu sưởi ấm và làm mát. Nhưng chúng không điều chỉnh ánh sáng nhìn thấy, một thành phần chính của ánh sáng mặt trời khiến các tòa nhà nóng lên.

Để khắc phục những hạn chế, các nhà nghiên cứu của NTU đã trộn vi hydrogel, nước và chất ổn định, phát hiện ra rằng nó có thể giảm tiêu thụ năng lượng một cách hiệu quả ở nhiều vùng khí hậu vì nó tự động phản ứng với những thay đổi về nhiệt độ.

Hỗn hợp chất lỏng trong “cửa sổ thông minh” chuyển sang dạng đục hoặc đóng băng khi tiếp xúc với nhiệt, cản ánh sáng mặt trời. Khi nhiệt độ nguội đi, nó trở lại trạng thái trong suốt ban đầu, giải tỏa ánh sáng và nhiệt.

Các nhà khoa học của NTU đã tiến hành mô phỏng bằng cách sử dụng các mô hình tòa nhà và dữ liệu thời tiết từ Thượng Hải, Las Vegas, Riyadh và Singapore, cũng như các thử nghiệm ngoài trời ở Singapore, Quảng Châu và Bắc Kinh.

Họ hy vọng sẽ sớm bắt đầu làm việc với các doanh nghiệp để thu hút sự quan tâm thương mại.

Các cửa sổ lỏng, phù hợp nhất với các tòa nhà văn phòng có người sử dụng vào ban ngày, có thể được điều chỉnh cho các vị trí khác nhau.

Nhưng chúng hiệu quả nhất ở vùng nhiệt đới và những nơi nhiệt độ tăng vào ban ngày và giảm mạnh vào ban đêm, chẳng hạn như Trung Đông. Các thử nghiệm cũng cho thấy, cửa sổ chất lỏng thông minh giảm tiếng ồn hiệu quả hơn 15% so với cửa sổ lắp kính hai lớp.