Un Salto Cuántico en la Tecnología de Ventanas Ofrece un Ahorro de Energía Dramático

Investigadores de la Universidad de Notre Dame han desarrollado un nuevo revestimiento para ventanas que bloquea la luz ultravioleta e infrarroja que genera calor permitiendo al mismo tiempo la entrada de luz visible, independientemente del ángulo del sol. Crédito: Universidad de Notre Dame

Un nuevo revestimiento para ventanas reduce las temperaturas interiores y los costos de energía al bloquear selectivamente la luz que produce calor, es efectivo en cualquier ángulo de la luz solar.

Las ventanas dan la bienvenida a la luz en los espacios interiores, pero también traen calor no deseado. Un nuevo revestimiento para ventanas bloquea la luz ultravioleta e infrarroja que genera calor y deja pasar la luz visible, independientemente del ángulo del sol. El revestimiento puede incorporarse a las ventanas existentes o a los automóviles y puede reducir los costos de refrigeración del aire acondicionado en más de un tercio en climas cálidos.

"El ángulo entre el sol y tu ventana está siempre cambiando", dijo Tengfei Luo, el Profesor de la Familia Dorini para Estudios de Energía en la Universidad de Notre Dame y líder del estudio. "Nuestro revestimiento mantiene la funcionalidad y la eficiencia independientemente de la posición del sol en el cielo".

Los revestimientos para ventanas que se usan en muchos estudios recientes están optimizados para la luz que entra en una habitación en un ángulo de 90 grados. Sin embargo, al mediodía, a menudo la hora más calurosa del día, los rayos del sol entran en las ventanas instaladas verticalmente en ángulos oblicuos.

Luo y su asociado postdoctoral Seongmin Kim fabricaron previamente un revestimiento de ventana transparente apilando capas ultrafinas de sílica, alúmina y óxido de titanio sobre una base de vidrio. Se añadió un polímero de silicona de un micrómetro de espesor para mejorar el poder de refrigeración de la estructura al reflejar la radiación térmica a través de la ventana atmosférica y hacia el espacio exterior.

Fue necesario optimizar aún más el orden de las capas para asegurar que el revestimiento pudiera acomodar múltiples ángulos de luz solar. Sin embargo, un enfoque de prueba y error no era práctico, dado el inmenso número de combinaciones posibles, dijo Luo.

Para reorganizar las capas en una configuración óptima, una que maximizara la transmisión de luz visible mientras minimizaba el paso de longitudes de onda que producen calor, el equipo utilizó computación cuántica, o más específicamente, el temple cuántico, y validó sus resultados experimentalmente.

Su modelo produjo un revestimiento que mantenía la transparencia y reducía la temperatura en 5.4 a 7.2 grados Celsius en una habitación modelo, incluso cuando la luz se transmitía en un amplio rango de ángulos. Los resultados del laboratorio fueron recientemente publicados en Cell Reports Physical Science.

"Al igual que las gafas de sol polarizadas, nuestro revestimiento disminuye la intensidad de la luz entrante, pero, a diferencia de las gafas de sol, nuestro revestimiento permanece claro y efectivo incluso cuando se inclina en diferentes ángulos", dijo Luo.

El esquema de aprendizaje activo y computación cuántica desarrollado para crear este revestimiento se puede utilizar para diseñar una amplia gama de materiales con propiedades complejas.

Referencia: “Wide-angle spectral filter for energy-saving windows designed by quantum annealing-enhanced active learning” por Seongmin Kim, Serang Jung, Alexandria Bobbitt, Eungkyu Lee y Tengfei Luo, 4 de Marzo de 2024, Cell Reports Physical Science. DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101847