Un Salto Quantico nella Tecnologia delle Finestre Offre Risparmi Energetici Drammatici

I ricercatori dell'Università di Notre Dame hanno sviluppato un nuovo rivestimento per finestre per bloccare la luce ultravioletta e infrarossa che genera calore e permettere la luce visibile, indipendentemente dall'angolo del sole. Credito: Università di Notre Dame

Un nuovo rivestimento per finestre riduce le temperature interne e i costi energetici bloccando selettivamente la luce produttrice di calore, efficace a qualsiasi angolo di luce solare.

Le finestre danno il benvenuto alla luce negli spazi interni, ma portano anche calore indesiderato. Un nuovo rivestimento per finestre blocca la luce ultravioletta e infrarossa che genera calore e lascia passare la luce visibile, indipendentemente dall'angolo del sole. Il rivestimento può essere incorporato su finestre o automobili esistenti e può ridurre i costi di raffreddamento del condizionatore d'aria di più di un terzo nei climi caldi.

"L'angolo tra il sole e la tua finestra sta sempre cambiando", ha detto Tengfei Luo, Dorini Family Professor for Energy Studies presso l'Università di Notre Dame e leader dello studio. "Il nostro rivestimento mantiene la funzionalità e l'efficienza qualunque sia la posizione del sole nel cielo".

I rivestimenti per finestre utilizzati in molti studi recenti sono ottimizzati per la luce che entra in una stanza ad un angolo di 90 gradi. Eppure a mezzogiorno, spesso il momento più caldo della giornata, i raggi del sole entrano verticalmente nelle finestre installate a degli angoli obliqui.

Luo e il suo associato post-dottorato Seongmin Kim hanno precedentemente fabbricato un rivestimento trasparente per finestre impilando strati ultra-sottili di silice, allumina e ossido di titanio su una base di vetro. Un polimero di silicio spesso un micrometro è stato aggiunto per potenziare il potere di raffreddamento della struttura riflettendo la radiazione termica attraverso la finestra atmosferica e verso lo spazio esterno.

Un'ulteriore ottimizzazione dell'ordine degli strati era necessaria per garantire che il rivestimento potesse ospitare più angoli di luce solare. Tuttavia, un approccio di prova ed errore non era praticabile, data l'immensa quantità di possibili combinazioni, ha detto Luo.

Per riorganizzare gli strati in una configurazione ottimale, una che massimizzasse la trasmissione della luce visibile minimizzando il passaggio di lunghezze d'onda che producono calore, la squadra ha utilizzato il calcolo quantistico, o più specificamente, l'annealing quantistico, e ha convalidato i loro risultati sperimentalmente.

Il loro modello ha prodotto un rivestimento che sia manteneva la trasparenza sia riduceva la temperatura da 5,4 a 7,2 gradi Celsius (da 9,7 a 13 gradi Fahrenheit) in una stanza modello, anche quando la luce veniva trasmessa in una vasta gamma di angoli. I risultati del laboratorio sono stati recentemente pubblicati in Cell Reports Physical Science.

"Come gli occhiali da sole polarizzati, il nostro rivestimento attenua l'intensità della luce in arrivo, ma, a differenza degli occhiali da sole, il nostro rivestimento rimane chiaro ed efficace anche quando lo si inclina a diversi angoli", ha detto Luo.

Lo schema di apprendimento attivo e calcolo quantistico sviluppato per creare questo rivestimento può essere utilizzato per progettare una vasta gamma di materiali con proprietà complesse.

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