Pesquisadores da Universidade de Notre Dame desenvolveram um novo revestimento de janela para bloquear a luz ultravioleta e infravermelha geradora de calor e permitir a luz visível, independentemente do ângulo do sol. Crédito: Universidade de Notre Dame
Um novo revestimento de janela reduz as temperaturas internas e os custos de energia, bloqueando seletivamente a luz que produz calor, eficaz em qualquer ângulo de luz solar.
As janelas recebem luz nos espaços interiores, mas também trazem calor indesejado. Um novo revestimento de janela bloqueia a luz ultravioleta e infravermelha geradora de calor e permite a passagem da luz visível, independentemente do ângulo do sol. O revestimento pode ser incorporado em janelas ou automóveis existentes e pode reduzir os custos de refrigeração do ar condicionado em mais de um terço em climas quentes.
Design eficiente para alterar os ângulos do sol
“O ângulo entre a luz do sol e a sua janela está sempre mudando”, disse Tengfei Luo, professor de estudos de energia da família Dorini na Universidade de Notre Dame e líder do estudo. “Nosso revestimento mantém funcionalidade e eficiência independentemente da posição do sol no céu.”
Os revestimentos de janelas usados em muitos estudos recentes são otimizados para a luz que entra em uma sala em um ângulo de 90 graus. No entanto, ao meio-dia, muitas vezes a hora mais quente do dia, os raios solares entram nas janelas instaladas verticalmente em ângulos oblíquos.
Materiais e Técnicas Avançadas
Luo e seu associado de pós-doutorado Seongmin Kim fabricaram anteriormente um revestimento de janela transparente empilhando camadas ultrafinas de sílica, alumina e óxido de titânio sobre uma base de vidro. Um polímero de silício com espessura micrométrica foi adicionado para aumentar o poder de resfriamento da estrutura, refletindo a radiação térmica através da janela atmosférica e para o espaço sideral.
Foi necessária uma otimização adicional da ordem das camadas para garantir que o revestimento acomodasse vários ângulos de luz solar. No entanto, uma abordagem de tentativa e erro não era prática, dado o imenso número de combinações possíveis, disse Luo.
Para embaralhar as camadas em uma configuração ideal – que maximizasse a transmissão da luz visível e minimizasse a passagem de comprimentos de onda produtores de calor – a equipe usou Computação quânticaou mais especificamente, recozimento quântico, e validaram seus resultados experimentalmente.
Resultados e Aplicações
Seu modelo produziu um revestimento que manteve a transparência e reduziu a temperatura em 5,4 a 7,2 graus Celsius (9,7 a 13 graus Fahrenheit) em uma sala modelo, mesmo quando a luz foi transmitida em uma ampla gama de ângulos. Os resultados do laboratório foram publicados recentemente em Relatórios de células Ciência física.
“Tal como os óculos de sol polarizados, o nosso revestimento diminui a intensidade da luz que entra, mas, ao contrário dos óculos de sol, o nosso revestimento permanece transparente e eficaz mesmo quando o inclinamos em ângulos diferentes”, disse Luo.
O esquema de aprendizagem ativa e computação quântica desenvolvido para criar este revestimento pode ser usado para projetar uma ampla gama de materiais com propriedades complexas.
Referência: “Filtro espectral de grande angular para janelas de economia de energia projetadas por aprendizado ativo aprimorado por recozimento quântico” por Seongmin Kim, Serang Jung, Alexandria Bobbitt, Eungkyu Lee e Tengfei Luo, 4 de março de 2024, Cell Reports Ciências Físicas.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101847
