Clear Window Coating Could Cool Buildings Without Using Energy

AI ayudó a diseñar una cubierta de ventana transparente que puede enfriar edificios sin usar energía


Esta película para ventanas (sostenida con los dedos arriba a la izquierda) mantiene las habitaciones iluminadas y frescas al dejar pasar la luz visible mientras refleja la luz solar invisible infrarroja y ultravioleta e irradia calor hacia el espacio. Fuente: Adaptado de ACS Energy Letters 2022, DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01969

La demanda de tecnologías nuevas y eficientes para enfriar edificios está creciendo a medida que el cambio climático intensifica el calor del verano. Ahora, los científicos han diseñado una cubierta de ventana transparente que podría reducir la temperatura dentro de los edificios, sin gastar un solo vatio de energía. Hicieron esto con la ayuda de tecnología informática avanzada e inteligencia artificial. Los investigadores informan los detalles hoy (2 de noviembre) en la revista Cartas de energía de ACS.

El enfriamiento representa aproximadamente el 15% del consumo mundial de energía, según estimaciones de estudios de investigación anteriores. Esta demanda podría reducirse con una cubierta de ventana que pudiera bloquear la luz ultravioleta e infrarroja cercana del sol. Estas son partes del espectro solar que no son visibles para los humanos, pero normalmente pasan a través del vidrio para calentar una habitación cerrada.

El consumo de energía podría reducirse aún más si el revestimiento irradiara calor desde la superficie de la ventana a una longitud de onda que atraviese la atmósfera hacia el espacio. Sin embargo, es difícil diseñar materiales que puedan cumplir estos criterios simultáneamente y al mismo tiempo también puedan transmitir luz visible. Esto es necesario para que no interfieran con la vista. Eungkyu Lee, Tengfei Luo y sus colegas se propusieron diseñar un “enfriador radiativo transparente” (TRC) que pudiera hacer precisamente eso.

El equipo construyó modelos informáticos de CRT que consisten en capas delgadas alternas de materiales comunes como dióxido de silicio, nitruro de silicio, óxido de aluminio o dióxido de titanio sobre una base de vidrio, cubierta con una película de polidimetilsiloxano. Optimizaron el tipo, el orden y la combinación de capas utilizando un enfoque iterativo guiado por el aprendizaje automático y[{” attribute=””>quantum computing, which stores data using subatomic particles. This computing method carries out optimization faster and better than conventional computers because it can efficiently test all possible combinations in a fraction of a second. This produced a coating design that, when fabricated, beat the performance of conventionally designed TRCs in addition to one of the best commercial heat-reduction glasses on the market.

In hot, dry cities, the researchers say, the optimized TRC could potentially reduce cooling energy consumption by 31% compared with conventional windows. They note their findings could be applied to other applications, since TRCs could also be used on car and truck windows. In addition, the group’s quantum computing-enabled optimization technique could be used to design other types of composite materials.

Reference: “High-Performance Transparent Radiative Cooler Designed by Quantum Computing” by Seongmin Kim, Wenjie Shang, Seunghyun Moon, Trevor Pastega, Eungkyu Lee and Tengfei Luo, 2 November 2022, ACS Energy Letters.
DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01969

The authors acknowledge support from the National Research Foundation of Korea and the Notre Dame Center for Research Computing.

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