Cửa sổ thông minh giúp giảm nhiệt độ trong nhà và giảm độ chói

Các tòa nhà chiếm gần 40% mức sử dụng năng lượng toàn cầu, trong đó cửa sổ là nguồn thất thoát năng lượng chính, vì nhiệt đi vào qua bề mặt kính bị giảm đáng kể hiệu quả sưởi ấm hay làm mát. Các nhà nghiên cứu tại Viện khoa học và công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) giải quyết thách thức này bằng cách phát triển loại cửa sổ thông minh, có khả năng giảm nhiệt độ trong nhà.

Cửa sổ thông minh của nhóm nghiên cứu KAIST cho phép kiểm soát chủ động quá trình truyền ánh sáng và nhiệt theo thời gian thực thông qua tín hiệu điện, không giống như cửa sổ thông thường phản ứng thụ động với ánh sáng hoặc sự thay đổi nhiệt độ môi trường.

Hệ thống cửa sổ thông minh này, được gọi là RECM (gương điện sắc và mạ điện đảo ngược). Công nghệ RECM là bước cải tiến so với cửa sổ thông minh truyền thống, bằng cách kết hợp cấu trúc điện sắc độc đáo, có thể điều chỉnh cả ánh sáng khả kiến và bức xạ hồng ngoại gần. Điều này cho phép kiểm soát chính xác điều kiện khí hậu trong nhà và giảm độ chói bên ngoài tòa nhà.

Điều đặc biệt ở công nghệ này là khả năng ngăn độ chói do ánh sáng phản xạ bên ngoài, vấn đề từ lâu gây khó khăn cho các cửa sổ thông minh dựa trên lớp mạ kim loại truyền thống. Bằng cách tích hợp vật liệu điện hóa với quy trình mạ tinh vi, nhóm nghiên cứu tạo ra cửa sổ thông minh không chỉ giảm mức tiêu thụ năng lượng trong nhà mà còn giải quyết vấn đề ô nhiễm ánh sáng ở khu vực đô thị.

Cửa sổ thông minh RECM do KAIST phát triển, hoạt động ở ba chế độ riêng biệt, mỗi chế độ đáp ứng các yếu tố môi trường và yêu cầu sự thoải mái khác nhau. Tính linh hoạt này giúp cửa sổ có thể thích ứng với các điều kiện thời tiết thay đổi và sở thích của người dùng.

+ Ở chế độ trong suốt, cửa sổ cho phép ánh sáng mặt trời và nhiệt đi qua một cách tự do, mang lại hơi ấm tự nhiên trong những tháng lạnh hơn.

+ Ở chế độ màu xanh lam đậm, thông qua việc kích hoạt vật liệu điện sắc hấp thụ một phần ánh sáng và nhiệt trong khi vẫn duy trì tầm nhìn, cửa sổ đem lại sự riêng tư và điều chỉnh nhiệt độ được ưu tiên.

+ Ở chế độ phản chiếu, khi đó lớp phủ bạc hình thành trên kính, phản chiếu phần lớn ánh sáng mặt trời và nhiệt, trong khi màu xanh lam làm giảm độ chói cho người đi bộ bên ngoài.

Hệ thống ba chế độ này cung cấp cho các tòa nhà công cụ linh hoạt để quản lý ánh sáng, nhiệt và độ chói trong suốt cả ngày. Nghiên cứu này vượt xa các công nghệ cửa sổ thông minh truyền thống chỉ tập trung vào kiểm soát ánh sáng khả kiến. Nó tạo ra nền tảng chủ động quản lý nhiệt độ trong nhà, đồng thời tăng sự an toàn về mặt thị giác cho người đi bộ trong khu vực đô thị.

Để kiểm tra tác động thực tế của công nghệ RECM, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm với một ngôi nhà mô hình thu nhỏ. Với cửa sổ kính thông thường, nhiệt độ trong nhà tăng vọt lên 58,7⁰C chỉ trong 45 phút. Tuy nhiên, khi cửa sổ RECM được đặt ở chế độ phản chiếu, nhiệt độ thấp hơn đáng kể ở mức 31,5⁰C, giảm khoảng 27,2⁰C.

Sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể này làm nổi bật khả năng tiết kiệm điện khi sử dụng máy điều hòa không khí trong thời tiết nóng bức. Bằng cách giảm nhu cầu năng lượng để làm mát, cửa sổ thông minh này góp phần giải quyết các lo ngại cấp bách về môi trường: Giảm phát thải khí nhà kính từ quá trình sản xuất điện; giảm nhu cầu điện cao điểm trong thời kỳ nắng nóng; kéo dài tuổi thọ của máy điều hòat; cải thiện sự thoải mái trong nhà mà không làm tăng mức tiêu thụ điện.