شیشه خنک‌کننده تابشی دوطرفه: کاهش ۴۰ درصدی مصرف انرژی

پژوهشگران مؤسسه علم و فناوری گوانگجو (GIST) روشی با نام “شیشه خنک‌کننده تابشی دوطرفه” برای کاهش نیاز به مصرف انرژی در سیستم‌های سرمایشی ساختمان‌ها ارائه کرده‌اند. این رویکرد شامل استفاده از لایه‌های خاصی بر روی شیشه‌های پنجره است که عملکردی دوگانه دارند: کاهش انتقال گرما و انعکاس نور خورشید. این ساختار جدید می‌تواند به میزان قابل توجهی بار سیستم‌های تهویه مطبوع را کاهش دهد، زیرا با انعکاس مؤثر نور خورشید و هدایت گرما به بیرون، از گرم شدن بیش از حد فضای داخلی جلوگیری می‌کند. به گفته پژوهشگران، کاهش اثرات تغییرات اقلیمی و بحران‌های انرژی نیازمند توسعه فناوری‌هایی است که مصرف انرژی و انتشار آلاینده‌ها را به حداقل برسانند. با توجه به اینکه سامانه‌های سرمایشی حدود ۲۰ درصد از مصرف انرژی جهانی را تشکیل می‌دهند، بهبود فناوری‌های مرتبط می‌تواند نقش مهمی در کاهش وابستگی به منابع انرژی تجدیدناپذیر داشته باشد.

محدودیت‌های شیشه خنک‌کننده تابشی دوطرفه

شیشه‌های معمولی توانایی محدودی در بازتاب اشعه فروسرخ دارند و در برابر گرمای ساطع‌شده از محیط پیرامون نیز کارایی چندانی ندارند. این مسأله باعث افزایش دمای داخلی ساختمان و افزایش وابستگی به سیستم‌های خنک‌کننده می‌شود. در همین راستا، پژوهشگران نوع جدیدی از شیشه را با نام «شیشه خنک‌کننده تابشی دوطرفه» طراحی کرده‌اند.

این فناوری شامل یک لایه مرکزی از جنس شیشه استاندارد است که بین لایه‌های نازک اکسید قلع ایندیم قرار گرفته است. این ترکیب، اشعه فروسرخ را منعکس کرده و از ورود آن به داخل ساختمان جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، لایه‌های دیگری از جنس اکسید آلومینیوم و نیترید سیلیکون روی سطح بیرونی شیشه قرار گرفته‌اند که گرمای اضافی را در طول موج‌های خاصی به فضا بازتاب می‌دهند. این فرایند باعث می‌شود که گرما بدون گیر افتادن در جو زمین مستقیماً به فضا منتشر شود، در نتیجه دمای داخلی کاهش می‌یابد.

ویژگی‌های کلیدی فناوری جدید

یکی از نکات برجسته این طراحی، گسیل‌پذیری جهت‌دار آن است، به این معنا که میزان و جهت انتشار گرما به ضخامت لایه‌ها و زاویه تابش نور خورشید بستگی دارد. این فناوری با تنظیم دقیق ضخامت لایه‌ها، اطمینان حاصل می‌کند که گرما به‌جای جذب شدن توسط ساختمان‌های مجاور، مستقیماً به سمت آسمان منتقل شود.

نکته مهم دیگر، شفافیت بالا در برابر نور مرئی است. این شیشه خنک‌کننده تابشی دوطرفه حدود ۷۲ درصد از نور خورشید را عبور می‌دهد، بنابراین بدون کاهش روشنایی طبیعی داخل ساختمان، عملکرد خنک‌کنندگی مؤثری ارائه می‌دهد.

تحلیل‌های پژوهشگران نشان می‌دهد که استفاده از این فناوری در یک روز گرم تابستان می‌تواند مصرف انرژی سیستم‌های تهویه مطبوع را تا ۴۰ درصد کاهش دهد. این مقدار معادل صرفه‌جویی ۱۵۰۰ وات انرژی است که تقریباً برابر با مصرف یک کتری برقی یا یک اتوی معمولی است.

آینده فناوری و نیاز به پژوهش‌های بیشتر

اگرچه نتایج اولیه این پژوهش نویدبخش است، اما متخصصان تأکید می‌کنند که برای بهینه‌سازی بیشتر و آزمایش‌های دنیای واقعی، بررسی‌های بیشتری لازم است. یکی از پیشنهادات، اصلاح ساختار لایه‌های اکسید آلومینیوم و نیترید سیلیکون برای افزایش کارایی انتقال حرارت است. در صورت تحقق این فناوری در مقیاس وسیع، می‌توان راهکاری عملی برای کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها ارائه داد که علاوه بر کاهش هزینه‌های انرژی، تأثیر بسزایی در مقابله با گرمایش جهانی و کاهش نیاز به سامانه‌های سرمایشی سنتی خواهد داشت.