MIT phát triển thành công vật liệu che phủ cửa kính, có thể tiết kiệm hàng triệu đô tiền điều hòa cho các tòa nhà mỗi năm

Cứ mỗi khi mùa hè đến là lúc nhu cầu sử dụng điều hòa lên cao nhất. Nhu cầu làm mát không chỉ đến từ các hộ gia đình có nhà thấp tầng mà còn đến từ các tòa nhà cao tầng, bốn bề xung quanh đều lắp kính.

Bản chất của kính là cho phép ánh sáng xuyên qua và làm không khí bên trong tòa nhà trở nên nóng hơn bên ngoài. Nếu sử dung loại kính dày và hắt sáng thì tòa nhà lại tốn thêm chi phí tiền điện cho chiếu sáng. Trong khi nếu để ánh sáng đi qua, các tòa nhà lại tốn tiền điện để làm mát.

Kết quả là hóa đơn tiền điện của các tòa nhà luôn cao ngất ngưởng. Chỉ tính riêng tại Mỹ, các tòa nhà văn phòng đã dành tới 29 tỷ USD chỉ để làm mát. Đặc biệt theo thống kê, điều hòa không khí hiện chiếm tới 6% tổng lượng điện tiêu thụ tại Mỹ.

Tuy nhiên một giải pháp mới của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) hứa hẹn sẽ giúp tiết kiệm hàng tràn đô la mỗi tháng để làm mát các tòa nhà. Đó là một tấm film cách nhiệt mới, có thể dán lên các ô cửa kính và ngăn cản tới 70% nhiệt lượng chiếu từ Mặt Trời.

Ngay cả khi cửa sổ trong suốt, tấm film này sẽ luôn duy trì nhiệt độ trên bề mặt của nó khoảng 32 độ C. Với công nghệ cách nhiệt mới, nhóm nghiên cứu MIT kỳ vọng, các công ty có thể tiết kiệm được trung bình 10% chi phí năng lượng.

Vật liệu mới sẽ giảm nhu cầu tiêu thụ điều hòa vào mùa hè

Giáo sư kỹ sư cơ khí Nicholas Fang cho biết, giải pháp này tối ưu ở khả năng cách nhiệt nhưng vẫn cho ánh sáng đủ lớn để chiếu sáng không gian bên trong. Fang tin rằng, đây chính là giải pháp hiệu quả nhất thay thế cho các phương pháp hiện nay.

Fang chia sẻ: "Các loại cửa sổ thông minh trên thị trường hiện nay không đạt hiệu quả cao trong việc loại bỏ nhiệt lượng từ ánh sáng Mặt Trời. Chúng thậm chí còn sử dụng thêm điện năng để hoạt động. Vì vậy bạn vẫn sẽ phải mất thêm tiền để biến các ô cửa sổ trở nên tối đi. Chúng tôi nghĩ rằng, vẫn còn một giải pháp vật liệu quang học mới và lớp phủ, giúp cung cấp các tùy chọn cửa sổ thông minh hơn".

Giải pháp vật liệu mới sẽ là cứu cánh cho vấn đề năng lượng tại các thành phố lớn

Fang và các cộng sự bắt đầu nghiên cứu ý tưởng vật liệu cách nhiệt kể cho kính cửa sổ kể từ khi hợp tác với một nhóm nghiên cứu thuộc ĐH. Hồng Kông.

Hồng Kông là một đô thị lớn và tập trung mật độ cao các tòa nhà cao tầng có sử dụng kính. Đó là lý do vấn đề năng lượng ở Hồng Kông vào mùa hè luôn bức thiết hơn bao giờ hết. Chính quyền nơi đây muốn giảm sử dụng năng lượng trong những tháng mùa hè. Nhưng thách thức nằm ở chỗ làm sao để làm mát cho toàn bộ cư dân trong khi Hồng Kông lại cam kết giảm 40% điện năng tiêu thụ vào năm 2025.

Nhận ra vấn đề của Hồng Kông, các sinh viên tại MIT đã chỉ ra nguyên nhân chính nằm ở cửa sổ và cách chúng giữ lại nhiệt lượng từ ánh sáng Mặt Trời.

Fang cho biết: "Hóa ra đối với mỗi m2 kính sẽ lưu trữ được khoảng 500W năng lượng dưới dạng nhiệt khi ánh sáng Mặt Trời chiếu vào. Mức năng lượng này tương đương với công suất của 5 chiếc bóng đèn sợi tóc 100W".

Từ ý tưởng ban đầu nhằm tìm kiếm một vật liệu cách nhiệt và giảm thiểu tối đa nhiệt lượng hấp thu trên ô cửa kính, nhóm nghiên cứu của Fang đã tập trung phát triển loại vật liệu có thể phân tán ánh sáng. Họ muốn biến vật liệu này trở thành giải pháp cửa sổ mới, giúp phản chiếu ánh sáng Mặt Trời và chuyển hướng nhiệt ra ngoài.

Sau khi tìm hiểu tất cả các dạng vật liệu sắc tố (loại vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ và có thể thay đổi màu sắc tùy theo nhiệt độ), nhóm nghiên cứu đã quyết định lựa chọn poly (N-isopropylacrylamide)-2-Aminoethylmethacrylate hydrochloride microparticles.

Loại vật liệu này có dạng giống như các sợi quang, có khả năng phản chiếu một lượng ánh sáng nhất định mà mắt thường không thể nhìn thấy được.

Thử nghiệm dán hai tấm film mới này trên một tấm kính cửa sổ 30x30cm, sau đó chiếu ánh sáng mô phỏng ánh nắng Mặt Trời lên kính. Kết quả cho thấy, cửa sổ phản ứng lại rất hiệu quả với nhiệt lượng từ ánh nắng. Hiệu quả cách nhiệt lên tới 70%. Nếu không có tấm film, nhiệt độ có thể lên tới 39 độ C. Nhưng khi có tấm film, nhiệt độ chỉ còn khoảng 34 độ C.

Hiện nhóm nghiên cứu tại MIT đang tiếp tục phát triển và hoàn thiện giải pháp cách nhiệt này cho cửa sổ. Trong tương lai, nhóm sẽ tiếp tục thử nghiệm các tấm film trên các bề mặt rộng hơn.

Tham khảo Interesting Engineering