Lớp phủ thông minh giảm tiêu thụ năng lượng tòa nhà sử dụng thiết bị làm mát chủ động

Giảm phát thải carbon và tiếp theo là trung hòa carbon được coi là những thách thức toàn cầu chính hiện nay. Nghiên cứu cho thấy, tiêu thụ năng lượng của tòa nhà chiếm hơn 35% tổng tiêu thụ năng lượng thế giới, trong đó hệ thống HVAC (sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí) chiếm 44%.

Các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu làm mát bức xạ như một phương pháp làm mát thụ động, làm giảm nhiệt độ vật thể hiệu quả bằng giải pháp tăng bức xạ nhiệt và hệ số phản xạ mặt trời trên bề mặt.

Trong một báo cáo khoa học, được xuất bản trên tạp chí Light Science & Application , nhóm các nhà khoa học do Giáo sư Qiang Li thuộc Đại học Chiết Giang, Giáo sư Min Qiu thuộc Đại học Westlake, Trung Quốc đề xuất một chiến lược quản lý nhiệt, được thiết kế bằng quang tử kết hợp tăng cường hệ thống làm mát bức xạ bảo tồn màu sắc (ECRC) vào các thiết bị điều chỉnh nhiệt độ chủ động (emperature-Controlled Enclosure) hiện có. Nhờ khả năng điều tiết năng lượng hiệu quả,  khả năng tiết kiệm điện năng đạt đến 63%.

Sơ đồ về sự trao đổi nhiệt giữa thiết bị điều chỉnh nhiệt độ chủ động và không gian bên ngoài qua mái nhà, sử dụng lớp phủ bức xạ nhiệt thông minh, Ảnh nhóm nghiên cứu GS Qiang Li và GS Min Qiu.

Hệ thống làm mát bức xạ bảo tồn màu sắc nâng cao được thiết kế dựa trên mô hình truyền nhiệt trên vỏ bọc thiết bị, làm mát chủ động và môi trường (khí quyển, không gian bên ngoài và mặt trời).

Nghiên cứu nhiều yếu tố tích hợp, các nhà khoa học đề xuất, bề mặt bên ngoài của tòa nhà cần đồng thời phản xạ năng lượng mặt trời và bức xạ năng lượng hồng ngoại, bề mặt bên trong cần ngăn bức xạ nhiệt xâm nhập vào không gian trong tòa nhà. Để tích hợp công nghệ này với các tòa nhà hiện có, các màng phủ bức xạ nhiệt phải có độ trong suốt cao.

Các nhà khoa học Trung Quốc đã thiết kế và chế tạo lớp film phủ, sử dụng màng chồng lớp SiO2/TiO2 làm lớp phủ bề mặt ngoài và màng ITO-PET làm lớp phủ bề mặt bên trong. Nhờ việc tối ưu hóa quang tử, hiệu suất quang phổ được tăng cường gần với mức lý tưởng.

Nhóm nghiên cứu dùng một thiết bị làm mát chủ động mô phỏng, được sử dụng để kiểm tra hiệu suất làm mát và hiệu quả tiết kiệm năng lượng của thiết bị làm mát chủ động. Kết quả cho thấy, trong các tình huống tương tự như nhau, nhiệt độ trong tòa nhà có thiết bị làm mát chủ động có lớp phủ thấp hơn 9,6 ℃ so với nhiệt độ không có lớp phủ. Khi nhiệt độ trong nhà được cố định ở mức khoảng 26 ℃, mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị làm mát chủ động giảm 63% so với khi không có lớp phủ. Kết quả này cho thấy khả năng tiết kiệm năng lượng lớn của lớp phủ.

Ngoài ra, do lớp phủ về tổng thể có độ trong suốt cao trong dải ánh sáng nhìn thấy, hầu như không có sự khác biệt về màu sắc, khi phủ các bề mặt trang trí lên thiết bị. Nhờ đó, lớp phủ có thể được ứng dụng linh hoạt trên các mái nhà hoặc cửa sổ hiện có mà không làm giảm thẩm mỹ.