Потепление климата заставляет учёных применять квантовую физику и методы машинного обучения для защиты от жары. Уже сейчас учёным удалось разработать инновационное прозрачное оконное покрытие. Созданная структура уникальна тем, что пропускает видимый свет, одновременно блокируя выделяющее тепло инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Новому оконному покрытию, между тем, приписывают не только сохранение заданной температуры внутри помещения. Инновация даёт ещё и экономию энергии.
Прозрачное оконное покрытие обзор новинки
Окна – неотъемлемые элементы жизни человека. Благодаря наличию таких элементов строений, изнутри домов и прочих помещений открывается вид на внешний мир. Невозможно представить полноценной жизнь внутри зданий без окон, но здесь не обходится и без недостатков. Вместе с видами окружающего мира и солнечным светом, в дом проникают тепло или холод, в зависимости от погодных условий.
Согласно результатам исследований, примерно 85-87% тепла в летний период поступает в помещения именно через окна. Ультрафиолетовое излучение – составляющая солнечного света, практически беспрепятственно проходит сквозь стёкла. Этим излучением атмосфера внутри помещения быстро прогревается. Приходится включать кондиционер, а окна закрывать шторами или жалюзи.
И вот теперь учёные обещают исключить дискомфорт. Успешная разработка прозрачного оконного покрытия позволяет блокировать инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Значит - позволяет исключить неконтролируемый прогрев. Следует отметить: видимый свет свободно проходит сквозь инновационную структуру. Соответственно, внутри зданий поддерживается оптимальная температура, резко снижается потребление энергии на охлаждение, а виды на природу остаются открытыми.
Прозрачное оконное покрытие новый проект
Подобно поляризационным солнцезащитным очкам новое оконное покрытие снижает интенсивность падающего света. Правда здесь, в отличие от солнцезащитных очков, оконное покрытие остаётся прозрачным и эффективным для видимого света, независимо от угла излучения.
Инновационный продукт – это фактически материал с плоскими многослойными фотонными структурами. Будучи сложенными один на другой, ультратонкие слои структуры имеют отличительные показатели преломления. Соответственно, тем самым удаётся избирательно передавать или отражать свет в зависимости от длины волны. Ультратонкие слои структуры наложения:
- диоксид кремния,
- оксид алюминия,
- оксид титана,
накладываются на стеклянную основу. Затем всё покрывается тонким слоем кремниевого полимера с целью отражения теплового излучения (электромагнитного излучения, испускаемого нагретой поверхностью в любом направлении). В конечном итоге образуется прозрачное оконное покрытие, которое, как утверждают изобретатели, превосходит по эффективности все существующие на сегодня материалы такого типа.
Доведение конструкции до логического завершения
Учитывая тот факт, что окна традиционно монтируют вертикально, направление солнечного света меняется в течение дня по мере движения солнца по небосводу. Существующие оконные покрытия, как правило, оптимизированы для солнечных лучей, проникающих под углом 90 градусов.
Тут способность блокировать свет напрямую зависит от так называемого угла падения солнечного света. В полдень, когда имеет место самое жаркое время дня, солнечный свет проникает через окно под косым углом. То есть большинство ранее разработанных покрытий блокируют проникновение неэффективно.
Так вот, чтобы решать эту проблему, для данной системы использовалась модель машинного обучения с применением квантовых вычислений. Наряду с алгоритмической составляющей, рассматривался квантовый отжиг через квантовую физику для поиска оптимальных комбинаций элементов.
Такой современный подход к активному обучению с квантовой поддержкой, как уверяют разработчики, позволил оптимизировать конфигурацию структур и достичь определённых преимуществ.
Окончательный результат в широком диапазоне
В общем, в конечном итоге удалось изготовить оконное прозрачное покрытие, способное выборочно пропускать и отражать солнечный свет в широком диапазоне углов падения. Для подтверждения достигнутых результатов конструкцию протестировали.
Брали окна с покрытием и окна с обычным стеклом, которые монтировали вертикально в разных помещениях. В рамках тестирования измеряли температуру внутри каждого помещения. Кроме того, тестировались стёкла, установленные горизонтально, то есть непосредственно направленные к небу. Такой вариант стал способом имитации люка на крыше автомобиля.
В результате: стекло с прозрачным оконным покрытием показало уникальные характеристики по сравнению с обычным стеклом. В частности, разница температур составила 5,4–7,2°C в широком диапазоне углов падения. Новинка, как утверждается, сохраняет функциональность и эффективность независимо от положения солнечного диска на небосводе.
Однако разработчики новинки решили пойти дальше. С целью оценить экономию энергии на охлаждение с использованием фотонной структуры в виде окон, инженеры использовали программное обеспечение «EnergyPlus». С помощью программы провели моделирование потребления энергии для стандартных офисов.
Выяснили: практически для любого местоположения офиса достигается экономия на уровне 97,5 МДж/м2 за год. Этот параметр экономии энергии, уверены изобретатели, вполне реально распространить на города всего мира, включая населённые пункты в зоне тропического климата.
Предсказывается широкое применение новинки и не только для коммерческих и жилых зданий. Стёкла современных автомобилей также могут получить инновационное оконное покрытие. Причём не только на крыше салона, но и на лобовом стекле, которое останется прозрачным, но не пропустит инфракрасное излучение, нагревающее салон.