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Diese durchsichtige Fensterbeschichtung könnte Gebäude um bis zu satte 31 % kühlen

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Wissenschaftler haben mithilfe fortschrittlicher Computertechnologie und KI eine durchsichtige Fensterbeschichtung entwickelt, die die Temperatur in Gebäuden senken und so eine Menge Kühlenergie einsparen könnte.

Die Kühlung macht etwa 15 % des weltweiten Energieverbrauchs aus, und es wird immer heißer, insbesondere in tropischeren Klimazonen.

Das ultraviolette und nahinfrarote Licht der Sonne sind die Teile des Sonnenspektrums, die durch Fensterglas dringen, um einen geschlossenen Raum zu heizen.

Wenn die Fensterbeschichtung dieses Licht blockiert und diese Beschichtung „Wärme von der Fensteroberfläche mit einer Wellenlänge abstrahlt, die durch die Atmosphäre in den Weltraum gelangt“, könnte laut der American Chemical Society der Energieverbrauch durch Kühlung reduziert werden.

Das, zusammen mit der Nichtbehinderung der Sicht durch ein Fenster, ist eine ziemlich große Bitte. Aber Forscher der University of Notre Dame in Indiana und der Kyung Hee University in Seoul haben es trotzdem angepackt.

Laut ihrem neuen Artikel „High-Performance Transparent Radiative Cooler Designed by Quantum Computing“ in ACS Energiebriefeeiner von der American Chemical Society herausgegebenen wissenschaftlichen Zeitschrift, war ihr Entwurf einer klaren Fensterbeschichtung oder eines „transparenten Strahlungskühlers“ (TRC) ein Erfolg.

Foto: Adaptiert von ACS Energy Letters 2022, DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01969

Hier ist, was sie getan haben und wie es gelaufen ist:

Das Team konstruierte Computermodelle von TRCs, die aus abwechselnden dünnen Schichten gängiger Materialien wie Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Titandioxid auf einer Glasbasis bestehen, die mit einem Film aus Polydimethylsiloxan bedeckt ist. Sie optimierten die Art, Reihenfolge und Kombination von Schichten mithilfe eines iterativen Ansatzes, der von maschinellem Lernen und Quantencomputing geleitet wird, das Daten mit subatomaren Partikeln speichert. Dieses Rechenverfahren führt die Optimierung schneller und besser durch als herkömmliche Computer, da es alle möglichen Kombinationen in Sekundenbruchteilen effizient testen kann. Dies führte zu einem Beschichtungsdesign, das bei der Herstellung die Leistung von konventionell gestalteten TRCs übertrifft, zusätzlich zu einem der besten kommerziellen Wärmereduktionsgläser auf dem Markt.

ACS Energy Lett. 2022, 7, XXX, 4134-4141

Die Forscher schrieben, dass die durchschnittliche jährliche Energieeinsparung in den untersuchten US-Städten – siehe Balkendiagramme oben – 50 MJ/m beträgt2 wenn die TRC unter Windows verwendet wird. In Städten mit heißem, trockenem Wetter wie Phoenix kann die TRC potenziell etwa 86,3 MJ/m einsparen2 pro Jahr oder 31,1 % des Kühlenergieverbrauchs bei Verwendung herkömmlicher Fenster.

Die gleichen Berechnungen führten sie auch für ausgewählte Großstädte weltweit durch. Während Gebäude in allen Städten davon profitieren könnten, würden diejenigen in tropischen Regionen eine größere Kühlwirkung erhalten.

Die Forscher sagen, dass die klare Fensterbeschichtung nicht nur auf Gebäuden, sondern auch auf Autoscheiben verwendet werden kann.

Es gibt keinen Hinweis auf eine kommerzielle Skalierung in der Studie, aber die Forscher schreiben, dass der Film „möglicherweise für praktische Anwendungen vergrößert werden kann, da seine Herstellung mit modernsten Abscheidungstechniken erreicht werden kann“. Mit anderen Worten, das ist der Prozess der Herstellung und Abscheidung von Dünnfilmbeschichtungen auf einem Substratmaterial. Es ist ein wichtiger Herstellungsschritt.

Die ganze Studie können Sie hier lesen.

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Foto: „Morning Glow ~ Explore #420“ von Theen … ist lizenziert unter CC BY-NC-SA 2.0.


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