Siêu vật liệu dán cửa kính giúp tiết kiệm hàng triệu đô tiền điện

Thời tiết nóng nực không chỉ làm cho con người cảm thấy khó chịu mà còn làm giảm hiệu quả công việc, giải pháp đầu tiên lúc đó nhiều người nghĩ đến có lẽ là bật điều hòa. Nhưng bật điều hòa liên tục cũng đồng nghĩa với hóa đơn tiền điện trở thành gánh nặng cho nhiều hộ gia đình và các văn phòng.

Chỉ tính riêng ở Mỹ, trong một năm, các tòa nhà văn phòng phải chi đến 29 tỷ USD cho các thiết bị làm mát, thậm chí con số này còn tăng lên nữa khi mà khí hậu trên toàn cầu đang nóng lên. Tiền điện cho điều hòa nhiệt độ chiếm đến 6% tổng chi tiêu tiền điện của người Mỹ, các số liệu thống kê cho biết.

Với loại film dán cửa sổ này, các văn phòng sẽ không phải tốn một đồng cho điện điều hòa.

Tuy nhiên, với một loại tấm film tán nhiệt mới, Học viện công nghệ Massachusetts (MIT) đã tìm ra giải pháp hiệu quả cho vấn đề này, giúp tiết kiệm hàng trăm ngàn USD phải chi cho hóa đơn tiền điện của các tòa nhà văn phòng và các hộ gia đình. Loại film này được dán lên các cửa sổ và giúp tản được 70% sức nóng từ ánh nắng mặt trời chiếu vào. Với hệ thống này, nhóm nghiên cứu dự đoán các công ty, tập đoàn có thể tiết kiệm được trung bình 10% chi phí tiền tiện.

Ông Nicholas Fang, giáo sư kỹ thuật vật liệu, cho biết việc phủ film lên các tấm kính cửa sổ giúp các tòa nhà tự làm mát thụ động nhưng vẫn đảm bảo đủ ánh sáng xuyên qua. Ông cũng cho biết, so với các phương pháp làm mờ kính hoặc lắp các loại kính cách nhiệt đắt đỏ hiện nay, thì việc phủ lớp film mới này tiết kiệm và hiệu quả hơn nhiều.

“Các loại cửa sổ thông minh trên thị trường hiện nay thường không hiệu quả trong việc phản nhiệt từ mặt trời và tốn thêm điện để điều khiển, vì thế, người dùng sẽ phải trả tiền điện để làm cửa sổ mờ đi. Vì thế, chúng tôi cho rằng, các loại vật liệu và tấm phủ quang học mới sẽ là giải pháp hiệu quả hơn cho những loại cửa sổ thông minh”, ông nói.

Giải pháp tiết kiệm điện đơn giản cho các vấn đề của những thành phố lớn

Ông Fang bắt đầu thực hiện ý tưởng này khi hợp tác với một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Hong Kong. Mục đích thực hiện nghiên cứu này là nhằm giảm lượng tiêu thụ điện năng trong những tháng hè nóng nực.

“Giải quyết được vấn đề này là một yếu tố quan trọng sống còn với những thành phố đông đúc, sôi động như HongKong, bởi những thành phố này đang ở ngưỡng giới hạn cuối cùng của việc tiết kiệm điện năng, nghĩa là các thành phố đó không thể tiết kiệm thêm được nữa”, ông Fang giải thích.

Hong Kong hiện đang thực hiện cam kết đến năm 2025 sẽ giảm được 40% lượng điện năng tiêu thụ.

Những sinh viên tại MIT đã lưu ý đến một vấn đề rất lớn từ những ô cửa sổ và làm thế nào để hạn chế ánh sáng mặt trời chiếu qua.

“Thực tế, đối với mỗi m2 cửa sổ, khoảng 500 watt điện ở dạng nhiệt năng do ánh nắng mặt trời xuyên qua. Số điện này tương đương với khoảng 5 bóng đèn chiếu sáng”, ông Fang cho biết.

Các nhà nghiên cứu trong nhóm nghiên cứu của ông Fang đã tập trung vào vấn đề các loại vật liệu đổi pha làm tán xạ ánh nắng mặt trời như thế nào. Họ muốn ứng dụng nghiên cứu các loại vật liệu để tìm ra một loại cửa sổ mới, đặc biệt là nếu như loại vật liệu này có thể tán xạ ánh nắng mặt trời và làm chuyển hướng nhiệt.

Sau khi nghiên cứu các loại vật liệu nhiệt sắc (vật liệu thay đổi màu sắc tùy thuộc vào lượng nhiệt chiếu vào), nhóm nghiên cứu đã quyết định chọn các hạt vi phân poly-2-aminoethylmethacrylate hydrochloride.

“Loại vật liệu này giống như là một chiếc lưới đánh cá trong nước. Bản thân mỗi một sợi lưới này đều phản xạ một lượng ánh sáng nhất định. Nhưng bởi có rất nhiều nước bao quanh lưới, nên mỗi sợi lưới lại rất khó nhìn thấy. Nhưng một khi rút hết nước, thì các sợi lưới này lại nhìn thấy rất rõ”, ông Fang cho biết.

Các nhà nghiên cứu đã dán hai tấm film tán nhiệt vào một tấm kính cửa sổ 12x12 inch, sau đó họ chiếu ánh sáng vào để mô phỏng ánh nắng mặt trời chiếu xuyên qua tấm kính. Cửa sổ này “mờ đi” khi tiếp xúc với nhiệt.

Thậm chí sự thay đổi ở tấm kính còn nhìn thấy rõ, các nhà nghiên cứu thấy rằng loại phim tản nhiệt này tán xạ được 70% lượng nhiệt phát ra từ bóng đèn chiếu vào tấm kính.

Nếu không có tấm kính này, nhiệt độ tăng lên đến 102 độ F (gần 39 độ C), nhưng khi được dán film thì nhiệt độ vẫn chỉ ở mức 93 độ F (gần 34 độ C).

“Đây là một sự khác biệt lớn. Bạn sẽ cảm nhận được sự thoải mái hoàn toàn khác biệt”, ông Fang cho hay.

Nhóm các nhà nghiên cứu tại MIT đang tiếp tục nghiên cứu về giải pháp dán tấm film trên cửa sổ và từ đó ứng dụng sang các bề mặt khác nhằm tiết kiệm lượng điện tiêu thụ. Tuy nhiên, cửa sổ vẫn là vị trí lý tưởng để bắt đầu thử nghiệm này.

“Các cửa sổ là một yếu tố quan trọng cần đặc biệt chú ý khi nói về hiệu suất của các tòa nhà”, ông Xiaobo Yin, một giáo sư về kỹ thuật vật liệu thuộc Đại học Colorado cho biết.

“Các loại cửa sổ thông minh có tính năng điều tiết lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào có thể là một xu thế của tương lai. Một ưu điểm quan trọng của nghiên cứu này đó là vật liệu sử dụng, giúp nâng cao khả năng ứng dụng và sản xuất các loại cửa sổ thông minh một cách bền vững”.