Поскольку изменение климата усиливает летнюю жару, растет спрос на технологии для охлаждения зданий. Теперь исследователи сообщают в Энергетические письма ACS что они использовали передовые вычислительные технологии и искусственный интеллект для разработки прозрачного оконного покрытия, которое могло бы снизить температуру внутри зданий, не затрачивая ни единого ватта энергии.
Исследования показали, что на охлаждение приходится около 15% мирового потребления энергии. Этот спрос можно было бы снизить с помощью оконного покрытия, которое могло бы блокировать ультрафиолетовый и ближний инфракрасный свет солнца - части солнечного спектра, которые обычно проходят через стекло для обогрева закрытого помещения. Потребление энергии может быть снижено еще больше, если покрытие излучает тепло от поверхности окна на длине волны, которая проходит через атмосферу в космическое пространство. Однако трудно разработать материалы, которые могли бы одновременно соответствовать этим критериям, а также пропускать видимый свет, что означает, что они не мешают обзору. Юнгкю Ли, Тенгфей Ло и их коллеги решили разработать "прозрачный радиационный охладитель" (TRC), который мог бы сделать именно это.
Команда построила компьютерные модели TRCS, состоящие из чередующихся тонких слоев обычных материалов, таких как диоксид кремния, нитрид кремния, оксид алюминия или диоксид титана, на стеклянной основе, покрытой пленкой полидиметилсилоксана. Они оптимизировали тип, порядок и комбинацию слоев, используя итеративный подход, основанный на машинном обучении и квантовых вычислениях, которые хранят данные с использованием субатомных частиц. Этот вычислительный метод выполняет оптимизацию быстрее и лучше, чем обычные компьютеры, поскольку он может эффективно протестировать все возможные комбинации за доли секунды. В результате был получен дизайн покрытия, который при изготовлении превосходит характеристики традиционных стеклопакетов TRC в дополнение к одному из лучших коммерческих стекол для снижения температуры на рынке.
По словам исследователей, в жарких и сухих городах оптимизированный TRC потенциально может снизить потребление энергии на охлаждение на 31% по сравнению с обычными окнами. Они отмечают, что их выводы могут быть применены к другим приложениям, поскольку TRCS также можно использовать на окнах легковых и грузовых автомобилей. Кроме того, разработанный группой метод оптимизации с использованием квантовых вычислений может быть использован для разработки других типов композитных материалов.
Авторы выражают признательность за поддержку со стороны Национального исследовательского фонда Кореи и Центра исследовательских вычислений Нотр-Дам.
Комментарии