Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur NTU Singapur han desarrollado un panel de ventana líquido que puede bloquear simultáneamente el sol para regular la transmisión solar, mientras atrapa el calor térmico que se puede liberar durante el día y la noche, lo que ayuda a reducir el consumo de energía.en edificios.
Los investigadores de NTU desarrollaron su 'ventana inteligente' colocando líquido a base de hidrogel dentro de paneles de vidrio y encontraron que puede reducir hasta un 45 por ciento del consumo de energía en edificios en simulaciones, en comparación con las ventanas de vidrio tradicionales. También es alrededor de 30por ciento más eficiente desde el punto de vista energético que el vidrio de baja emisividad eficiente en energía disponible comercialmente, aunque es más barato de fabricar.
La 'ventana inteligente' es el primer caso reportado en una revista científica de ventanas inteligentes de ahorro de energía fabricadas con líquido, y respalda la visión de NTU Smart Campus, que tiene como objetivo desarrollar soluciones tecnológicamente avanzadas para un futuro sostenible.
Las ventanas son un componente clave en el diseño de un edificio, pero también son la parte de menor eficiencia energética. Debido a la facilidad con la que el calor se puede transferir a través del vidrio, las ventanas tienen un impacto significativo en los costos de calefacción y refrigeración de un edificio. SegúnSegún un informe de las Naciones Unidas de 2009, los edificios representan el 40% del uso mundial de energía y las ventanas son responsables de la mitad de ese consumo de energía.
Las ventanas convencionales de ahorro de energía y baja emisividad están fabricadas con revestimientos costosos que reducen la luz infrarroja que entra o sale de un edificio, lo que ayuda a reducir la demanda de calefacción y refrigeración. Sin embargo, no regulan la luz visible, que es unacomponente principal de la luz solar que hace que los edificios se calienten.
Para desarrollar una ventana para superar estas limitaciones, los investigadores de la NTU recurrieron al agua, que absorbe una gran cantidad de calor antes de que comience a calentarse, un fenómeno conocido como alta capacidad calorífica específica.
Crearon una mezcla de microhidrogel, agua y un estabilizador, y descubrieron a través de experimentos y simulaciones que puede reducir efectivamente el consumo de energía en una variedad de climas, debido a su capacidad para responder a un cambio de temperatura. Gracias a lahidrogel, la mezcla líquida se vuelve opaca cuando se expone al calor, bloqueando así la luz solar y, cuando se enfría, vuelve a su estado original 'transparente'.
'Ventana líquida' más adecuada para edificios de oficinas
Al mismo tiempo, la alta capacidad calorífica del agua permite que se almacene una gran cantidad de energía térmica en lugar de transferirla a través del vidrio al interior del edificio durante el día caluroso. Luego, el calor se enfriará gradualmente y se liberará por la noche..
El Dr. Long Yi, autor principal del estudio de investigación publicado en la revista Joule, y profesor titular de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales, dijo: "Nuestra innovación combina las propiedades únicas de ambos tipos de materiales: hidrogel y agua.utilizando un líquido a base de hidrogel simplificamos el proceso de fabricación para verter la mezcla entre dos paneles de vidrio. Esto le da a la ventana una ventaja única de alta uniformidad, lo que significa que la ventana se puede crear en cualquier forma y tamaño ".
Como resultado de estas características, el equipo de investigación de NTU cree que su innovación es más adecuada para su uso en edificios de oficinas, donde las horas de funcionamiento son principalmente durante el día.
Como prueba de concepto, los científicos realizaron pruebas al aire libre en ambientes cálidos Singapur, Guangzhou y fríos Beijing.
La prueba de Singapur reveló que la ventana de líquido inteligente tenía una temperatura más baja 50 ° C durante el momento más caluroso del día mediodía en comparación con una ventana de vidrio normal 84 ° C. Las pruebas de Beijing mostraron que la habitación que usala ventana de líquido inteligente consumió un 11% menos de energía para mantener la misma temperatura en comparación con la habitación con una ventana de vidrio normal.
La ventana inteligente cambia el pico de carga de electricidad, bloquea el ruido
Los científicos también midieron cuándo ocurrió el valor más alto de energía térmica almacenada del día.
Este 'pico de temperatura' en la ventana de vidrio normal fue a las 12 p.m., y en la ventana de líquido inteligente se cambió a las 2 p.m. Si este cambio de pico de temperatura se traduce en un cambio en el tiempo que un edificio necesita consumir energía eléctrica paraenfriar o calentar el edificio, debería resultar en tarifas de energía más bajas para los usuarios.
Las simulaciones que utilizan un modelo de construcción real y datos meteorológicos de cuatro ciudades Shanghai, Las Vegas, Riyadh y Singapur mostraron que la ventana líquida inteligente tenía el mejor rendimiento de ahorro de energía en las cuatro ciudades en comparación con las ventanas de vidrio normales y bajasventanas de emisividad.
Las pruebas de insonorización también sugirieron que la ventana líquida inteligente reduce el ruido un 15 por ciento más eficazmente que las ventanas de doble acristalamiento.
El primer autor del estudio, Wang Shancheng, que es director de proyectos en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales, dijo: "Las ventanas de doble acristalamiento que bloquean el sonido están hechas con dos piezas de vidrio separadas por un espacio de aire. Nuestra ventana está diseñadade manera similar, pero en lugar de aire, llenamos el espacio con el líquido a base de hidrogel, que aumenta el aislamiento acústico entre los paneles de vidrio, lo que ofrece un beneficio adicional que no se encuentra comúnmente en las ventanas de ahorro de energía actuales ".
El otro primer autor, el Dr. Zhou Yang, era estudiante de doctorado en NTU y actualmente es profesor asociado en la Universidad China de Petróleo-Beijing CUPB.
Proporcionando una visión independiente, el profesor Ronggui Yang, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, China, ganador del Premio Nukiyama Memorial 2020 en Ciencia e Ingeniería Térmica y experto en sistemas térmicos y de energía, dijo: "Este es el primerejemplo de una ventana inteligente líquida a base de hidrogel, y nos aleja de un diseño de vidrio convencional. La innovación disruptiva conduce a la regulación solar y el almacenamiento de calor, que en conjunto brindan un excelente rendimiento de ahorro de energía ".
El equipo de investigación ahora está buscando colaborar con socios de la industria para comercializar la ventana inteligente.
La investigación cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Investigación, la Oficina del Primer Ministro de Singapur, en el marco de su programa Campus para la excelencia en la investigación y la empresa tecnológica CREATE y el Instituto Internacional de Investigación Conjunta Sino-Singapur.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Nanyang . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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