يؤدي استخدام النوافذ ذات اللون الحراري في مباني المكاتب إلى تحسين كفاءة الطاقة في جميع المناطق المناخية من خلال تعديل درجة الحرارة في الداخل، مما يؤدي إلى تحقيق وفورات هائلة، وفقًا لجهود بحثية بقيادة المختبر الوطني للطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.
تعتمد النوافذ الحرارية على استخدام مواد البيروفسكايت لامتصاص الطاقة من تحول الشمس من الشفافية إلى حالة الامتصاص أو الانعكاس المرئي، تعمل هذه التقنية على تخفيف أحمال التدفئة في المناخات الدافئة وأحمال التبريد في المناطق الباردة.
يوفر قدرًا كبيرًا من الطاقة سنويًا
قال لانس ويلر، الباحث الرئيسي في المشروع ، إن التحول إلى النوافذ الحرارية يوفر قدرًا كبيرًا من الطاقة سنويًا ، حيث يأتي المصدر الرئيسي للوفورات من طلب طاقة تدفئة أقل لمباني المكاتب شديدة التزجيج في المناخات الباردة أو الموسمية، إذا كان جميع العاملين في مبنى المكاتب المحاكي يقودون سيارة كهربائية لمسافة متوسط تنقل يومية، فيمكن استخدام الطاقة السنوية لشحن سيارة كل عامل بالكامل كل يوم على مدار العام.
البحث، الذي اعتمد على برنامج النمذجة ، ساعد ويلر في تطوير يسمى “PVwindow” ، يقترح أن إضافة صفيحة حرارية إلى نافذة أحادية اللوحة أو حتى نافذة مزدوجة اللوحة ستحقق وفورات كبيرة.
المباني تستهلك 40% من إجمالي الطاقة الأولية
تمثل المباني حوالي 40٪ من إجمالي استهلاك الطاقة الأولية، حيث تشكل التدفئة أكبر مساهم. أحدثت تقنية الطلاء ثورة في كفاءة الطاقة في النوافذ بدءًا من الثمانينيات من خلال الامتصاص الانتقائي للأشعة تحت الحمراء أو عكسها مع السماح للضوء في الجزء المرئي من الطيف الشمسي بالمرور عبر الزجاج.
فإن أكثر من نصف طاقة الشمس بقليل تحدث في الأطوال الموجية المرئية، لذلك هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة لتدفئة أو تبريد المباني بواجهات زجاجية كبيرة.
استخدم الباحثون نموذجهم لبناء مبنى مكون من 12 طابقًا بنسبة نافذة إلى جدار تبلغ 95%، قاموا بمحاكاة استخدام الطاقة في المبنى على فترات زمنية مدتها 15 دقيقة لمدة عام في ثماني مناطق مناخية.
تفوقت النوافذ المزدوجة الحرارية على النوافذ ثلاثية الأجزاء
تعمل النوافذ المزدوجة الحرارية على تحسين كفاءة طاقة المبنى على النوافذ المزدوجة في كل منطقة كان توفير الطاقة أكبر في المناطق الباردة، تفوقت النوافذ المزدوجة الحرارية على النوافذ ثلاثية الأجزاء في المناطق المناخية الأكثر سخونة.
لاحظ الباحثون أن النوافذ ثلاثية الأجزاء في المناخات الباردة توفر قدرًا أكبر من توفير الطاقة مقارنة بالنوافذ المزدوجة الحرارية ، ولكن إضافة صفح حراريًا لإنشاء نافذة ثلاثية الأجزاء توفر أكبر قدر من التوفير السنوي في الطاقة مقارنةً بالنوافذ المزدوجة ذات أعلى كفاءة. .
يتم تشغيل النوافذ الحرارية بواسطة درجة الحرارة ، وقد حسب الباحثون درجة الحرارة الانتقالية المثالية في نطاق 20-27.5 درجة مئوية (68-81.5 درجة فهرنهايت).
صالح عبر العديد من المناخات المختلفة
قال ويلر: “إذا كانت درجة حرارة التحول مرتفعة جدًا ، فقد لا توفر النافذة الطاقة، وستكون المباني أفضل حالًا مع وجود نوافذ ثابتة”، “من المثير للاهتمام أن هذا النطاق صالح عبر العديد من المناخات المختلفة، وذلك لأن النوافذ الديناميكية تقلل من اكتساب الحرارة الشمسية في الصيف لتوفير تكييف الهواء، كما أنها تزيد من اكتساب الحرارة الشمسية عند الحاجة إلى الحرارة في الشتاء.
قام الباحثون بربط النمذجة بالعمل التجريبي وعرضوا فيلم بيروفسكايت محشور بين طبقتين من الزجاج، ثبت أن التبديل الحراري متين لمدة 200 دورة.
قال ويلر : “لقد تمكنا من تقليل درجة الحرارة الانتقالية بشكل كبير في المختبر لتتناسب مع درجة الحرارة المثالية المتوقعة”، “يُظهر العمل العديد من مجالات الخبرة في NREL وقوة التعاون بين علوم المواد وعلوم الطاقة في المباني.”
تم تفصيل النتائج في الورقة البحثية في مجلة Advanced Energy Materials ، المؤلفون المشاركون من NREL هم برايان روساليس ، وجانجيون كيم ، وكيفن برينس ، وميرزو ميرزوكاريموف ، وتوم داليجولت ، وآدم دويل ، وكولين وولدن ، ولورا شيلهاس. المؤلفون المشاركون الآخرون هم من كلية كولورادو للمناجم وجامعة ويسكونسن-ستاوت وسويفت سولار.
