'หน้าต่างอัจฉริยะ' เจเนอเรชั่นใหม่สามารถช่วยให้คุณอบอุ่นในฤดูหนาวและเย็นสบายในฤดูร้อนได้อย่างไร

ความต้องการพลังงานของโลกยังคงเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่องในขณะที่เมืองต่างๆ เติบโตขึ้น ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี และการพัฒนาอุตสาหกรรม อาคารประกอบขึ้นประมาณ 30% -40%ของทั้งหมด — มากกว่าอุตสาหกรรมหรือการขนส่งด้วยซ้ำ สาเหตุส่วนใหญ่มาจากระบบทำความร้อน ทำความเย็น และระบายอากาศ โดยมีเครื่องปรับอากาศที่ใช้พลังงานสูงเป็นพิเศษ

Windows เป็นส่วนสำคัญของปัญหา พวกมันปล่อยให้ความร้อนระบายออกมาในฤดูหนาวและเข้าสู่ฤดูร้อน ส่งผลให้ระบบอุณหภูมิต้องใช้มากขึ้นและผลักดันการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ความท้าทายคือการควบคุมการถ่ายเทความร้อนโดยไม่กระทบต่อความโปร่งใสของหน้าต่างและปริมาณแสงที่ปล่อยให้เข้ามา ซึ่งทั้งสองอย่างนี้จำเป็นสำหรับผู้คนความเป็นอยู่ที่ดีและผลผลิต-

คำตอบคือหน้าต่างอัจฉริยะ ส่วนใหญ่รุ่นปัจจุบันในตลาดมีสิ่งที่เรียกว่าอิเล็กโทรโครมิก (EC) ซึ่งหมายความว่าทำงานโดยจ่ายไฟฟ้าด้วยการกดปุ่มเพียงปุ่มเดียวไปยังชั้นอนุภาคหรือคริสตัลภายในกระจก

สิ่งนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลแบบพลิกกลับได้ ซึ่งจะทำให้หน้าต่างทึบแสงหรือมืด ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ ซึ่งจะบล็อกแสงอินฟราเรดส่วนใหญ่ซึ่งทำให้ห้องอบอุ่นอย่างไม่สบาย ซึ่งช่วยลดการความต้องการเครื่องปรับอากาศในประเทศร้อน โดยเก็บความร้อนภายนอกไว้ประมาณ 60% ถึง 70% ที่อุณหภูมิสูงสุด นอกจากนี้ยังสามารถลดการสูญเสียความร้อนจากห้องได้ประมาณ 40% ในสภาพอากาศหนาวเย็น

ไม่กี่ปีที่ผ่านมา หน้าต่างเหล่านี้ขายค่อนข้างดีทั้งสำหรับอสังหาริมทรัพย์เชิงพาณิชย์และที่อยู่อาศัย ที่ตลาดโลกโดยรวมในปี 2566คาดว่าจะมีมูลค่า 6.6 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ (5.2 พันล้านปอนด์)

ที่เกี่ยวข้อง:

แต่ก็มีข้อจำกัดที่สำคัญหลายประการ แม้ว่าหน้าต่างจะไม่ใช้พลังงานมากนัก แต่ก็ทำงานโดยใช้แหล่งพลังงานเท่านั้น สิ่งนี้อาจเป็นเรื่องที่ท้าทายในสถานที่ห่างไกลหรือมีไฟฟ้าไม่น่าเชื่อถือ และในกรณีที่ไม่มีทางเลือกทดแทนจากกริด ผู้ใช้จำเป็นต้องติดตั้งทางเลือกอื่น เช่น แผงโซลาร์เซลล์ เพื่อทำให้หน้าต่างเหล่านี้เป็นกลางทางคาร์บอน

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกส่งตรงถึงกล่องจดหมายของคุณ

มีหลายพันธุ์ - แม้ว่ามีข้อยกเว้นอยู่— คุณสามารถสลับระหว่างข้อจำกัดแบบเต็มและความโปร่งใสทั้งหมดเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าคุณกำลังสูญเสียประโยชน์จากการมีหน้าต่างเมื่ออากาศร้อน และห้องต่างๆ ก็อาจต้องใช้ไฟเทียม และดังที่กล่าวไปแล้ว หน้าต่าง EC ทำหน้าที่กันความร้อนได้ดีเยี่ยมในประเทศที่มีอากาศร้อน แต่ก็มีข้อจำกัดเล็กน้อยในบริเวณที่มีอากาศหนาวกว่า

อนาคตคือเทอร์โมโครมิก

ทางเลือกหนึ่งที่อย่างน้อยก็ปฏิเสธความต้องการไฟฟ้าเรียกว่าโฟโตโครมิก สิ่งเหล่านี้ใช้ชั้นของผลึกซิลเวอร์เฮไลด์เล็กๆ หรือสารประกอบที่เรียกว่าแนฟโทไพรัน ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ทำปฏิกิริยากับระดับแสงอัลตราไวโอเลต (UV) ที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้กระจกมีสีจางลงเมื่ออยู่ในสภาพที่สว่างมากขึ้น เป็นวัสดุชนิดเดียวกับที่ใช้ในแว่นกันแดดกันแสง

เมื่อเปรียบเทียบกับหน้าต่าง EC หน้าต่างเหล่านี้มีประโยชน์เพิ่มเติมในการสร้างอุปสรรคต่อแสง UV แสงยูวีไม่เพียงแต่เป็นสารก่อมะเร็ง แต่ยังทำลายทุกสิ่งตั้งแต่เฟอร์นิเจอร์ ภาพวาด ไปจนถึงการเคลือบ EC

อย่างไรก็ตาม หน้าต่างโฟโตโครมิกมีราคาแพงมาก อย่างน้อยก็ถ้าใช้สีเงิน มีความไวต่อสภาพอากาศสูง ซึ่งสามารถลดความน่าเชื่อถือในสภาพที่มีเมฆมากหรือมีฝนตก นอกจากนี้ยังปิดกั้นแสงอินฟราเรดได้ไม่ดีเท่าและไม่มีการควบคุมด้วยตนเอง ดังนั้นจึงมีประโยชน์ด้านความเป็นส่วนตัวมากกว่าการควบคุมอุณหภูมิห้อง

หลายคนอาจแย้งว่าหน้าต่างอัจฉริยะที่หลากหลายที่มีแนวโน้มมากขึ้นสำหรับอนาคตคือหน้าต่างที่สามที่เรียกว่าเทอร์โมโครมิกซึ่งหมายความว่าพวกมันใช้การเคลือบอนุภาคที่ทำปฏิกิริยากับอุณหภูมิแทนแสง ย้ำอีกครั้งว่าไม่จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้า

ราคาถูกกว่าหน้าต่างโฟโตโครมิกมาก แต่ยังคงกั้นแสง UV และมีศักยภาพที่จะเทียบได้กับหน้าต่าง EC ในการปิดกั้นอินฟราเรด นอกจากนี้ยังสามารถค่อยๆ เข้มขึ้นเมื่ออุณหภูมิภายนอกสูงขึ้น ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถมีหน้าต่างที่โปร่งใสได้มากกว่าผลิตภัณฑ์ EC ที่เปิด/ปิด

แม้ว่าแก้วเทอร์โมโครมิกจะมีอยู่แล้ว แต่ก็ยังไม่สามารถทำได้กับหน้าต่าง เนื่องจากชั้นวานาเดียมไดออกไซด์ในรุ่นปัจจุบันจะสะท้อนอินฟราเรดได้เต็มที่ที่อุณหภูมิประมาณ 67°C ซึ่งร้อนกว่ามากอุณหภูมิสูงสุดตลอดกาลในโลก

นักวิจัยจำนวนมากทั่วโลกกำลังมองหาวิธีปรับปรุงแก้วเทอร์โมโครมิก นี้รวมถึงโครงการของเราด้วยที่สถาบันสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืนของมหาวิทยาลัย Exeter ซึ่งส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับการทดสอบสารเคลือบอื่นๆ เพื่อลองค้นหาสารที่มีประสิทธิภาพในการลดแสงอินฟราเรดที่อุณหภูมิภายนอกที่สมจริงมากขึ้น

มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวเรายังกำลังมองหาเพื่อรวมสิ่งนี้เข้ากับความสามารถประเภทอื่น ๆ ที่มีอยู่ในแก้วเทอร์โมโครมิกชนิดอื่น ๆ ในปัจจุบัน นอกเหนือจากที่สามารถสะท้อนแสงอินฟราเรดได้ รวมถึงการทำหน้าต่างด้วยมีประโยชน์มากกว่าในสภาพอากาศที่เย็นกว่าโดยทำให้พวกเขาสามารถทำงานเป็นฉนวนเมื่ออุณหภูมิต่ำขนาดนั้นห้องไม่สูญเสียความร้อนออกสู่ภายนอกและยังกักเก็บพลังงานไว้ใช้ช่วยทำความร้อนในห้องอีกด้วย

เป็นการยากที่จะคาดเดาลำดับเวลาที่แน่นอน แต่อาจจะห้าหรือสิบปีต่อจากนี้ การวิจัยประเภทนี้ควรนำหน้าต่างอัจฉริยะออกสู่ตลาดซึ่งจะมีประโยชน์ไม่แพ้กันในประเทศที่มีอากาศหนาวเย็น เช่นเดียวกับทั้งในเวลากลางวันและกลางคืน นี่เป็นกุญแจสำคัญในการเปิดตัวหน้าต่างประเภทเดียวทั่วโลก

ควรสร้างความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญไม่เพียงแต่ต่อความต้องการของเครื่องปรับอากาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความต้องการในการทำความร้อนและหม้อน้ำด้วย ฉันเดาคร่าวๆ ว่าการติดตั้งหน้าต่างอัจฉริยะ 5 บานในอพาร์ตเมนต์แห่งหนึ่งในประเทศที่มีอากาศหนาวเย็น อาจช่วยให้เจ้าของสามารถลดจำนวนหม้อน้ำจาก 5 เหลือ 2 บานได้ นอกจากอาคารแล้ว เทคโนโลยีเหล่านี้ยังสามารถนำไปใช้กับเครื่องบินและรถยนต์ได้อีกด้วย

ในระหว่างนี้ มีเหตุผลทุกประการที่จะสรุปได้ว่าตลาดโดยเฉพาะสำหรับหน้าต่าง EC เติบโตขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตามการฉายภาพหนึ่งครั้งโดยคาดว่าจะเพิ่มขึ้นอีกเกือบ 4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐหรือประมาณ 60% ภายในปี 2571 ด้วยการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างความสำเร็จด้านการวิจัยและการสนับสนุนด้านนโยบาย ทั้งในประเทศที่พัฒนาแล้วและกำลังพัฒนา หน้าต่างอัจฉริยะรุ่นต่อไปน่าจะสามารถก้าวไปข้างหน้าและ สร้างความแตกต่างอย่างมากต่อการปล่อยก๊าซคาร์บอนของอาคารในอีกทศวรรษหรือสองอนาคต

บทความแก้ไขนี้เผยแพร่ซ้ำจากการสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-