Ilmuwan mengembangkan 'jendela cair' hemat energi
Innovation

Ilmuwan mengembangkan ‘jendela cair’ hemat energi


Jendela pintar berubah buram saat terkena panas, sehingga menghalangi sinar matahari, dan, saat dingin, kembali ke keadaan ‘jernih’ aslinya. Kredit: NTU Singapura

Ilmuwan di Nanyang Technological University, Singapura (NTU Singapura) telah mengembangkan panel jendela cair yang secara bersamaan dapat memblokir matahari untuk mengatur transmisi matahari, sekaligus memerangkap panas termal yang dapat dilepaskan sepanjang siang dan malam, membantu mengurangi konsumsi energi di gedung .

Para peneliti NTU mengembangkan “jendela pintar” mereka dengan menempatkan cairan berbasis hidrogel di dalam panel kaca dan menemukan bahwa cairan tersebut dapat mengurangi hingga 45% konsumsi energi di gedung dalam simulasi, dibandingkan dengan jendela kaca tradisional. Ini juga 30% lebih hemat energi daripada kaca emisivitas rendah (hemat energi) yang tersedia secara komersial, sekaligus lebih murah untuk dibuat.

Jendela pintar adalah contoh pertama yang dilaporkan dalam jurnal ilmiah jendela pintar hemat energi yang dibuat menggunakan cairan, dan mendukung visi Kampus Cerdas NTU yang bertujuan untuk mengembangkan solusi berteknologi maju untuk masa depan yang berkelanjutan.

Jendela adalah komponen kunci dalam desain bangunan, tetapi juga merupakan bagian yang paling hemat energi. Karena kemudahan perpindahan panas melalui kaca, jendela memiliki pengaruh yang signifikan terhadap biaya pemanasan dan pendinginan sebuah bangunan. Menurut laporan Perserikatan Bangsa-Bangsa tahun 2009, bangunan menyumbang 40% dari penggunaan energi global, dan jendela bertanggung jawab atas setengah dari konsumsi energi itu.

Jendela konvensional hemat energi rendah emisivitas dibuat dengan pelapis mahal yang mengurangi cahaya inframerah yang masuk atau keluar dari gedung, sehingga membantu mengurangi permintaan untuk pemanasan dan pendinginan. Namun, mereka tidak mengatur cahaya tampak, yang merupakan komponen utama sinar matahari yang menyebabkan bangunan menjadi panas.

Untuk mengembangkan jendela untuk mengatasi keterbatasan ini, para peneliti NTU beralih ke air, yang menyerap sejumlah besar panas sebelum mulai menjadi panas — sebuah fenomena yang dikenal sebagai kapasitas panas spesifik tinggi.

Mereka menciptakan campuran mikro-hidrogel, air dan penstabil, dan menemukan melalui eksperimen dan simulasi bahwa ia dapat secara efektif mengurangi konsumsi energi di berbagai iklim, karena kemampuannya untuk merespon perubahan suhu. Berkat hidrogel, campuran cairan berubah menjadi buram saat terkena panas, sehingga menghalangi sinar matahari, dan, saat dingin, kembali ke keadaan ‘jernih’ aslinya.

Ilmuwan NTU mengembangkan'jendela cair' hemat energi

Campuran cairan yang digunakan untuk membuat jendela pintar terbuat dari mikro-hidrogel, air, dan penstabil. Kredit: NTU Singapura

Jendela cair paling cocok untuk gedung perkantoran

Pada saat yang sama, kapasitas panas air yang tinggi memungkinkan sejumlah besar energi panas disimpan alih-alih ditransfer melalui kaca dan ke dalam gedung selama siang hari yang panas. Panas kemudian akan didinginkan secara bertahap dan dilepaskan pada malam hari.

Dr Long Yi, penulis utama studi penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Joule, dan Dosen Senior di School of Material Science & Engineering mengatakan, “Inovasi kami menggabungkan sifat unik dari kedua jenis material — hidrogel dan air. Dengan menggunakan cairan berbasis hidrogel kami menyederhanakan proses fabrikasi untuk menuangkan campuran antara dua gelas panel. Ini memberi jendela keuntungan unik dari keseragaman tinggi, yang berarti jendela dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran. “

Kredit: Universitas Teknologi Nanyang

Sebagai hasil dari fitur-fitur ini, tim peneliti NTU yakin bahwa inovasi mereka paling sesuai untuk digunakan di gedung perkantoran, di mana jam operasinya sebagian besar pada siang hari.

Sebagai bukti konsep, para ilmuwan melakukan tes di luar ruangan di lingkungan yang panas (Singapura, Guangzhou) dan dingin (Beijing).

Tes Singapura mengungkapkan bahwa jendela cairan pintar memiliki suhu lebih rendah (50 ° C) selama waktu terpanas hari (siang hari) dibandingkan dengan jendela kaca normal (84 ° C). Tes di Beijing menunjukkan bahwa ruangan yang menggunakan jendela cairan pintar mengkonsumsi energi 11% lebih sedikit untuk menjaga suhu yang sama dibandingkan dengan ruangan dengan jendela kaca biasa.

Jendela pintar menggeser puncak beban listrik, memblokir kebisingan

Para ilmuwan juga mengukur kapan nilai tertinggi dari energi termal yang tersimpan pada hari itu terjadi.

Puncak suhu di jendela kaca normal adalah jam 12 siang, dan di jendela cairan pintar dipindahkan ke jam 2 siang. Jika pergeseran puncak suhu ini diterjemahkan sebagai pergeseran waktu yang dibutuhkan bangunan untuk menggunakan daya listrik untuk mendinginkan atau menghangatkan bangunan, hal itu akan menghasilkan biaya tarif energi yang lebih rendah bagi penggunanya.

Simulasi menggunakan model bangunan aktual dan data cuaca dari empat kota (Shanghai, Las Vegas, Riyadh, dan Singapura) menunjukkan bahwa jendela cairan pintar memiliki kinerja hemat energi terbaik di keempat kota jika dibandingkan dengan jendela kaca biasa dan jendela emisivitas rendah .

Ilmuwan NTU mengembangkan'jendela cair' hemat energi

Anggota tim peneliti NTU termasuk Dr Long Yi (kiri), Dosen Senior di Sekolah Sains & Teknik Material, dan mahasiswa PhD Wang Shancheng (kanan). Kredit: NTU Singapura

Pengujian kedap suara juga menunjukkan bahwa jendela cairan pintar mengurangi kebisingan 15% lebih efektif daripada jendela kaca ganda.

Penulis pertama studi Wang Shancheng, yang merupakan Project Officer di School of Material Science & Engineering mengatakan, “Jendela kaca ganda yang memblokir suara dibuat dengan dua potong kaca yang dipisahkan oleh celah udara. Jendela kami dirancang serupa, tetapi sebagai ganti udara, kami mengisi celah dengan cairan berbasis hidrogel, yang meningkatkan isolasi suara antara panel kaca, sehingga menawarkan manfaat tambahan yang tidak umum ditemukan pada jendela hemat energi saat ini. “

Penulis pertama lainnya, Dr. Zhou Yang adalah seorang Ph.D. mahasiswa di NTU dan saat ini menjadi Associate Professor di China University of Petroleum-Beijing (CUPB).

Memberikan pandangan independen, Profesor Ronggui Yang, dari Universitas Sains dan Teknologi Huazhong, Cina, penerima Penghargaan Peringatan Nukiyama 2020 dalam Ilmu dan Teknik Termal dan seorang ahli dalam sistem panas dan energi berkata, “Ini adalah contoh pertama dari jendela pintar cair berbasis hidrogel, dan ini membawa kita jauh dari desain kaca konvensional. Inovasi yang mengganggu mengarah pada pengaturan matahari dan penyimpanan panas, yang bersama-sama menghasilkan kinerja penghematan energi yang luar biasa. ”


Teknologi jendela pintar yang secara otomatis berubah warna oleh sinar matahari


Informasi lebih lanjut:
Yang Zhou dkk. Jendela Cerdas Liquid Thermo-Responsive Berasal dari Hidrogel, Joule (2020). DOI: 10.1016 / j.joule.2020.09.001

Informasi jurnal:
Joule

Disediakan oleh Universitas Teknologi Nanyang

Kutipan: Ilmuwan mengembangkan ‘jendela cair’ hemat energi (2020, 5 November), diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-scientists-energy-saving-liquid-window.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel