Im heißen Sommer sind Fenster oft eine Hassliebe: Sie bringen helles Tageslicht und weite Ausblicke in den Innenraum, werden aber auch zum Hauptkanal für das Eindringen von Wärme. Herkömmliche Wärmedämmmethoden wie Verdunklungsvorhänge oder dunkle Folien können Hitzewellen abwehren, gehen aber unweigerlich auf Kosten der Innenbeleuchtung und der schönen Landschaft vor dem Fenster. Dieses Dilemma könnte jedoch bald der Vergangenheit angehören.
Ein Forschungsteam der University of Notre Dame gab kürzlich einen Durchbruch bekannt: Mithilfe von Quantencomputern und maschineller Lerntechnologie gelang es ihnen, erfolgreich eine neue Art transparenter Fensterbeschichtung zu entwickeln, die wärmeerzeugende ultraviolette und infrarote Strahlen wirksam blockieren kann, während das Glas klar und transparent bleibt und dadurch die Innentemperaturen deutlich gesenkt wird.
Im Mittelpunkt dieser Forschung steht eine Technologie namens Transparent Radiative Cooling (TRC). Tengfei Luo, Leiter des Projekts und Professor für Energieforschung an der Universität Notre Dame, erklärte, dass gewöhnliche Glasfenster die Wärmestrahlung des Sonnenlichts in den Raum eindringen lassen, was zu einem starken Anstieg der Belastung der Klimaanlage führt. Um dieses Problem zu lösen, nutzte das Forschungsteam nicht die traditionelle Trial-and-Error-Methode, sondern führte innovativ ein quantencomputergestütztes Modell des maschinellen Lernens ein. Mit diesem leistungsstarken Computertool haben sie in kürzester Zeit die optimale Lösung aus unzähligen Materialkombinationen herausgesucht und eine ultradünne Mehrschichtstruktur aus gängigen Materialien wie Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Titanoxid entworfen und ihre Oberfläche mit einer Polymerschicht (PDMS) bedeckt, die üblicherweise in Kontaktlinsen verwendet wird.
Die neue Beschichtung funktioniert wie eine High-Tech-„Architektursonnenbrille“, ist aber intelligenter als herkömmliche Sonnenbrillen. Es kann sichtbares Licht selektiv durchlassen und sorgt so für ausreichend Innenlicht und klare Sicht; Gleichzeitig kann es wie ein Spiegel wirken, der ultraviolette und nahinfrarote Strahlen zurückreflektiert, die in der Sonne Wärme transportieren, und sogar das Prinzip der Strahlungskühlung nutzen, um Wärme direkt durch die Atmosphäre in den Weltraum „abzuleiten“. Erwähnenswert ist auch, dass das Team in der neuesten Forschung die Beschichtungsstruktur weiter optimiert hat, sodass sie unabhängig vom Winkel der Sonne eine effiziente Wärmedämmleistung aufrechterhält – egal, ob es sich um direktes Sonnenlicht am Mittag oder schräges Sonnenlicht am Morgen und Abend handelt. Damit wurde die Einschränkung überwunden, dass ähnliche Technologien in der Vergangenheit nur bei bestimmten Winkeln funktionieren konnten.
Basierend auf Simulationstests und tatsächlichen experimentellen Daten wird erwartet, dass diese neue Fensterfolie die Kosten für die Kühlung von Gebäudeklimaanlagen in heißen, trockenen Klimazonen um etwa 31 % senkt. Professor Teng Fei sagte, dass diese Beschichtung nicht nur für Glasfassaden von Wohn- und Bürogebäuden geeignet sei, sondern in Zukunft voraussichtlich auch auf Autofenstern angewendet werden soll, was besonders wichtig für die Verbesserung der Reichweite von Elektrofahrzeugen sei. Da diese Technologie weiter ausgereift ist und in großem Maßstab hergestellt wird, wird erwartet, dass sie sich in Zukunft zu einer Schlüsseltechnologie im Bereich umweltfreundlicher Gebäude sowie Energieeinsparung und Emissionsreduzierung entwickelt und es uns ermöglicht, den Sonnenschein und die schöne Landschaft zu genießen, ohne uns um hohe Stromrechnungen und sengende Raumtemperaturen sorgen zu müssen.
Zusammengestellt von /ScitechDaily