Trang chủ Ý tưởng sáng tạo toàn cầu 24h Top Ý Tưởng Sáng Tạo Thế Giới Năm 2023 - Cửa sổ...

Top Ý Tưởng Sáng Tạo Thế Giới Năm 2023 – Cửa sổ lỏng giảm chi phí năng lượng

Các nhà nghiên cứu của Đại học Kỹ thuật Toronto ở Canada đã phát triển một hệ thống chất lỏng nhiều lớp có thể giảm chi phí năng lượng.
Việc tạo ra vật liệu thông minh cho các tòa nhà rất quan trọng trong việc giảm tiêu thụ năng lượng.
Việc tạo ra vật liệu thông minh cho các tòa nhà rất quan trọng trong việc giảm tiêu thụ năng lượng.

Các nhà nghiên cứu của Đại học Kỹ thuật Toronto ở Canada đã phát triển một hệ thống chất lỏng nhiều lớp có thể giảm chi phí năng lượng để sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng các tòa nhà. Họ làm điều này bằng cách tối ưu hóa bước sóng, cường độ và sự phân tán ánh sáng truyền qua cửa sổ.

Chi phí thấp, hiệu quả cao

So với các công nghệ hiện có, cửa sổ lỏng cung cấp khả năng kiểm soát tốt hơn nhiều trong khi vẫn giữ chi phí thấp do sử dụng các thành phần đơn giản và có sẵn.

“Các tòa nhà sử dụng rất nhiều năng lượng để sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng không gian bên trong chúng” – tác giả nghiên cứu Raphael Kay nói trong bài báo đăng trên tạp chí PNAS.

Ông cho rằng, nếu chúng ta có thể kiểm soát một cách có chiến lược đối với số lượng, loại và hướng của năng lượng mặt trời đi vào các tòa nhà của mình, chúng ta có thể giảm đáng kể khối lượng công việc cho máy sưởi, máy lạnh và đèn chiếu sáng.

Hiện tại, một số công nghệ xây dựng thông minh như rèm tự động hoặc cửa sổ điện sắc (electrochronic) vốn có khả năng thay đổi độ mờ của chúng để phản ứng với dòng điện, có thể được sử dụng để kiểm soát lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào phòng.

Tuy nhiên, ông Kay nói rằng, các hệ thống này bị hạn chế vì chúng không thể phân biệt giữa các bước sóng ánh sáng khác nhau, cũng như không thể kiểm soát sự phân bố của ánh sáng trong không gian.

Ông cho biết, ánh sáng mặt trời chứa ánh sáng nhìn thấy được, tác động đến sự chiếu sáng trong tòa nhà, nhưng nó cũng chứa các bước sóng vô hình khác, chẳng hạn như ánh sáng hồng ngoại, về cơ bản chúng ta có thể coi đó là nhiệt.

Vào mùa Đông, mọi người muốn cho cả 2 loại ánh sáng nhìn được và không nhìn được vào nhà nhưng mùa Hè thì chỉ muốn cho ánh sáng nhìn thấy vào. Các hệ thống hiện tại thường không thể làm điều này: Chúng chặn cả 2 hoặc không. Chúng cũng không có khả năng định hướng hoặc tán xạ ánh sáng theo những cách có lợi.

Hệ thống trên do Kay và nhóm do Giáo sư Ben Hatton đứng đầu, nó tận dụng sức mạnh của vi lưu (microfluidic) để đưa ra một giải pháp thay thế. Đây là việc xử lý và phân tích chất lỏng ở thang đo micromet.

Hệ thống của họ bao gồm các tấm nhựa phẳng với các rãnh dày hàng milimet để chất lỏng có thể được bơm qua đó. Chất lỏng này có thể được trộn các sắc tố, hạt hoặc phân tử khác để kiểm soát loại ánh sáng đi qua. Từ đây, nó có thể điều chỉnh hướng của ánh sáng theo từng loại.

Những tấm này có thể được kết hợp thành một chồng nhiều lớp, mỗi lớp chịu trách nhiệm cho một loại chức năng quang học khác nhau: Kiểm soát cường độ, lọc bước sóng hoặc điều chỉnh sự tán xạ của ánh sáng truyền vào trong nhà.

Hệ thống có thể tối ưu hóa khả năng truyền ánh sáng các máy bơm nhỏ, được điều khiển kỹ thuật số, để thêm hoặc loại bỏ chất lỏng khỏi mỗi lớp.

“Nó đơn giản và có chi phí thấp, nhưng cho phép sự kiểm soát đáng kinh ngạc” – ông Kay nói và cho rằng, điều này có thể áp dụng với quy mô lớn, ví như lắp cho mặt ngoài của một tòa nhà. Công trình trên được xây dựng dựa trên một hệ thống khác sử dụng sắc tố được bơm vào, được phát triển bởi cùng một nhóm vào đầu năm nay.

Cửa sổ lỏng giảm chi phí năng lượng ảnh 1

Mẫu thiết kế của Đại học Kỹ thuật Toronto mở ra khả năng tiết kiệm nhiên liệu cho các tòa nhà.

Áp dụng trí tuệ nhân tạo

Ông Kay cho biết, nếu chỉ dùng một lớp chất lỏng để điều chỉnh sự truyền ánh sáng cận hồng ngoại thì có thể tiết kiệm khoảng 25% năng lượng sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng hàng năm. Nếu có 2 lớp để kiểm soát tia hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy được, năng lượng tiết kiệm được có thể tăng gấp đôi.

Mặc dù, nghiên cứu đó lấy cảm hứng từ khả năng thay đổi màu sắc của các loài động vật chân đốt ở biển, nhưng hệ thống hiện tại tương tự như lớp da nhiều lớp của mực ống.

Nhiều loài mực có lớp da chứa nhiều lớp cơ quan chuyên biệt xếp chồng lên nhau, bao gồm tế bào sắc tố kiểm soát sự hấp thụ ánh sáng và tế bào iridophore tác động đến phản xạ và ánh kim.

Chúng hoạt động cùng nhau để tạo ra các hành vi quang học độc đáo, chỉ có thể thực hiện được thông qua hoạt động kết hợp. Nhóm cũng đã mô phỏng các thuật toán điều khiển khác nhau để kích hoạt hoặc hủy kích hoạt các lớp chất lỏng để đáp ứng với các điều kiện xung quanh thay đổi.

Trong nghiên cứu này, các thuật toán điều khiển do con người thiết kế, nhưng Giáo sư Ben Hatton chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa chúng sẽ là một nhiệm vụ lý tưởng cho trí tuệ nhân tạo, một hướng nghiên cứu khả thi trong tương lai.

Ông cho rằng, ý tưởng về một tòa nhà có khả năng học và tự điều chỉnh hệ thống năng động này nhằm tối ưu hóa những thay đổi của năng lượng mặt trời theo mùa và hàng ngày là điều rất thú vị.

Nhóm của ông đang tìm cách mở rộng quy mô một cách hiệu quả để người sử dụng thực sự có thể bao phủ toàn bộ tòa nhà bằng hệ thống này. Điều đó sẽ tốn nhiều công sức nhưng xét đến việc dùng các vật liệu đơn giản, không độc hại, chi phí thấp, thì đó là một thách thức có thể giải quyết được.

Giáo sư Ben Hatton hy vọng nghiên cứu này sẽ khuyến khích các nhà khoa học khác suy nghĩ sáng tạo hơn về những cách mới để quản lý năng lượng trong các tòa nhà.

“Trên toàn cầu, lượng năng lượng mà các tòa nhà tiêu thụ là rất lớn, thậm chí lớn hơn những gì chúng ta tiêu tốn cho sản xuất hoặc vận chuyển. Chúng tôi nghĩ rằng, việc tạo ra vật liệu thông minh cho các tòa nhà là một thách thức đáng được quan tâm nhiều hơn” – ông nói.

Theo Giáo Dục Thời Đại

CÁC TIN KHÁC

Keo tản nhiệt mới cho CPU có mùi thơm như “hoa từ thiên đường”

Mặc dù trên thị trường có nhiều lựa chọn keo tản nhiệt khác nhau, CWTP vẫn nổi bật với các sản phẩm có mùi thơm độc đáo

Phát triển lá gan mới trong cơ thể người từ túi tế bào

Các nhà khoa học tiêm tế bào gan để biến một trong các hạch bạch huyết trong cơ thể người thành lá gan thứ hai.

Sử dụng nước thải để giảm khí thải carbon

Trong một nhà máy ở ngoại ô Vienna, các đường ống sáng bóng dẫn nước thải đã xử lý qua 3 máy bơm nhiệt khổng lồ bơm nước nóng cung cấp cho hàng chục ngàn hộ gia đình. Đây là một phần trong nỗ lực của Chính phủ Áo nhằm giảm lượng khí thải carbon và sự phụ thuộc vào khí đốt của Nga.

Chiếc kính mắt có thể chuyển từ kính râm thành kính đọc sách chỉ bằng cái vuốt nhẹ

Công ty Deep Optics mới đây đã chế tạo 32 Degrees North - loại kính thích ứng cải tiến, vừa hoạt động như kính một chiếc kính râm nhưng cũng có thể biến thành kính đọc.

Chó AI dẫn đường hỗ trợ 17 triệu người khiếm thị ở Trung Quốc

Nghiên cứu mới gợi ý rằng, công trình chó dẫn đường AI ở Trung Quốc có thể sớm trở thành hiện thực.

Xe máy điện lớn nhất thế giới có thể di chuyển 720 km sau mỗi lần sạc đầy!

Giống như thế giới ô tô đã được cách mạng hóa nhờ nền kinh tế sản xuất xe điện, thế giới xe máy cũng vậy.

Bài viết nổi bật

Đại học Sư phạm TP.HCM ‘bắt tay’ doanh nghiệp công nghệ Việt thúc đẩy chuyển đổi số

Theo hợp tác mới ký kết với Viettel Solutions, Đại học Sư phạm TP.HCM sẽ cùng doanh nghiệp này xây dựng các giải pháp công nghệ trong giáo dục tập trung vào 4 nội dung chính.

Nhóm sinh viên trường ĐH Ngoại thương giành giải ‘Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng’

Ngày 12/6, tại Học viện Tài chính diễn ra Chung khảo Hội thi khoa học sinh viên toàn quốc 'Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng' lần thứ VII, năm 2022. Ban Giám khảo đã chọn ra nhóm sinh viên ĐH Ngoại thương TP. Hồ Chí Minh giành giải Đặc biệt.

Bài viết mới nhất

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.40) Ô Quan Chưởng (Hà Nội): Cửa ô duy nhất còn lại của Kinh thành Thăng Long – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) Ô Quan Chưởng là một cửa ô của Hà Nội xưa, nằm ở phía Đông của toà thành đất bao quanh Kinh thành Thăng Long, được xây dựng vào năm Cảnh Hưng thứ 10 (1749), đến năm Gia Long thứ ba (1817) được xây dựng lại và giữ nguyên kiểu cách đến ngày nay. Đây là cửa ô duy nhất còn sót lại của thành Thăng Long cũ, là di tích đã được xếp hạng năm 1995.

Các công cụ AI trong Google Photos sẽ được dùng miễn phí, cho người dùng thấy trí tuệ nhân tạo ‘ảo’ đến mức nào khi hỗ trợ chỉnh sửa ảnh

Đối với những người đang thắc mắc, Magic Eraser, Photo Unblur và Portrait Light nổi tiếng của Google Photos là một số công cụ hỗ trợ bởi AI nổi tiếng nhất hiện có và trước đây, chúng yêu cầu bạn phải có đăng ký Google One.

Keo tản nhiệt mới cho CPU có mùi thơm như “hoa từ thiên đường”

Mặc dù trên thị trường có nhiều lựa chọn keo tản nhiệt khác nhau, CWTP vẫn nổi bật với các sản phẩm có mùi thơm độc đáo

Trải nghiệm thị giác nhập vai đầy sống động trong không gian The Galleria của TĐ Masterise vừa xác lập Kỷ lục Việt Nam

(kyluc.vn) - Vào ngày 11 tháng 04 năm 2024, tại Ocean Park 1, Hà Nội, Masterise Homes (thành viên của Tập đoàn Masterise) - đã ra mắt Khu nhà mẫu The Galleria với chủ đề: “The Galleria - Đánh thức tương lai, tô màu hạnh phúc”. Cũng trong dịp này Tập đoàn Masterise đã vinh dự đón nhận Kỷ lục: “Không gian trải nghiệm thị giác nhập vai (immersive) lớn nhất Việt Nam”.

Robot dạy tiếng Anh của nhóm nghiên cứu Học viện Kỹ thuật Quân sự

Robot dạy tiếng Anh là sản phẩm của nhóm nghiên cứu Học viện Kỹ thuật Quân sự có thể nói chuyện, cử động tự nhiên, tương tác với học sinh.

Bảo tàng Điêu khắc Chăm Đà Nẵng (Đà Nẵng) – TOP 10 bảo tàng Việt Nam thu hút nhiều khách tham quan (P.5) – [VIETKINGS-TOPPLUS – Hành trình TOP Việt Nam]

(kyluc.vn) Bảo Tàng Điêu khắc Chăm Đà Nẵng là nơi bảo tồn và phát huy giá trị di sản văn hóa về thời kỳ hưng thịnh của Vương quốc Chăm Pa cổ xưa. Bảo tàng nằm trong danh sách các điểm đến tham quan mang tính lịch sử có giá trị văn hóa - nghệ thuật cao của khách du lịch khi đến với Đà Nẵng. Dừng chân ghé thăm Bảo Tàng Điêu Khắc Chăm, du khách có cơ hội hồi tưởng và chứng kiến nhịp thời gian âm vang được tái hiện lại trong từng hiện vật quý giá.