طور الباحثون نافذة ذكية مرنة ثنائية النطاق ذات خصائص كهربائية كرومية قادرة على التحكم بشكل ذكي في الضوء والحرارة، تسهم هذه النوافذ في تقليل استهلاك الطاقة في المباني بنسبة تصل إلى 20%، كما أنها تتضمن تخزين الطاقة لتعزيز الاستدامة.

تقنيات النوافذ الذكية وتأثيرها على استهلاك الطاقة

تزداد معدلات استهلاك الطاقة بشكل مستمر حول العالم، وتساهم المباني بنسبة تقدر بحوالي 40% من إجمالي استهلاك الطاقة، حيث يتم تخصيص نحو نصف هذا الاستهلاك للتدفئة والتبريد، تُعد النوافذ المكون الرئيسي الذي يتبادل الطاقة بين البيئة الداخلية والخارجية، وبالتالي فإنها تساهم في فقدان الطاقة بنسبة تتراوح بين 20% إلى 40%، لذلك يعتبر تطوير نوافذ ذكية ذات كفاءة عالية في استهلاك الطاقة والتي تحافظ في الوقت ذاته على الضوء الطبيعي والمظهر الجمالي أمرا بالغ الأهمية في تصميم المباني المستدامة.

الاكتشاف العلمي لنوافذ كهربائية كرومية ثنائية النطاق

قدمت جامعة نانجينغ للطيران والفضاء، بقيادة البروفيسور شنغليانغ زانغ، نافذة كهربائية كرومية مرنة ثنائية النطاق، تتميز هذه النافذة بدمجها لتخزين الطاقة، مما يساهم في تحسين كفاءة الطاقة بشكل كبير عن طريق التحكم الدقيق في كل من الضوء المرئي والإشعاع تحت الأحمر القريب (NIR)، مقارنة بالنوافذ التقليدية يمكن لهذه التقنية المتطورة تقليل استهلاك الطاقة في المباني بنسبة تصل إلى 20%، مما يجعلها حلا واعدا للهندسة المعمارية المستدامة.

التقنيات الأساسية والأداء

تعتمد هذه التقنية على هيكل أسلاك نانوية من مادة W18O49، مما يتيح التحكم الدقيق في التعديل البصري ضمن طيفي الضوء المرئي وNIR، يوفر هذا الجهاز الكهربائي الكرومي ثنائي النطاق (DBED) نطاقات تعديل بصري ممتازة (73.1% للضوء المرئي و85.3% للإشعاع تحت الأحمر القريب)، مع قدرة استثنائية على التحمل حيث لا يتأثر أداؤه بعد 10,000 دورة، بالإضافة إلى ذلك، يتمتع بكفاءة استرداد للطاقة تصل إلى 51.4%، حيث يتم إعادة تدوير الطاقة المستهلكة أثناء عملية التلوين، مما يقلل من استهلاك الطاقة الإجمالي.

الأداء في المناخات المختلفة والاداء البيئي

عند دمج هذا الجهاز في المباني، لا يقتصر تأثيره على تحسين تنظيم الحرارة فقط، بل يظهر أيضا أداءً ممتازا في مختلف المناخات، وفقا لمحاكاة EnergyPlus، يتفوق جهاز DBED على الزجاج منخفض الانبعاثية التقليدي في معظم المناخات العالمية، مما يوفر وفورات كبيرة في الطاقة، كما أن قدرته على تعديل الضوء والحرارة عبر أطوال موجية متعددة تساهم في تقليل الطاقة اللازمة للتدفئة والتبريد بشكل كبير.

إمكانية التوسع والمستقبل الواعد للتكنولوجيا

تعتبر مرونة جهاز DBED وقابليته للتوسع، بالإضافة إلى قدرة التعديل البصري العالية وكفاءته في استرداد الطاقة، خطوة كبيرة إلى الأمام في تطوير مواد البناء المستدامة، وقد أظهرت التجارب أن هذا الجهاز يمكن أن يتم توسيعه إلى أحجام كبيرة دون التأثير على الأداء، مما يوفر إمكانيات واعدة لاعتماده بشكل واسع في المباني الموفرة للطاقة.

التحديات المستقبلية والبحث العلمي

على الرغم من نجاح هذه التقنية، لا تزال هناك تحديات في مجال الإنتاج الجماعي وكفاءة التكلفة، ستركز الأبحاث المستقبلية على تعزيز استقرار المواد ودمج هذه التكنولوجيا بشكل أكثر سلاسة في الأنظمة المعمارية الحالية، كما أن تحسين التصميم ليصبح مناسبا للتطبيقات التجارية قد يمهد الطريق لجيل جديد من النوافذ الذكية الموفرة للطاقة.

في الختام، تقدم هذه التكنولوجيا الكهربائية الكرومية حلاً مبتكرا للنوافذ الذكية، حيث تجمع بين كفاءة الطاقة والمرونة وتخزين الطاقة لإعادة تعريف مستقبل تقنيات البناء المستدام، مع استمرار الأبحاث لاكتشاف إمكانياتها الكاملة، قد تحدد هذه التقنية معايير جديدة في العمارة الذكية، مما يوفر طريقا نحو مبانٍ أكثر استدامة وكفاءة في استهلاك الطاقة على مستوى العالم.