.
Pesquisadores da Universidade Nacional de Seul anunciaram a criação de um protótipo de janela “inteligente” que pode gerar eletricidade utilizável a partir da energia de impacto das gotas de chuva. As janelas também refletem luz infravermelha para reduzir as temperaturas internas sem alterar sua transparência, o que pode reduzir o custo de manter os edifícios frescos durante o tempo quente.
Elas também se limpam automaticamente do gelo durante o tempo frio. De acordo com a pesquisa publicada descrevendo as janelas inovadoras, essa combinação de habilidades torna seu protótipo de dispositivo a primeira janela inteligente Plus Energy multifuncional já construída.
“Neste trabalho, apresentamos uma janela inteligente multifuncional (MSW) de economia de energia que fornece funcionalidades multimodo de resfriamento radiativo, coleta de energia e descongelamento/desembaçamento apenas com uma única estrutura de dispositivo pela primeira vez”, eles escrevem. “De acordo com o melhor conhecimento do autor, nenhuma pesquisa foi relatada ainda sobre as janelas inteligentes que integraram perfeitamente funcionalidades multimodais no dispositivo inteligente tudo-em-um.”
Janela inteligente reflete o calor e descongela automaticamente
No Comunicado de imprensa Ao anunciar o desenvolvimento da janela inteligente produtora de energia, o líder da equipe, Professor Seung Hwan Ko, do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Nacional de Seul, e colegas ressaltam que as janelas inteligentes modernas são limitadas em sua funcionalidade geral.
Por exemplo, a maioria apenas reduz a energia radiativa recebida tornando a janela mais opaca, “deixando assim de manter alta transparência, que é a função primária da janela”. Em vez disso, a nova janela inteligente da equipe pode manter sua transparência total enquanto reflete uma grande parte da energia térmica infravermelha para longe do edifício.
Para realizar esse feito, a janela é construída com o que a equipe descreve como uma estrutura em camadas de prata e ITO (Indium Tin Oxide), “materiais com excelente condutividade elétrica e propriedades ópticas únicas”. Como resultado, a luz visível passa pela janela enquanto o infravermelho é bloqueado, reduzindo o calor sem reduzir a visibilidade. Os pesquisadores também apontam que, diferentemente dos sistemas convencionais de ar condicionado que usam refrigerantes, esse tipo de tecnologia de resfriamento radiativo “oferece desempenho de resfriamento sem consumir energia elétrica”.
Em segundo lugar, por meio de um processo conhecido como “aquecimento Joule”, o material em camadas funciona como eletrodos transparentes autoaquecidos “que removem rapidamente o gelo da janela, garantindo visibilidade clara em dias frios”. Notavelmente, nenhuma dessas capacidades requer energia adicional, mas depende das propriedades do material das camadas de prata e ITO para refletir o calor e descongelar-se automaticamente.
(B) Dados reais de temperatura medidos dentro das casas modelo
(C) Armazenamento de energia por meio da geração de energia a partir de gotas de chuva
(D) Garantindo visibilidade através da função de aquecedor transparente. Crédito da imagem: © Science Robotics, publicado originalmente em Science Robotics.
Como gerar energia a partir de gotas de chuva
Talvez a capacidade mais intrigante da janela inteligente seja sua habilidade de gerar eletricidade utilizável a partir da força de impacto e fricção das gotas de chuva caindo. Embora a equipe tenha explorado outras opções de coleta de energia, como geração de energia solar ou eólica, eles finalmente determinaram que o design de suas janelas inteligentes suportaria melhor a geração confiável de energia.
“Gotas de água fornecem fontes ricas para gerar eletricidade para alimentar continuamente os componentes eletrônicos, e a literatura anterior mostrou que geradores de eletricidade baseados em gotas (DEGs) podem produzir eletricidade sustentável a partir de gotas por eletrificação de contato líquido-sólido e indução eletrostática”, eles escrevem.
Os pesquisadores também destacam uma ampla gama de métodos potenciais para coletar energia de gotas de chuva e convertê-la em eletricidade. No entanto, como o “painel de chuva“gerador de energia anteriormente coberto por O Debriefinga equipe se concentrou em um dispositivo de geração de energia chamado nanogerador triboelétrico (TENG), que gera eletricidade em diversas aplicações.
A equipe afirma que, desses diversos métodos de coleta de energia, “os TENGs podem oferecer uma solução prática devido à sua capacidade de converter energia natural, como vibração, vento, água corrente e ondas do oceano, em eletricidade para geração de energia sustentável”.
A equipe de pesquisa diz que o tipo mais eficiente de TENG incluiria um material dielétrico que exibe triboeletricidade “excepcional” e é “altamente transparente no espectro de luz visível para operar como uma janela convencional”. Conforme observado, o design do material em camadas de prata e ITO que eles já haviam selecionado continha ambas as propriedades.
Após construir seu protótipo, a equipe descobriu que a capacidade de geração de energia triboelétrica de sua janela inteligente era ainda mais eficiente do que eles esperavam. De acordo com o press release, “Em um experimento simulando condições chuvosas, as janelas inteligentes geraram 8,3 W m-2 de energia com apenas uma gota de chuva.”
Ao combinar a geração de energia das gotas de chuva com o resfriamento radiativo da energia térmica infravermelha, a equipe de pesquisa diz que as janelas inteligentes que desenvolveram mantiveram uma temperatura “aproximadamente 7 graus mais baixa do que as janelas comuns em ambientes quentes sob luz solar direta”. As janelas também limparam a geada da janela “duas vezes mais rápido do que as janelas comuns” por meio do aquecimento Joule. Juntas, essas capacidades demonstraram “alto desempenho e multifuncionalidade”.
Perseguindo edifícios de energia positiva
De acordo com a equipe do Professor Ko, o objetivo final do desenvolvimento de sua janela inteligente era ir além da meta de criar Edifícios de Energia Zero (ZEBs) e ajudar a inaugurar a era dos Edifícios de Energia Plus (PEBs). No press release, eles explicam que os PEBs “são edifícios que vão além da minimização de cargas de energia e podem produzir energia de forma autônoma”.
“É necessário desenvolver janelas inteligentes multifuncionais equipadas com tecnologia de resfriamento transparente (baseada em energia zero) e mais tecnologia de coleta de energia (baseada em energia plus) que garanta o fornecimento de energia sustentável”, explicam.
A equipe diz que seu protótipo de janela inteligente atinge esse objetivo ao combinar três capacidades de suporte de energia. Primeiro, ele fornece resfriamento radiativo que reduz a temperatura interna em dias ensolarados sem entrada de energia. Segundo, ele pode gerar eletricidade usando a energia das gotas de chuva e, terceiro, “ele implementa uma função de aquecedor transparente para remover rapidamente o gelo das janelas em dias frios”.
Embora ainda não estejam disponíveis comercialmente, o autor principal do estudo, Dr. Yeongju Jung, está conduzindo uma pesquisa de acompanhamento para melhorar seu design com o objetivo final de uma janela comercialmente viável. De acordo com o Professor Ko, fornecer aos consumidores esse tipo de janela inteligente de função tripla é mais crítico do que nunca, dados os esforços para ir além dos combustíveis fósseis e melhorar a eficiência energética geral.
“Apresentar a tecnologia de janelas inteligentes de última geração otimizada para responder ao esgotamento de combustíveis fósseis e ao aquecimento global oferece insights valiosos sobre os avanços tecnológicos para edifícios Plus Energy e a indústria de veículos elétricos ecologicamente corretos”, disse ele. “Espera-se que janelas inteligentes sejam aplicadas em vários setores porque elas abordam a poluição ambiental, reduzem a energia de resfriamento e superam as limitações das tecnologias de bateria convencionais por meio da autogeração de energia.”
O estudo “Janela de economia de energia para funcionalidades versáteis de resfriamento radiativo, coleta de energia e descongelamento” foi inicialmente publicado na revista Nano Energy.
Christopher Plain é um romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciência no The Debrief. Siga e conecte-se com ele em X, aprenda sobre seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em cristóvão@thedebrief.org.
.
