Kính cách nhiệt chân không trong các tòa nhà hiệu quả năng lượng Ngày 14 tháng 12 năm 2018

Kính chân không hoặc đúng hơn, kính cách điện chân không là một công nghệ mới nổi nhằm đáp ứng các yêu cầu hiệu suất nhiệt nghiêm ngặt của cửa sổ không sử dụng năng lượng. Bằng cách tạo ra chân không giữa các tấm kính, hiệu quả nhiệt và cách âm được tối đa hóa vì không có khí nào xâm nhập vào không gian.

Tiến sĩ Saim Memon đã phát triển một loại kính chân không ba lớp thông minh có thể được đặt trên cửa sổ của tòa nhà để giảm giá trị truyền nhiệt (giá trị U) là 0,33 Wm-2K-1 (giảm 88,21% giá trị U nếu so sánh với kính ba lớp chứa không khí). 

Cổ phiếu nhà ở của Anh tiêu thụ nhiều năng lượng sưởi ấm không gian hơn bất kỳ ngành nào khác, với 27 triệu ngôi nhà ở Anh chiếm khoảng 66% tổng mức tiêu thụ khí tự nhiên. 

Mặc dù đã cải tiến một số phương pháp cách nhiệt nhà ở và cải thiện hệ thống sưởi ấm, nhưng vẫn còn nhiều khả năng để hạn chế tổn thất năng lượng sưởi ấm không gian. Các công nghệ tiến bộ - chẳng hạn như kính cách điện ba lớp chân không thông minh được thảo luận ở đây có vai trò rõ ràng trong việc cung cấp hiệu quả năng lượng cũng đáp ứng kỳ vọng của khách hàng.

Kính cách nhiệt chân không ba lớp (TVIG) có khả năng giảm dòng nhiệt giữa mặt ấm và mặt lạnh của cửa sổ, tức là cung cấp khả năng cách nhiệt cao hoặc giá trị U thấp hơn. Nó được cho là thông minh vì nó được xây dựng bằng ba tấm kính dày 4 mm, với một khoang hút chân không nhỏ hơn 0,1 Pa, được tách ra bởi các cột đỡ bằng thép không gỉ có chiều cao 0,13 mm và đường kính 0,3 mm. Các cạnh được niêm phong bằng gioăng hợp kim thủy tinh kín.

Với giá trị U là ≈ 0,33 Wm-2K-1, TVIG có thể được trang bị thêm cho các tòa nhà hiện có. Nếu chúng ta so sánh nó với kính ba lớp chứa khí, có giá trị U là 2,8 Wm-2K-1, thì nó sẽ giảm giá trị U bằng ≈ 88,21%. Nó cũng sẽ cho phép tăng tỷ lệ diện tích cửa sổ đến tường vì giá trị U của nó gần với giá trị cách nhiệt tường khoang để cải thiện ánh sáng ban ngày.

Theo nghiên cứu, khi so sánh với các loại kính thông thường, ngôi nhà được trang bị thêm kính chân không ba lớp cho thấy sự giảm đáng kể tải trọng sưởi ấm không gian và tăng trung bình năng lượng mặt trời. Chi phí năng lượng hàng năm cho hệ thống sưởi ấm không gian của một ngôi nhà tráng kính đơn lẻ đã được giảm thiểu đến 15,31% (≈90,7 USD) với việc trang bị thêm kính chân không ba lớp. Ảnh hưởng của tổng tổn thất nhiệt thông qua vải của một ngôi nhà có tường rắn được phân tích bằng các tính toán trạng thái ổn định, cho thấy sự sụt giảm 10,23% với kính chân không ba lớp so với kính đơn.

Tuy nhiên, Tiến sĩ Saim Memon, Giảng viên Cấp cao về Kỹ thuật Điện tại Đại học South Bank London, cho biết một điều là có công nghệ kính chân không ba lớp và một điều khác là thuyết phục thị trường đại chúng đầu tư vào công nghệ này. Mối quan ngại chính là một số phân tử khí còn lại trong khoang có xu hướng phản ứng khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và/hoặc trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt trong khoảng thời gian dài hơn do sản xuất carbon monoxide bên trong khoang làm suy giảm lớp chân không ảnh hưởng đến giá trị U.

Rõ ràng là kính chân không ba lớp tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và do đó phải được thiết kế để chịu được các khí hậu và nhiệt độ khác nhau để tránh suy giảm chân không. Cần nghiên cứu thêm để nghiên cứu và cải thiện độ bền và chu trình làm việc của kính chân không ba lớp bằng cách sử dụng các bộ hấp thụ không bay hơi, hấp thụ khí thoát ra từ bề mặt kính bên trong trong khoang, cung cấp độ ổn định lâu dài của áp suất chân không của TVIG và vật liệu niêm phong cạnh kín hiệu quả về chi phí.

Tài liệu tham khảo

Memon, S., Farukh, F., Kandan, K. 2018. Ảnh hưởng của việc giảm áp suất chân không khoang trên hiệu suất nhiệt của ứng dụng tráng kính chân không ba lớp. Khoa học 8(9), 1705.

Memon, S và Eames, P.C. 2017. Dự đoán hiệu suất năng lượng mặt trời và năng lượng sưởi ấm không gian cho ngôi nhà tách biệt bán tường được trang bị thêm kính chân không ba mép niêm phong composite. Quy trình năng lượng (122) 565-570.

Memon, S., Farukh, F., Eames, P. C., Silberschmidt, V. V. 2015. Một lớp niêm phong cạnh composite kín nhiệt độ thấp mới để chế tạo kính chân không ba lớp. Chân không (120) 73-82. 

Tiến sĩ Saim Memon là Giảng viên Cấp cao về Kỹ thuật Điện tại Đại học London South Bank, Vương quốc Anh. Ông đã học BEng(honors) về Kỹ thuật Điện, Thạc sĩ Cơ điện tử (Đại học Staffordshire, Vương quốc Anh), Tiến sĩ (Kính cách nhiệt Chân không Thông minh) (Đại học Loughborough, Vương quốc Anh) và PGCert về Trình độ Giảng dạy FE (Đại học Aberdeen, Vương quốc Anh). Anh ấy là Fellow of Higher Education Academy và có chứng chỉ Giáo viên có trình độ của Hội đồng Giảng dạy Tổng quát Scotland (GTCS).