قد تكون الطلاءات الكهروكرومية حاسمة في تحقيق كفاءة أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

حل استهلاك الطاقة في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

HVAC, or Heating, Ventilation, and Air Conditioning is responsible for major global energy use, cooling buildings in summer and warming them in winter. According to the EIA, HVAC represents approximately 40% of total energy consumption in commercial buildings and 35% in residential buildings.

بُذلت جهود كبيرة لتحسين طريقة تبريد وتدفئة المباني. إحدى الطرق الرئيسية هي تبني مضخات الحرارة، التي تنقل الحرارة داخل أو خارج المباني بكفاءة أعلى بكثير من الأنظمة التقليدية. فهي أكثر كفاءة بمقدار 2-4 مرات مقارنةً بسخانات الأفران ويمكنها العمل للتبريد أيضًا.

يمكنك قراءة المزيد عن موضوع مضخات الحرارة في “لماذا تُعَدّ مضخات الحرارة خيارًا رئيسيًا للتحكم في مناخ المنزل؟”.

قد تتحسن مضخات الحرارة مع مرور الوقت. حاليًا، تعتمد معظمها على نظام يستخدم الضغط لنقل الحرارة. قريبًا، قد تُحسّن المواد الكهروحرارية كفاءة مضخات الحرارة أكثر.

مع ذلك، طريقة أخرى لتقليل فاتورة الطاقة للتبريد والتدفئة هي تحسين الخسائر الحرارية في المقام الأول. سيؤدي المنزل أو المكتب غير المعزول بشكل جيد إلى تشغيل نظام HVAC لتدفئة وتبريد الخارج دون جدوى.

العزل الأفضل هو خطوة أولى وعادةً ما يكون جزءًا من تصميم البناء الأولي أو يتطلب تجديدًا/إعادة بناء مكلفة. ومع ذلك، لا يمكن للعزل وحده أن يحقق كل شيء؛ قد تساعد المواد الجديدة.

على سبيل المثال، قد تتبدل بلاط الأسطح القابلة للتكيف بين حالة التدفئة وحالة التبريد، اعتمادًا على درجة حرارة البلاط.

العزل القابل للتكيف

إحدى قيود استخدام العزل أو المواد التفاعلية الآلية مثل بلاط الأسطح القابلة للتكيف هي أنها قد تكون أحيانًا عكسية. من المثالي أن نمتلك موادًا يمكن تشغيلها أو إيقافها حسب الرغبة، لتعديل كمية الطاقة التي تدخل أو تخرج من المبنى.

هذا ينطبق بشكل خاص على الزجاج المستخدم في النوافذ. في الشتاء، نرغب في دخول أكبر قدر ممكن من الضوء والطاقة إلى المبنى. ولكن في الصيف، نريد الحد من الطاقة التي تسخّن المبنى وتُجبر نظام التكييف على العمل بجهد مضاعف.

من هذه الفكرة نشأت فكرة الأفلام الكهروكرومية، وهي طبقة رقيقة من المادة قادرة على تشغيل الظل في النوافذ حسب الرغبة. عند تعريضها لتيار كهربائي صغير جدًا، يمكن لهذه الأفلام أن تتحول من شفافة إلى ملونة وتمتص الحرارة من الإشعاعات تحت الحمراء.

التقنية تعتمد على الأطر المعدنية العضوية (MOFs)، مواد ذات مسامية عالية جدًا (أكثر من 90٪).

المشكلة هي أنه حتى الآن، عانت الأفلام التقليدية من MOF من بطء أوقات الاستجابة وضعف الاستقرار. جعل ذلك منها واعدة نظريًا لكنها غير عملية في الواقع.

قد يكون هذا قد تغير بفضل تصميم MOF جديد اخترعه باحثون في معهد هاربين للتكنولوجيا، جامعة تشو تشو، جامعة تشنغدو للعلوم والتكنولوجيا الإلكترونية، وجامعة يانغتشو في الصين.

الستائر المدعومة

يعمل الفيلم الكهروكرومي الذي طوره الباحثون عن طريق دمج نوع جديد من MOF. أو بدقة أكبر، “تعديل SnO2 المدمّج بالفلور باستخدام حمض 4-ميركابتوبنزوئيك وتصنيع أفلام Ni-IRMOF-74@MBA باستخدام حمض 3,3′-ديهيدروكسي-4,4′-بيفينيليكاربوكسيليك”.

بسبب قدرة المواد البلورية على تكوين أفلام رقيقة ذات أحجام مسام يمكن تخصيصها عن طريق تغيير طول الرابط العضوي الذي يرتبط بأيون المعدن. تتيح هذه الخصائص تحسين تدفق التيار، وتحكمًا أكثر دقة في الألوان، ومتانة أعلى.

النتيجة هي فيلم يمكنه تغيير لونه إلى الأخضر عند تعريضه لجهد 0.8 فولت وإلى الأحمر الداكن/البني عند 1.6 فولت.

المصدر: ACS

يُعتبر هذا الفيلم مميزًا عن غيره من أفلام MOF السابقة بفضل استقراره (احتفاظ بنسبة 95.7٪ بعد 4500 دورة) واستجابته السريعة التي تقل عن ثانيتين.

ليس من الواضح بعد مدى انتشار اعتماد هذا النظام. ولكن بشكل عام، وبسبب الحاجة إلى خفض الانبعاثات الكربونية وتقليل استهلاك الطاقة، يمثل هذا سهمًا إضافيًا في مسار جعل المدن أكثر خضرة.

شركات الأفلام الرقيقة

1. China Singyes New Materials Holdings Limited (8073.HK)

دخلت الشركة الصينية مجال مواد الأفلام الرقيقة البصرية في عام 2010. تنتج أنظمة عرض تجارية متعددة الوسائط وتُنشئ أنظمة عرض ذكية قابلة للتعتيم، وزجاجًا فوتوكهربيًا شفافًا متعدد الوسائط، وغيرها.

يشمل ذلك جدران زجاجية يمكن تحويلها إلى غير شفافة بالإضافة إلى فيلم ذكي مقاوم للحرارة. لذا، قد تكون مرشحًا جيدًا لتطبيق الزجاج الكهروكرومي أيضًا.

المصدر: China Singyes

نشرت الشركة تقاريرها المالية باللغة الإنجليزية، وهو أمر ليس دائمًا مضمونًا للشركات الصينية الصناعية الصغيرة أو المتخصصة.

قامت الشركة بالتوسع في عام 2023 إلى إنتاج أفلام المركبات، وهو قطاع مزدهر نتيجة نمو صناعة السيارات الصينية وصادرات السيارات الصينية (معظمها من السيارات الكهربائية).

بشكل عام، الشركة مبتكرة ومن المرجح أن تستفيد من الأداء الاقتصادي الصيني العام والطلب المتزايد على مواد أكثر تقدمًا لعرض الإعلانات وتوفير الخصوصية في المساحات الداخلية مثل الفنادق والمكاتب.

2. Kewei Films

شركة خاصة مدرجة، كيوي هي “أكبر مصنع لأفلام ITO PET، الأفلام الذكية، وأفلام النوافذ”، وتتمتع بقدرة إنتاج سنوية تبلغ 60 مليون متر.

هذا يجعلها أكبر منتج لتظليل النوافذ في الصين، وفيلم حماية الطلاء، وفيلم الفينيل لتغليف السيارات، ومنتج الأفلام الذكية.

تُستخدم أفلام النوافذ الخاصة بها بالفعل لتقليل تكاليف التبريد. كما أنها تنتج زجاجًا ذكيًا، يمكن تشغيل عتمته حسب الرغبة.

المصدر: Kewei

نظرًا لحجم كيوي، ينبغي على المستثمرين في قطاع الأفلام الذكية مراقبة الشركة حتى وإن لم تكن مدرجة في البورصة. وهذا صحيح بشكل خاص إذا تم إنشاء أشكال جديدة من الطلاءات الكهروكرومية يمكنها توسيع السوق ومنح ميزة للاعبين الكبار المستقرين الذين يستغلون حجمهم لتقليل تكاليف الإنتاج.