پنجره های مقرون به صرفه با تکنولوژی بالا برای راحتی و صرفه جویی در انرژی | اخبار MIT

تصور کنید که پنجره های خانه شما گرما را منتقل نمی کنند. آنها گرما را در زمستان در داخل خانه و در روزهای گرم تابستان در فضای باز نگه می دارند. قبض های گرمایش و سرمایش شما کاهش می یابد. مصرف انرژی و انتشار کربن شما کاهش می یابد. و شما همچنان در تمام طول سال راحت خواهید بود.

AeroShieldاستارت آپی که از MIT خارج شده است، آماده است تا تولید چنین پنجره هایی را آغاز کند. عملیات ساختمانی 36 درصد از انتشار دی اکسید کربن جهانی را تشکیل می دهد و پنجره های امروزی سهم عمده ای در ناکارآمدی انرژی در ساختمان ها دارند. برای بهبود کارایی ساختمان، AeroShield فناوری پنجره ای را توسعه داده است که وعده کاهش اتلاف گرما را تا 65 درصد کاهش می دهد، مصرف انرژی و انتشار کربن در ساختمان ها را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد، و این شرکت به تازگی افتتاح یک تاسیسات جدید را برای تولید انرژی موفق خود اعلام کرده است. ویندوز کارآمد

Elise Strobach SM ’17، PhD ’20، یکی از بنیانگذاران و مدیر عامل AeroShield می گوید: “مأموریت ما کربن زدایی محیط ساخته شده است.” “در دسترس بودن پنجره های مقرون به صرفه و عایق حرارتی به ما کمک می کند تا به این هدف دست یابیم و در عین حال هزینه های گرمایش و سرمایش صاحب خانه را نیز کاهش می دهد.” به گفته وزارت انرژی ایالات متحده، برای اکثر صاحبان خانه، 30 درصد از این صورت حساب ناشی از ناکارآمدی پنجره ها است.

توسعه فناوری در MIT

تحقیقات بر روی فناوری پنجره AeroShield یک دهه پیش در آزمایشگاه MIT Evelyn Wang، پروفسور مهندسی فورد، که اکنون به عنوان مدیر پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته آژانس انرژی (ARPA-E) مرخصی دارد، آغاز شد. در اواخر سال 2014، تیم MIT از ARPA-E کمک مالی دریافت کرد و سایر حامیان مالی، از جمله MIT Energy Initiative از طریق مرکز فناوری و طراحی MIT Tata در سال 2016 به دنبال آن بودند.

این کار بر روی آئروژل‌ها متمرکز بود، مواد قابل توجهی که بسیار متخلخل، سبک‌تر از گل ختمی، به اندازه کافی قوی برای حمایت از آجر و مانعی بی‌نظیر در برابر جریان گرما هستند. آئروژل ها در دهه 1930 اختراع شدند و توسط ناسا و دیگران به عنوان عایق حرارتی مورد استفاده قرار گرفتند. تیم MIT پتانسیل استفاده از صفحات آئروژل را در پنجره ها برای جلوگیری از خروج گرما یا ورود به ساختمان ها مشاهده کردند. اما یک مشکل وجود داشت: هیچ کس نتوانسته بود آئروژل ها را شفاف کند.

یک آئروژل از ذرات سیلیکا در مقیاس نانو شفاف و آزاد ساخته شده است و 95 درصد آن هوا است. اما یک صفحه ایروژل شفاف نیست زیرا نوری که از آن عبور می کند توسط ذرات سیلیس پراکنده می شود.

پس از پنج سال کار تئوری و تجربی، تیم MIT تشخیص داد که کلید شفافیت داشتن ذرات سیلیکا در اندازه کوچک و یکنواخت است. این اجازه می دهد تا نور مستقیماً از آن عبور کند، بنابراین ایروژل شفاف می شود. در واقع، تا زمانی که اندازه ذرات کوچک و یکنواخت باشد، افزایش ضخامت یک ورق هواژل برای دستیابی به عایق حرارتی بیشتر باعث شفافیت آن نمی شود.

تیم‌های آزمایشگاه MIT به برنامه‌های مختلف برای آئروژل‌های شفاف و فوق‌عایق خود نگاه کردند. برخی بر بهبود کلکتورهای حرارتی خورشیدی از طریق کارآمدتر کردن و ارزان‌تر کردن سیستم‌ها تمرکز کردند. اما برای استروباخ، افزایش بازده حرارتی پنجره‌ها به‌عنوان وسیله‌ای برای کاهش تغییرات آب و هوایی امیدوارکننده و بالقوه قابل توجه به نظر می‌رسد.

محققان تشخیص دادند که ورق های ایروژل را می توان در شکاف در پنجره های دو جداره وارد کرد که باعث می شود آنها بیش از دو برابر عایق تر باشند. سپس می‌توان پنجره‌ها را در خطوط تولید موجود با تغییرات جزئی تولید کرد و پنجره‌های به‌دست‌آمده به اندازه گزینه‌های پنجره موجود امروزی مقرون‌به‌صرفه و سبکی وسیع خواهند بود. بهتر از همه، پس از خرید و نصب، پنجره ها قبض برق، مصرف انرژی و انتشار کربن را کاهش می دهند.

تأثیر مصرف انرژی در ساختمان ها می تواند قابل توجه باشد. استروباخ می‌گوید: «اگر فقط زمستان را در نظر بگیریم، پنجره‌ها در ایالات متحده انرژی کافی برای تامین برق بیش از 50 میلیون خانه را از دست می‌دهند. این انرژی هدر رفته حدود 350 میلیون تن دی اکسید کربن تولید می کند که بیش از 76 میلیون خودرو است. پنجره های فوق عایق می توانند به صاحبان خانه ها و ساختمان ها کمک کنند تا انتشار دی اکسید کربن را به میزان گیگاتن کاهش دهند و در عین حال میلیاردها دلار در هزینه های گرمایش و سرمایش صرفه جویی کنند.

داستان AeroShield

در سال 2019، استروباخ و همکارانش در MIT – Aaron Baskerville-Bridges MBA ’20، SM ’20 و Kyle Wilke PhD ’19 – AeroShield را برای توسعه بیشتر و تجاری سازی فناوری مبتنی بر آئروژل خود برای ویندوز و سایر برنامه ها تأسیس کردند. و در پنج سال بعد، سخت کوشی آنها توجه را به خود جلب کرده است و اخیراً به دو دستاورد بزرگ منجر شده است.

در بهار 2024، این شرکت افتتاح مرکز تولید آزمایشی جدید خود را در Waltham، ماساچوست اعلام کرد، جایی که تیم اولین پنجره‌ها و درب‌های حیاط بزرگ خود را برای عرضه اولیه محصول تولید، آزمایش و تأیید می‌کند. تأسیسات 12000 فوت مربعی با آزمایشگاه های پیشرفته تحقیق و توسعه آئروژل، تجهیزات تولیدی، خطوط مونتاژ و تجهیزات آزمایشی، به طور قابل توجهی قابلیت های شرکت را گسترش می دهد. استروباخ می‌گوید: «تاسیسات آزمایشی ما همزمان با عرضه اولین محصولات خود، تولیدکنندگان درب و پنجره را تأمین می‌کند و همچنین به عنوان مقر تحقیق و توسعه ما عمل می‌کند، زیرا نسل بعدی محصولات کم‌مصرف انرژی را با استفاده از آئروژل‌های شفاف توسعه می‌دهیم».

همچنین در بهار 2024، AeroShield یک جایزه 14.5 میلیون دلاری را از برنامه ARPA-E “Seeding Critical Advances for Leading Energy Technology with Untapped Potential” (SCALEUP) دریافت کرد، که بودجه جدیدی را برای برندگان قبلی ARPA-E فراهم می کند که “مسیری مناسب را به نمایش گذاشته اند.” بازار.” این بودجه شرکت را قادر می سازد ظرفیت تولید خود را به ده ها هزار یا حتی صدها هزار واحد در سال افزایش دهد.

استروباخ همچنین به دو مزیت کمتر آشکار جایزه SCALEUP اشاره می کند.

اولاً، تأمین مالی شرکت را قادر می‌سازد تا با سرعت بیشتری در مرحله توسعه فناوری خود حرکت کند. الیز می‌گوید: «ما از مطالعات بنیادی و آزمایش‌های آزمایشگاهی خود می‌دانیم که می‌توانیم صفحات ایروژل با مساحت بزرگ بسازیم که می‌توانند در ورودی یا پاسیو قرار بگیرند. “جایزه SCALEUP به ما این امکان را می دهد که مستقیماً به سمت این چشم انداز برویم. ما مجبور نیستیم تمام اندازه های افزایشی آئروژل ها را انجام دهیم تا ثابت کنیم که می توانیم یک آئروژل بزرگ بسازیم. این جایزه سرمایه ای را برای ما فراهم می کند تا تجهیزات بزرگی را برای ساختن بخریم. آئروژل بزرگ.”

دوم، جایزه SCALEUP قابلیت دوام شرکت را برای سایر سرمایه گذاران و همکاران بالقوه تایید می کند. در واقع، AeroShield اخیراً 5 میلیون دلار بودجه اضافی از سوی سرمایه گذاران موجود مرکز انرژی پاک ماساچوست و MassVentures و همچنین سرمایه گذار جدید MassMutual Ventures اعلام کرد. استروباخ خاطرنشان می کند که این شرکت اکنون دارای شرکای سرمایه گذار، مهندسی و مشتری است.

او بر اهمیت شرکا در دستیابی به ماموریت AeroShield تاکید می کند. او می‌گوید: «ما می‌دانیم که آنچه از دیدگاه بنیادی به دست آورده‌ایم می‌تواند صنعت را تغییر دهد. «حالا می‌خواهیم بیرون برویم و این کار را انجام دهیم. با شرکای مناسب و با سرعت مناسب، ممکن است واقعا بتوانیم بازده انرژی ساختمان‌هایمان را زودتر افزایش دهیم تا به تغییرات اقلیمی کمک کنیم.»