p O Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada (AIST; Presidente:Ryoji Chubachi) e Sumitomo Chemical Co., Ltd. (Sumitomo Chemical; Presidente:Masakazu Tokura) desenvolveu um novo modelo de economia de energia, filme de controle automático de luz. Esta é a conquista de um grupo de pesquisa que consiste em Kazuki Yoshimura (Líder), Grupo de filmes finos de controle de energia, o Instituto de Pesquisa de Materiais para o Desenvolvimento Sustentável (Diretor:Mamoru Nakamura) da AIST, e Laboratório de Pesquisa de Química Básica (Diretor:Yoshiaki Takeuchi) da Sumitomo Chemical. p Este filme de controle de luz é baseado no fato de que há uma mudança no ângulo de incidência da luz solar entre o verão e o inverno. O filme bloqueia a luz do sol no verão usando reflexão total, mas a transmite no inverno. Ao contrário de outros filmes de controle de luz, o filme pode controlar a transmissão da luz solar direta, permitindo sempre que as pessoas de dentro vejam a vista de fora da janela. Sem quaisquer mudanças inerentes, o filme controla automaticamente a transmissão de luz dependendo da estação. A transmissão de luz pode ser controlada simplesmente anexando o filme a uma janela existente. Portanto, se o filme puder ser produzido de forma eficiente, ele vai economizar energia reduzindo substancialmente as cargas de resfriamento e aquecimento.

p Este filme de controle de luz será exibido no estande da Sumitomo Chemical na Automotive Engineering Exposition 2013, a ser realizada de 22 a 24 de maio, 2013, em Pacifico Yokohama, Yokohama, Prefeitura de Kanagawa.

p Antecedentes Sociais da Pesquisa

p AIST tem desenvolvido economia de recursos, materiais de construção que melhoram o meio ambiente que ajudam a reduzir as emissões de CO2 do uso de energia em casa e no trabalho. O resfriamento e o aquecimento são responsáveis ​​por cerca de 30% do uso de energia em casa e no trabalho, e as janelas são componentes de construção que afetam substancialmente o uso de energia para esses fins. O objetivo de uma janela é permitir a entrada de luz. O vidro de uma janela normal transmite calor, bem como a luz visível, e deteriora o isolamento térmico dos edifícios. Portanto, melhorar o isolamento térmico das janelas por si só economiza energia substancialmente. Nos últimos anos, O vidro de painel duplo e o vidro de baixa emissividade (vidro ecológico) com altas propriedades de isolamento tornaram-se amplamente utilizados. O próprio vidro de controle de luz controla a entrada e saída de luz e calor para melhorar a eficiência energética, bloqueando efetivamente a luz solar, além de isolamento térmico.

p O vidro é necessário para atender a dois requisitos conflitantes:no verão, ele precisa bloquear a luz do sol tanto quanto possível para reduzir a carga de resfriamento e, ao mesmo tempo, permitir a entrada de alguma luz da vista de fora da janela. Para atender a esses requisitos, o vidro de controle de luz que economiza energia foi comercializado; tais tipos de vidro incluem vidro de baixa emissividade que transmite luz visível e reflete luz infravermelha próxima, e vidro eletrocrômico que pode alternar entre os estados de bloqueio e transparente.

p Há uma mudança sazonal no ângulo de incidência da luz solar em uma janela. A luz solar chega em um ângulo de incidência maior no verão. Se uma janela pode bloquear apenas a luz com um grande ângulo de incidência, seria possível bloquear a luz solar direta e permitir a entrada de luz da vista de fora da janela. Contudo, vidros e filmes com este tipo de função de controle de luz não foram desenvolvidos até agora.

p História da Pesquisa

p A AIST acreditava que o vidro poderia ser desenvolvido para controlar a transmissão de luz de acordo com o ângulo de incidência da luz solar, utilizando a reflexão total na interface entre dois meios transparentes. Ela desenvolveu um programa de rastreamento de raios especificamente para analisar a reflexão e a transmissão da luz solar para otimizar a estrutura de um filme de controle de luz. Ela descobriu que a estrutura do filme pode bloquear a luz direta do sol tanto quanto possível no verão, enquanto permite a entrada de tanta luz do lado de fora quanto possível.

p O método de fabricação de um filme de controle de luz com essa estrutura foi a chave para a comercialização do filme. Sumitomo Chemical, que tem fortes capacidades em tecnologia para a fabricação de filmes transparentes, desenvolveu o processo de fabricação, e os pesquisadores desenvolveram um protótipo de filme de controle de luz de reflexão total.

p Detalhes da Pesquisa

p A Figura 1 mostra a estrutura básica do filme desenvolvido para controle de luz de reflexão total. O filme usa um meio transparente com as superfícies frontal e traseira não paralelas entre si. Por exemplo, quando um material acrílico (índice de refração n =1,49) é usado como o meio transparente, com a superfície posterior inclinada em 7 °, e a luz vem do ar para a superfície do meio em um ângulo incidente maior que 60 °, a luz refratada no meio incide na superfície posterior em um ângulo maior do que o ângulo crítico e a reflexão total ocorre. Contudo, se um filme transparente com superfícies não paralelas é usado como um painel de janela, a luz da vista de fora da janela é refratada e a vista parece suspensa no ar. Para evitar isso, outro filme com a mesma seção transversal é colocado de cabeça para baixo no primeiro filme. Como resultado, as refrações da luz que passam pelos filmes se cancelam e a vista parece a mesma de um único painel de vidro transparente. Uma camada muito fina de ar é formada automaticamente pela estratificação dos dois filmes.

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p Contudo, um filme com a estrutura da Fig. 2 não pode ser usado no vidro da janela sem modificação. Se o filme tivesse 1 metro quadrado, sua espessura seria de cerca de 10 cm. Contudo, se a seção transversal for semelhante à da Fig. 1, a dependência do ângulo de incidência da transmissão de luz permanece inalterada. Portanto, como mostrado na Fig. 4, um filme de controle de luz de várias etapas com características de reflexão total semelhantes pode ser feito encurtando o comprimento vertical da etapa e fornecendo mais etapas. Se o comprimento L de um degrau for 10 cm, a largura W pode ser de 1 cm. Se L é 1 cm, W pode ser de 1 mm. Um filme de controle de luz com tais dimensões pode ser fixado ao vidro da janela para obter características de reflexão total semelhantes a um filme de etapa única. Se o ângulo da parte inferior de um degrau em relação à vertical for inferior a 42 °, a luz na direção horizontal passa e a vista é a mesma de um vidro transparente.

p Uma investigação das características de transmissão de luz de um filme de controle de luz de reflexão total de múltiplas etapas mostra que a luz incidente sai no mesmo ângulo quando o ângulo de incidência é menor que 60 °, como no filme de uma única etapa. Quando o ângulo de incidência é de 60 ° ou maior, a reflexão total ocorre. Contudo, ao contrário do filme de uma única etapa, a luz não é bloqueada completamente; em vez de, cerca de 75% está bloqueado. A Figura 5 mostra um modelo de acrílico transparente do filme de controle de luz com tal estrutura. Quando o ângulo de incidência da luz solar é de 60 ° ou maior, sombras são criadas.

p Todas essas características de transmissão da luz solar são aquelas da luz solar direta. Em aplicativos da vida real, a luz solar indireta e direta deve ser considerada. O grupo de pesquisa fez um teste de campo para determinar o desempenho do bloqueio de luz do filme de reflexão total em um ambiente real.

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p A Figura 6 mostra a dependência do tempo da quantidade de luz solar transmitida através de filmes acrílicos de controle de luz de reflexão total de uma e quatro etapas (12 x 12 cm) fixados em uma janela voltada para o sul. As medições foram feitas em setembro e, portanto, mostram o desempenho dos filmes no verão. O filme de controle de luz de reflexão total de etapa única bloqueou quase toda a luz solar direta e transmitiu apenas a luz solar indireta. A transmitância da luz solar foi determinada integrando a intensidade da luz solar direta e indireta transmitida e dividindo a quantidade total de luz solar transmitida em um dia pela quantidade total de luz solar direta vertical incidente em uma superfície voltada para o sul. A transmitância da luz solar é de 23% para o filme de controle de luz de reflexão total de etapa única e de 38% para o filme de controle de luz de reflexão total de quatro etapas. A transmitância da luz solar do filme de controle de luz de reflexão total de quatro etapas é de 80% no inverno, indicando que o filme de quatro etapas pode bloquear automaticamente cerca de 40% da energia solar de passar por ele.

p As medições das características de controle de luz foram feitas em um protótipo de filme de controle de luz de reflexão total. O filme exibiu a capacidade de controlar automaticamente a transmissão de luz antes e depois do equinócio vernal. Embora essa habilidade ainda não tenha atingido o nível teoricamente previsto, foi demonstrado pela primeira vez que um filme de controle de luz com tal estrutura pode ser realizado.

p Planos futuros

p Para comercializar o filme de controle de luz de reflexão total, a estrutura mostrada na Fig. 4 precisa ser fabricada com precisão em um passo razoavelmente curto (isto é, comprimento do passo) e de uma maneira eficiente. O grupo de pesquisa está desenvolvendo um processo eficiente de fabricação de filme baseado na formação contínua de resina termoplástica fundida usando um molde de precisão.

p Com o objetivo de comercialização dentro de alguns anos, o processo de fabricação será aprimorado pela Sumitomo Chemical para melhorar seu desempenho de bloqueio de luz e um método melhor para aplicar o filme em vidros de janela será desenvolvido.