Nhiều tòa nhà có hệ thống kính bên ngoài cung cấp ánh sáng tự nhiên cho không gian bên trong. Hệ thống kính có hạn chế là khả năng cách nhiệt thấp so với tường, làm tăng mức tiêu thụ năng lượng cho hệ thống điều hòa nhiệt độ bên trong, đặc biệt là ở những nơi có khí hậu nóng. Các vị trí như cửa sổ, cửa ra vào và giếng trời là chỗ dễ bị tiếp xúc nhất trong tòa nhà và năng lượng nhiệt ra vào tại đây cao nên góp phần đáng kể vào tình trạng mất năng lượng. Nhược điểm của các kính thông thường là tăng/mất nhiệt cao, chói sáng, hiệu suất nhiệt kém và khả năng chống va đập thấp. Thêm vào đó là tác động nhiều đến mức tiêu thụ năng lượng và khí thải nhà kính, việc thay thế hệ thống kính là cần thiết để phát triển tính bền vững, giảm thiểu biến đổi khí hậu.

Tấm Polycarbonate (PC) rỗng với cấu trúc nhiều lớp là sự thay thế tuyệt vời cho hệ thống kính với ưu điểm truyền sáng tốt, trọng lượng nhẹ, chống va đập vượt trội (gấp 250 lần so với kính thông thường), khả năng chịu nhiệt, chống cháy và chống tia UV. Hơn nữa, tấm PC rẻ hơn kính thông thường và khi được xây dựng đúng cách, sẽ tăng hiệu suất nhiệt, giảm đáng kể chi phí năng lượng, đặc biệt là trong các tòa nhà thương mại và công nghiệp.

Hệ thống cửa sổ

Theo nghiên cứu “Ứng dụng Polycarbonate thay thế kính ở vùng khí hậu nóng” của Mohammed Alhaji Mohammed, Mazin M. Menkabo & Ismail M. Budaiwi, 2023, và các cộng sự đã cho thấy PC giúp tiết kiệm năng lượng gấp nhiều lần so với kính. Hình 1 thể hiện mức độ tiêu thụ năng lượng của hệ thống cửa sổ được làm bằng các vật liệu khác nhau: kính thông thường dày 3mm, tấm PC rỗng 5 lớp cấu trúc X dày 16mm, tấm PC rỗng 5 lớp cấu trúc hình chữ nhật dày 10mm, tấm PC rỗng 9 lớp cấu trúc X dày 16mm. Kết quả cho thấy kính thông thường dày 3mm có mức tiêu thụ năng lượng cao hơn so với 3 tấm PC rỗng. Tấm PC rỗng 9 lớp cấu trúc X dày 16mm tiêu thụ ít năng lượng nhất. Tuy nhiên, hiệu suất tiêu thụ năng lượng làm mát có sự đảo ngược vào các tháng mùa đông là tháng 1, tháng 2, tháng 3 và tháng 12 vì nhu cầu làm mát không đáng kể trong những khoảng thời gian này.

Hình 1. Năng lượng điện làm mát của trong hệ thống cửa sổ (kWh)

Hình 2 thể hiện năng lượng tiêu thụ của hệ thống làm mát trong hệ thống cửa sổ được làm bằng tấm được ghép thành 2 lớp và 3 lớp. Kết quả cũng cho thấy mức năng lượng tiêu thụ của hệ thống kính thông thường dày 3mm là cao nhất. Hệ thống tấm PC rỗng 9 lớp cấu trúc X dày 16mm giúp tiết kiệm năng lượng nhất.

Hình 2a

Hình 2b

Hình  2. Năng lượng điện làm mát trong hệ thống cửa sổ (kWh).

a) Hệ thống 2 lớp; b) Hệ thống 3 lớp

Hệ thống giếng trời

Cũng tương tự như cửa sổ, hệ thống giếng trời được làm bằng kính thông thường tiêu thụ năng lượng nhiều nhất và tấm PC rỗng 9 lớp cấu trúc X dày 16mm tiêu thụ năng lượng ít nhất trong các vật liệu so sánh. Mức tiêu thụ năng lượng cao nhất được quan sát thấy vào tháng 7 và tháng 8, và mức tiêu thụ năng lượng thấp nhất được quan sát thấy vào tháng 1 và tháng 12 (Hình 3)

Hình 3. Năng lượng điện làm mát của hệ thống giếng trời (kWh).

a)Hệ thống 1 lớp; b) Hệ thống 2 lớp; c) Hệ thống 3 lớp

Qua nghiên cứu, dễ dàng thấy được ưu điểm của các tấm PC rỗng trong việc thay thế hệ thống kính thông thường để đáp ứng nhu cầu lấy sáng và tiết kiệm năng lượng điện tiêu thụ cho hệ thống làm mát. Tấm polycarbonate được biết đến với khả năng chống va đập cao, an toàn và thiết kế nhẹ, đây là những điểm mạnh chính của polycarbonate. Dựa trên nghiên cứu này, tấm polycarbonate có thể khác biệt đáng kể về hiệu suất nhiệt so với kính, vì chúng hoạt động tốt hơn kính trong hầu hết các trường hợp. Tấm PC rỗng 9 lớp cấu trúc X dày 16mm là một trong những loại tấm PC có thể thay thế hoàn hảo giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ và cung cấp ánh sáng tự nhiên cho các tòa nhà.