Materialul de construcții sensibil la temperatură își schimbă culoarea pentru a economisi energia

Cercetătorii de la Școala Pritzker de Inginerie Moleculară (PME) din cadrul Universității din Chicago, SUA, au proiectat materialul de construcții sensibil la temperatură care își schimbă culoarea vizibilă în infraroșu și, prin aceasta, capacitatea de emisie sau de absorbție a căldurii.

În zilele caniculare, materialul poate emite până la 92% din căldura în infraroșu pe care o conține, ajutând la răcirea interiorului unei clădiri. De cealaltă parte, în zilele mai reci, materialul emite doar 7% din căldura infraroșie, ajutând la menținerea căldurii în clădire.

„În esență, am găsit o modalitate cu consum redus de energie de a trata o clădire ca pe o persoană; adăugăm un strat când este rece și scoatem un strat când este fierbinte”, a spus prof. Po-Chun Hsu, care a condus cercetarea, publicată în Nature Sustainability.

„Acest tip de material inteligent ne permite să menținem temperatura într-o clădire fără a consuma cantități uriașe de energie”, a adăugat el.

De unde a venit ideea pentru materialul de construcții sensibil la temperatură?

Potrivit unor estimări, clădirile reprezintă 30% din consumul global de energie și emit 10% din toate gazele cu efect de seră de la nivel mondial. Aproximativ jumătate din această amprentă energetică este atribuită încălzirii și răcirii spațiilor interioare, notează Tech Xplore.

„Pentru mult timp, cei mai mulți dintre noi am văzut controlul temperaturii interioare ca pe un dat, fără să ne gândim la câtă energie necesită”, a spus Hsu.

„Dacă dorim un viitor cu emisii de carbon negative, cred că trebuie să luăm în considerare diverse modalități de a controla temperatura clădirii într-un mod mai eficient din punct de vedere energetic”, continuă el.

Cercetătorii au dezvoltat anterior materiale de răcire prin radiație care ajută la menținerea răcorii clădirilor prin creșterea capacității acestora de a emite căldura infraroșie, căldura invizibilă care radiază de la oameni și obiecte. Există și materiale care împiedică emisia de infraroșu în climatele reci.

„Un mod simplu de a te gândi la asta este că dacă ai o clădire complet neagră îndreptată spre soare, aceasta se va încălzi mai ușor decât alte clădiri”, a spus Chenxi Sui, prim autor al lucrării.

Acest tip de încălzire pasivă ar putea fi un lucru bun iarna, dar nu și vara.

Din ce este realizat materialul de construcții sensibil la temperatură?

Deoarece încălzirea globală provoacă evenimente meteorologice extreme din ce în ce mai frecvente și vreme variabilă, este nevoie ca clădirile să se poată adapta; puține climate necesită încălzire pe tot parcursul anului sau aer condiționat pe tot parcursul anului.

Hsu și colegii săi au proiectat materialul de construcții sensibil la temperatură „electrocromic” neinflamabil care conține un strat care poate lua două conformații: cupru solid, care reține cea mai mare parte a căldurii în infraroșu, sau o soluție apoasă, care emite căldură infraroșie.

La orice temperatură de declanșare aleasă, dispozitivul poate folosi o cantitate mică de electricitate pentru a induce schimbarea chimică între stări fie prin depunerea cuprului într-o peliculă subțire, fie prin îndepărtarea cuprului.

În noua lucrare, cercetătorii au detaliat modul în care dispozitivul poate comuta rapid și reversibil între starea metalică și cea lichidă. Ei au arătat că abilitatea de a comuta între cele două conformații a rămas eficientă chiar și după 1.800 de cicluri.

Ce economii ar putea aduce noul material?

Apoi, echipa a creat modele pentru modul în care materialul lor ar putea reduce costurile energetice în clădirile tipice din 15 orașe diferite din SUA. Într-o clădire comercială medie, au raportat ei, electricitatea utilizată pentru a induce modificări electrocromice ale materialului ar fi mai mică de 0,2% din consumul total de energie electrică a clădirii, dar ar putea economisi 8,4% din consumul anual de energie pentru încălzire/răcire al clădirii.

„Odată ce s-a realizat comutarea de stare, nu mai trebuie aplicată energie pentru a rămâne în acea stare. Deci pentru clădirile în care nu trebuie să comutați între aceste stări foarte frecvent, se utilizează într-adevăr o cantitate foarte neglijabilă de electricitate”, a spus Hsu.

Cercetătorii caută modalități de a produce materialul la scară largă

Până acum, grupul lui Hsu a creat doar bucăți mici din materialul de construcții sensibil la temperatură, care măsoară aproximativ șase centimetri. Cu toate acestea, ei își imaginează că multe astfel de petice de material ar putea fi asamblate precum șindrila în foi mai mari.

Ei spun că materialul ar putea fi, de asemenea, ajustat pentru a utiliza culori diferite, personalizate: faza apoasă este transparentă și aproape orice culoare poate fi pusă în spate fără a afecta capacitatea sa de a absorbi infraroșul.

Cercetătorii investighează acum diferite moduri de fabricare a materialului. Ei intenționează, de asemenea, să cerceteze modul în care ar putea fi utile stările intermediare ale materialului.

„Am demonstrat că controlul radiativ poate avea un rol în controlul unei game largi de temperaturi ale clădirii în diferite anotimpuri. Continuăm să lucrăm cu inginerii și sectorul construcțiilor pentru a analiza modul în care acest lucru poate contribui la un viitor mai durabil”, a spus Hsu.

Vă recomandăm să citiți și:

NASA intenționează să folosească o conductă de oxigen la Polul Sud al Lunii

Cum ne-ar putea ajuta insectele să prevenim accidentele rutiere?

Un dispozitiv cu ecran tactil s-a dovedit util în studiul primatelor sălbatice

Un laser lansat pe coridorul unei universități a doborât un record uimitor