5 Minutės
Pasyvaus aušinimo proveržis
Oro kondicionavimas yra efektyvus, bet energetiškai brangus. Inžinieriai ir medžiagų mokslininkai iš Pietryčių universiteto Kinijoje pristatė naują cemento formulę, galinčią žymiai sumažinti priklausomybę nuo kondicionierių, pasyviai vėsinant pastatų paviršius. Žurnale Science Advances paskelbtas šis „supercool“ cementas derina šviesos atspindį ir šilumos spinduliavimą, taip atmesdamas saulės šilumą dar prieš jai patekstant į vidų ir sukeliant patalpų įšilimą.
Kaip veikia supercool cementas
Tradicinis betonas ir cementas sugeria didelę dalį saulės infraraudonųjų spindulių ir kaupia tą energiją kaip šilumą, todėl pakyla vidaus temperatūra ir didėja aušinimo poreikis. Wei She vadovaujama tyrėjų komanda pakeitė cemento cheminę sudėtį ir mikrostruktūrą, kad tai iš esmės pasikeistų. Rezultatas – medžiaga, sukurta taip, kad atspindėtų įeinančią saulės šviesą ir tuo pačiu spinduliuotų terminę energiją į dangų, veikdama ir kaip veidrodis, ir kaip radiatoriaus paviršius.
Ettringito kristalai ir paviršiaus inžinerija
Pagrindinė naujovė – paviršiaus sluoksnis, užsėtas mikroskopinių, atspindinčių ettringito kristalų. Tyrėjai granulavo rutuliukus iš įprastų mineralų, tokių kaip kalkakmenis ir gipso rūšys, sumalaudami juos į smulkius miltelius, sumaišė su vandeniu ir liejo skystį į silikono formą, pradurta siekiant sukurti mikroskopines paviršiaus ertmes. Tos ertmės skatino ettringito kristalų augimą, didindamos saulės atspindį ir stiprindamos vidutinio bangos ilgio infraraudonųjų spindulių emisiją – dvi savybes, būtinas efektyviam radiaciniam aušinimui.
Bandymai ir našumas
Laukui pritaikyti bandymai buvo atlikti ant stogo Purdue universitete. Esant stipriausiai dienos saulei, cemento paviršius buvo maždaug 5,4 °C vėsesnis nei aplinkinis oras – tai reikšmingas skirtumas pasyvioms aušinimo medžiagoms. Be temperatūros matavimų, medžiaga išlaikė mechaninius, aplinkos ir optinius ilgaamžiškumo bandymus, siekiant įvertinti jos atsparumą realioms sąlygoms.
Tiesioginis kietėjimo laiko bandymas parodė supercool cemento greitą stingimą, kurio negalima tiksliai įvertinti tradiciniu Vicat adatos bandymu. Vos per 6 minutes po hidratacijos supercool cementas įgavo pakankamą standumą, kad atlaikytų 200 g geležinio rutulio kritimo smūgį, palikdamas tik nedidelį įdubimą.
.avif)
Produkto savybės
- Aukštas saulės atspindys ir stipri vidutinio IR emisija radiaciniam aušinimui.
- Microsukuota paviršiaus struktūra su ettringito kristalais, gerinančiais optinį našumą.
- Greitas stingimas, demonstruojamas atsparumu smūgiams vos po kelių minučių nuo hidratacijos.
- Sukurtas mechaniniam, aplinkos ir optiniam ilgaamžiškumui esant lauko sąlygoms.
- Gaminamas iš gausių mineralų – suderinamas su esamais cemento gamybos įvedamaisiais žaliavų srautais.
Palyginimas su įprastomis medžiagomis
Lyginant su įprastu pilku betonu ir daugeliu baltų atspindžių dangų, supercool cementas siūlo derintą strategiją: jis atstumia saulės spindulius ir tuo pačiu aktyviai išspinduliuoja šilumą. Skirtingai nuo dažytų „cool roof“ dangų, kurios daugiausia remiasi atspindžiu, šis cementas padidina vidutinio infraraudonojo diapazono emisiją per specialiai sukurtus mineralinius kristalus. Lyginant su pažangiais polimeriniais plėvelių sprendimais ar brangiais pasyvaus aušinimo denginiais, supercool cementas remiasi įprastomis žaliavomis ir pramoniniais procesais, gerindamas mastelio didinimo ir įsiliejimo į pastatų apvalkalus galimybes.
Privalumai ir poveikis aplinkai
Be paviršiaus temperatūros sumažinimo ir HVAC apkrovos mažinimo, tyrėjų komanda taikė mašininio mokymosi pagrindu vykdytą gyvenimo ciklo analizę ir nustatė, kad per 70 metų laikotarpį tam tikrais diegimo scenarijais technologija gali duoti neigiamą anglies dioksido pėdsaką. Toks energijos sutaupymų ir potencialaus anglies mažinimo derinys padaro supercool cementą patrauklia energiją taupančia, mažo anglies intensyvumo statybine medžiaga klimato jautriai miesto infrastruktūrai.
Panaudojimo sritys ir rinkos aktualumas
Galimi panaudojimo atvejai apima stogo plokštes, fasadų apdailą, stovėjimo aikštelių dangas ir miesto „šilumos salų“ mažinimą karštame klimate. Miestuose, kur pastatai suvartoja maždaug 40 % energijos ir sukelia apie 36 % išmetimų, mastelio pasyvus aušinimas gali suteikti tiesiogines sąskaitų už energiją mažinimo galimybes ir pagerinti lauko termalį komfortą. Požiūris aktualus architektams, statybos inžinieriams, pastatų savininkams ir tvarumo specialistams, ieškantiems integruotų energijos efektyvumo sprendimų.
Iššūkiai ir komercializacijos perspektyvos
Nors laboratoriniai ir stogų bandymai yra perspektyvūs, komercializacijai reikalinga demonstracija plataus masto projektuose, tiekimo grandinės pritaikymas, kaštų ir naudos analizės bei našumo patikrinimas skirtinguose klimatuose. Integracija į dabartinius cemento gamybos ir statybos procesus nulems rinkos priėmimo tempą. Vis dėlto tyrimas žymi reikšmingą žingsnį link klimato požiūriu pažangių statybinių medžiagų ir iliustruoja, kaip medžiagų mokslas, gamybos dizainas ir mašininis mokymasis gali susilieti siekiant sumažinti pastatų energijos poreikį.
Išvada
Supercool cementas – pagamintas iš įprastų mineralų ir mikrostruktūriškai pritaikytas atspindėti saulės spindulius bei spinduliuoti šilumą – siūlo praktišką kelią link pasyvaus aušinimo, galinčio sumažinti oro kondicionierių poreikį, sumažinti anglies dioksido išmetimus ir pagerinti miesto gyvenamumą. Jei bus mastelis ir plačiai priimtas, ši inovacija gali tapti svarbiu įrankiu energiją taupančioje, mažo anglies intensyvumo statyboje.
Šaltinis: techxplore
Komentarai