Zmieniające kolor, wrażliwe na temperaturę materiały budowlane

Budynki są dominującą strukturą we współczesnych miastach, a większość miast w Stanach Zjednoczonych ma ponad 150 milionów budynków w dowolnym obszarze metropolitalnym. Jednak budynki są również głównym źródłem i źródłem emisji gazów cieplarnianych, które odgrywają ważną rolę w obecnym kryzysie klimatycznym.

Źródło obrazu: Ahminem/Shutterstock.com

Niedawno badacze z Uniwersytet Chicagowski Pritzker School of Molecular Engineering (PME) zaprojektowała innowacyjny nowy materiał budowlany o właściwościach kameleona, który jest w stanie zmienić kolor promieniowania podczerwonego i ilość emitowanego lub pochłanianego ciepła w zależności od temperatury zewnętrznej.

Zasadniczo opracowaliśmy niskoenergetyczny sposób traktowania budynku jak człowieka; Możesz dodać warstwę, gdy jest zimno i zdjąć warstwę, gdy jest gorąco… Ten rodzaj inteligentnego materiału pozwala nam utrzymać temperaturę w budynku bez ogromnych ilości energii.

Bo Chun Hsu, główny badacz i adiunkt, PME

Substancja podobna do kameleona do radzenia sobie ze zmianami klimatycznymi

Zespół PME opracował niepalny „elektrochromowy” materiał budowlany składający się z warstwy podwójnego materiału zdolnego do przyjmowania dwóch konformacji w celu zatrzymywania i emitowania ciepła podczerwonego: litej miedzi i roztworu wodnego.

Urządzenie jest w stanie uwolnić niewielką ilość energii elektrycznej w określonym zakresie temperatur, aby wywołać przemianę chemiczną między każdym z dwóch stanów poprzez osadzanie miedzi na cienkiej warstwie lub usuwanie miedzi w celu odsłonięcia fazy wodnej.

W artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie Zrównoważony charakterNaukowcy szczegółowo opisali, w jaki sposób urządzenie mogło szybko przełączać się między stanem miedzi i cieczy, wykazując, że materiał zachował funkcjonalność nawet po 1800 cyklach.

Zespół został zainspirowany do opracowania materiału podobnego do kameleona, aby poradzić sobie ze zmianami klimatycznymi, ponieważ w samych Stanach Zjednoczonych sektor budowlany zużywa około 76% krajowego zużycia energii elektrycznej i 40% całkowitej energii pierwotnej i gazów cieplarnianych (GHG). ) emisji, według Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE).

Na większą skalę budynki emitują około 10% wszystkich gazów cieplarnianych na świecie. Około 50% tej całkowitej powierzchni jest związane z ogrzewaniem i chłodzeniem przestrzeni wewnętrznych w budynkach.

Przez długi czas większość z nas uważała kontrolę temperatury w pomieszczeniach za rzecz oczywistą, nie myśląc o tym, ile energii to wymaga… Jeśli chcemy przyszłości neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla, myślę, że musimy pomyśleć o różnych sposobach kontrolowania temperatury w budynkach w bardziej energooszczędny sposób.

Bo Chun Hsu, główny badacz i adiunkt, PME

Obniżenie kosztów energii w budynkach

Obecne prototypy materiału mają stosunkowo niewielkie rozmiary, zaledwie 6 cm szerokości. Jednak zespół wykorzystał je do wygenerowania modeli, w jaki sposób innowacyjne materiały mogą obniżyć koszty energii w budynkach typowych dla 15 różnych miast USA.

Zespół informuje, że materiały te mogą pomóc zaoszczędzić około 8,4% zużycia HVAC w budynku, jednocześnie odpowiadając jedynie za około 0,2% całkowitego zużycia energii.

Ten rodzaj inteligentnego materiału pozwala nam utrzymać temperaturę w budynku bez ogromnych ilości energii… W przypadku budynków, w których nie trzeba często przełączać się między tymi stanami, zużywa naprawdę bardzo mało energii elektrycznej.

Bo Chun Hsu, główny badacz i adiunkt, PME

Kolejnym krokiem jest opracowanie metod, które pomogą zwiększyć skalę materiału i zbadanie, w jaki sposób można wykorzystać inne stany pośrednie w praktycznych zastosowaniach. Ponadto materiał można dostosować do pożądanej estetyki, jakiej architekt może chcieć w budownictwie budowlanym, ze względu na przezroczysty stan fazy wodnej.

Zespół ma nadzieję, że trwające prace badawczo-rozwojowe we współpracy z inżynierami z branży budowlanej pomogą przekształcić branżę, sprostając wyzwaniu, jakim jest uczynienie budynków bardziej energooszczędnymi, aby pomóc w walce z kryzysem klimatycznym.

Referencje i dodatkowe lektury

„Radioelektryczność budynków energooszczędnych” (2023) Zrównoważony charakter. Dostępne o: https://www.nature.com/articles/s41893-022-01030-3

Williams, SCP (2023) Materiały budowlane reagujące na temperaturę zmieniają kolor, aby oszczędzać energięI Szkoła Inżynierii Molekularnej Pritzkera | Uniwersytet Chicagowski. Dostępne o: https://pme.uchicago.edu/news/temperature-sensing-building-material-changes-color-save-energy#:~:text=Researchers%20at%20the%20University%20of,based%20on%20the%20outside %20 temp

Zastrzeżenie: Opinie wyrażone w niniejszym dokumencie są opiniami autora wyrażonymi we własnym imieniu i niekoniecznie reprezentują opinie AZoM.com Limited T/A AZoNetwork jest właścicielem i operatorem tej witryny. Niniejsze wyłączenie odpowiedzialności stanowi część warunków korzystania z tej witryny.