Даследчыкі распрацавалі будаўнічы матэрыял, падобны да хамелеона: ён змяняе свой колер і колькасць цяпла, якое паглынае ці вылучае, у залежнасці ад вонкавай тэмпературы, паведамляецца на сайце Прытцэраўскай школы малекулярнай інжынерыі Чыкагскага ўніверсітэта.
У спякотныя дні матэрыял можа вылучаць да 92% інфрачырвонага цяпла і такім чынам астуджаць унутраную частку будынка. У халодныя дні матэрыял выпраменьвае ўсяго 7% інфрачырвонага цяпла і, адпаведна, дапамагае захоўваць у будынку цеплыню.
«Па сутнасці, мы знайшлі спосаб нізкага энергаспажывання, і ён у тым, каб будынак меў такія ж дачыненні з энергіяй, як чалавек з вопраткай: вы дадаяце пласт, калі вам холадна, і здымаеце пласт, калі вам горача», — кажа асістэнт-прафесар По-Чун Хсу, які кіраваў даследаваннем, апублікаваным у часопісе Nature Sustainability. «Такі разумны матэрыял дазваляе нам падтрымліваць тэмпературу ў будынку без велізарных выдаткаў энергіі».
Рухавік вынаходніцтва — змены клімату
Па некаторых ацэнках, будынкі спажываюць 30% энергіі ў свеце і выдзяляюць 10% усіх парніковых газаў. Каля паловы гэтага энергетычнага следу выкліканыя абаграваннем і астуджэннем унутраных памяшканняў.
«Доўгі час большасць з нас успрымалі кантроль тэмпературы ў памяшканні як штосьці належнае і не задумваліся пра тое, колькі энергіі для гэтага патрабуецца», — кажа Хсу. «Калі мы хочам вугляродна-адмоўнай будучыні, я думаю, мы павінны разгледзець розныя спосабы кантролю тэмпературы ў будынку, якія будуць больш энергаэфектыўныя».
Раней даследчыкі распрацавалі матэрыялы для радыяцыйнага астуджэння, якія дапамагаюць падтрымліваць прахалоду ў будынках праз нябачнае цяпло, што выпраменьваюць людзі і прадметы. Таксама ёсць матэрыялы, якія прадухіляюць вылучэнне інфрачырвонага выпраменьвання ў халодным клімаце.
«Прасцей кажучы, калі ў вас ёсць цалкам чорны будынак, павернуты да сонца, ён будзе награвацца лягчэй, чым іншыя будынкі», — кажа аспірант Чэнксі Сюй, першы аўтар даследавання.
Такое пасіўнае абаграванне можа быць добрае ўзімку, але не ўлетку.
Паколькі глабальнае пацяпленне выклікае ўсё больш частыя экстрэмальныя пагодныя з'явы і наогул зменлівае надвор'е, неабходна, каб будынкі маглі да гэтага адаптавацца; нямногія кліматычныя ўмовы патрабуюць круглагадовага ацяплення або круглагадовага кандыцыянавання паветра.
З металу ў вадкасць і назад
Хсу і яго калегі распрацавалі незагаральны «электрахромны» будаўнічы матэрыял, што ўтрымлівае пласт, які можа прымаць дзве формы: цвёрдай медзі (тады ён захоўвае большую частку інфрачырвонага цяпла) або воднага раствору (тады слой выпраменьвае інфрачырвонае цяпло). Пры любой абранай тэмпературы прыладзе патрэбная невялікая колькасць электрычнасці, каб выклікаць хімічны пераход паміж дзвюма названымі формамі — падчас такога пераходу медзь або наносіцца ў выглядзе тонкай плёнкі, або выдаляецца.
У новым артыкуле даследчыкі падрабязна апісалі, як прылада можа хутка і абарачальна пераключацца паміж металічным і вадкім станамі. Па словах навукоўцаў, гэтая здольнасць пераключацца заставалася эфектыўнай нават пасля 1800 цыклаў.
«Такі разумны матэрыял дазваляе падтрымліваць тэмпературу ў будынку без велізарных выдаткаў энергіі».
Потым каманда стварыла мадэлі таго, як іх матэрыял можа зменшыць выдаткі на электраэнергію ў тыповых будынках у 15 розных гарадах ЗША. Па словах навукоўцаў, у сярэднім камерцыйным будынку электраэнергія, што будзе выкарыстоўваецца для распрацаванай імі тэхналогіі, складзе менш як 0,2 працэнта ад агульнага спажывання электраэнергіі ў будынку. Пры гэтым новы будаўнічы матэрыял дапаможа ашчадзіць 8,4 працэнта гадавога спажывання ўсёй энергіі будынка, якая ідзе на ацяпленне, вентыляцыю і кандыцыянаванне.
«Як толькі вы пераключаецеся паміж фазамі (медзь і вада), вам не трэба больш траціць энергію, каб заставацца ў любой з іх», — кажа Чэнксі Сюй. «Такім чынам, у будынках, дзе вам не трэба пераключацца паміж гэтымі фазамі вельмі часта, будзе спажывацца сапраўды нязначная колькасць электраэнергіі».
Пашырэнне маштабаў
Пакуль што група Хсу стварыла толькі некалькі кавалкаў матэрыялу каля шасці сантыметраў у шырыню. Навукоўцы мяркуюць, што многія такія ўчасткі могуць быць сабраныя, як чарапіца, у буйныя лісты. Яны кажуць, што матэрыял таксама можна наладзіць такім чынам, каб выкарыстоўваць розныя колеры: водная фаза празрыстая, і за ёй можна размясціць амаль любы колер. Гэта не паўплывае на здольнасць паглынаць інфрачырвонае выпраменьванне.
Цяпер даследчыкі вывучаюць розныя спосабы вырабу матэрыялу. Яны таксама плануюць даследаваць, як могуць быць карысныя яго прамежкавыя станы.
«Мы паказалі, што радыяцыйны кантроль можа адыгрываць ролю ў рэгуляванні шырокага дыяпазону тэмператур будынка ў розныя сезоны», — кажа Хсу. «Мы працягваем працаваць з інжынерамі і будаўнічым сектарам, каб высветліць, як гэта можа спрыяць лепшай будучыні».
Каментары