مواد نما با تغییر رنگ می توانند به گرما و خنک شدن ساختمان ها کمک کنند

محققان دانشگاه شیکاگو ماده‌ای اختراع کرده‌اند که رنگ آن را تغییر می‌دهد تا به گرمایش یا سرمایش کمک کند و می‌تواند برای بهبود بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها مقاوم‌سازی شود.

این ماده کامپوزیت از چندین لایه مختلف از جمله فویل مس، پ،تیک و گرافن تشکیل شده است و بر اساس دمای بیرونی می تواند رنگ مادون قرمز خود را تغییر دهد – رنگی که در تصویربرداری حرارتی به نظر می رسد.

در عین حال، میزان گرمای مادون قرمز جذب یا منتشر شده از ساختمان را نیز تغییر می دهد. در روزهای گرم، این ماده در تصویربرداری حرارتی زرد رنگ به نظر می‌رسد که نشان می‌دهد گرمای بیشتری از خود ساطع می‌کند، در حالی که در روزهای سرد بنفش به نظر می‌رسد زیرا گرما را حفظ می‌کند.

هنگامی که در نما استفاده می شود – به ،وان مثال به شکل زونا – این ماده به طور بالقوه می تواند نیاز به گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) را کاهش دهد و مصرف انرژی کلی ساختمان را کاهش دهد.

مهندس مواد پو چون هسو گفت: «ما اساساً روشی با انرژی کم پیدا کرده‌ایم که با یک ساختمان مانند یک انسان رفتار کنیم؛ وقتی سرد هستید یک لایه اضافه می‌کنید و وقتی گرم هستید یک لایه از آن جدا می‌کنید.» دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر، که تحقیق را رهبری کرد.

این نوع مواد هوشمند به ما اجازه می‌دهد تا دمای یک ساختمان را بدون مقادیر زیادی انرژی حفظ کنیم.»

روکش مانند آفتاب پرست به دما پاسخ می دهد

این دانشگاه شیکاگو این ماده را “شبیه آفتاب پرست” توصیف می کند زیرا می تواند رنگ خود را در پاسخ به دمای بیرون تغییر دهد.

در دمای ماشه انتخابی، این ماده از مقدار کمی الکتریسیته استفاده می کند تا مس را روی یک لایه نازک رسوب کند یا آن را از بین ببرد.

این واکنش شیمیایی به طور موثر لایه مرکزی ماده – محلول الکترولیت مبتنی بر آب – را به مس جامد تبدیل می کند. مس کم تابش به حفظ گرما و گرم ، فضای داخلی ساختمان کمک می کند، در حالی که لایه آبی با انتشار بالا ساختمان را خنک نگه می دارد.

لایه الکترولیت‌های مبتنی بر آب نیز به غیرقابل اشتعال شدن مواد کمک می‌کند و محققان فرآیند تغییر از ف، به مایع و بازگشت دوباره را به‌،وان «پایدار، غیرفرار، کارآمد و از نظر مک،کی انعطاف‌پذیر» توصیف می‌کنند.

هسو می‌گوید: «وقتی بین حالت‌ها جابجا می‌شوید، دیگر نیازی به مصرف انرژی برای ماندن در هر یک از این حالت‌ها ندارید. بنابراین برای ساختمان‌هایی که نیازی به جابجایی بین این حالت‌ها نیست، در واقع مقدار بسیار ناچیزی برق مصرف می‌کنند.

مواد می توانند مصرف انرژی را تا هشت درصد کاهش دهند

به ،وان بخشی از مطالعه آنها، منتشر شده در مجله Nature Sustainabilityمحققان همچنین مدل‌هایی را برای آزمایش صرفه‌جویی در انرژی ایجاد ،د که می‌توان با استفاده از مواد آنها در ساختمان‌های 15 شهر ایالات متحده، که 15 منطقه آب و هوایی را نشان می‌دهند، به دست آورد.

در مناطقی که تغییرات آب و هوایی زیادی را تجربه ،د، آنها دریافتند که این ماده می تواند به طور متوسط ​​8.4 درصد از مصرف انرژی سالانه HVAC یک ساختمان را ذخیره کند. در همان زمان، این مصالح تنها به 0.2 درصد از کل برق ساختمان برای عملکرد خود متکی بود.

همانطور که ایستاده است، ساخت و ساز و عملیات ساختم، نزدیک به 37 درصد از انتشار کربن جه، را تشکیل می دهدکه بیشتر آن به عملیات ساختم، اعم از روشنایی، گرمایش و سرمایش نسبت داده می شود.

برای کاهش این گازهای گلخانه‌ای، این ماده می‌تواند برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های تاریخی یا عایق‌بندی ضعیف و بهبود بهره‌وری انرژی استفاده شود، زیرا محققان پیشنهاد می‌کنند که نصب آن راحت‌تر از عایق‌سازی است.

با این حال، بسیاری از اجزای آن – از جمله گرافن تک لایه و ریزشبکه طلا که به ،وان لایه های رسانای شفاف استفاده می شود – در حال حاضر هنوز باقی مانده است. گران قیمت و ساخت آن پیچیده است.

محققان تاکنون تنها تکه‌هایی به عرض شش سانتی‌متر از این ماده ایجاد کرده‌اند، اما تصور کنید که آنها را مانند زونا جمع کنید و صفحات بزرگ‌تری را تشکیل دهید.

با فعال بودن لایه آبکی، ماده به رنگ سفید تیره است که در صورت فعال بودن لایه مسی به رنگ قهوه ای مسی در می آید.

اما می‌توان با افزودن لایه‌ای از رنگدانه‌ها در پشت لایه شفاف آبکی، این ماده را تغییر داد تا رنگ‌های مختلف را نشان دهد.

روش دیگر برای خنک نگه داشتن ساختمان ها، رنگ آمیزی سفید آنهاست. برای این منظور، محققان دانشگاه پوردو اخیرا “سفیدترین رنگ ثبت شده” را ساخته اند که 98 درصد نور خورشید را منع، می کند.

تصاویر با حسن نیت از گروه Hsu.