Vật liệu xây dựng cảm biến nhiệt độ thay đổi màu sắc để tiết kiệm năng lượng

Trang Chủ > Ấn Bản > Vật liệu xây dựng cảm ứng nhiệt đổi màu tiết kiệm năng lượng

Vật liệu này chứa một lớp có thể có hai cấu trúc: đồng rắn giữ lại hầu hết nhiệt hồng ngoại, giúp giữ ấm cho tòa nhà; hoặc dung dịch nước phát ra tia hồng ngoại, có thể giúp làm mát tòa nhà. TÍN DỤNG
Đại học Chicago PME – Hình ảnh lịch sự của Tập đoàn Hsu

Tóm tắt:
Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker (PME) của Đại học Chicago đã thiết kế một loại vật liệu xây dựng giống tắc kè hoa có thể thay đổi màu hồng ngoại của nó—và lượng nhiệt mà nó hấp thụ hoặc tỏa ra—dựa trên nhiệt độ bên ngoài. Vào những ngày nắng nóng, vật liệu này có thể phát ra tới 92% lượng nhiệt hồng ngoại mà nó chứa, giúp làm mát bên trong tòa nhà. Tuy nhiên, vào những ngày lạnh hơn, vật liệu này chỉ phát ra 7% tia hồng ngoại, giúp giữ ấm cho tòa nhà.

Vật liệu xây dựng cảm biến nhiệt độ thay đổi màu sắc để tiết kiệm năng lượng

Chicago, IL | Đăng ngày 27 tháng 2023 năm XNUMX

“Về cơ bản, chúng tôi đã tìm ra một cách tiêu tốn ít năng lượng để đối xử với một tòa nhà như một con người; bạn mặc thêm một lớp khi lạnh và cởi bớt một lớp khi nóng,” Asst nói. Giáo sư Po-Chun Hsu, người đứng đầu nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Sustainability. “Loại vật liệu thông minh này cho phép chúng tôi duy trì nhiệt độ trong một tòa nhà mà không cần tiêu tốn quá nhiều năng lượng.”

Thúc đẩy bởi biến đổi khí hậu
Theo một số ước tính, các tòa nhà chiếm 30% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu và thải ra 10% tổng lượng khí nhà kính toàn cầu. Khoảng một nửa dấu chân năng lượng này là do sưởi ấm và làm mát không gian bên trong.

Hsu cho biết: “Trong một thời gian dài, hầu hết chúng ta đều coi việc kiểm soát nhiệt độ trong nhà là điều hiển nhiên mà không nghĩ đến việc nó cần bao nhiêu năng lượng. “Nếu chúng ta muốn có một tương lai ít carbon, tôi nghĩ chúng ta phải xem xét nhiều cách khác nhau để kiểm soát nhiệt độ tòa nhà theo cách tiết kiệm năng lượng hơn.”

Các nhà nghiên cứu trước đây đã phát triển các vật liệu làm mát bức xạ giúp giữ mát cho các tòa nhà bằng cách tăng cường khả năng phát ra tia hồng ngoại, loại nhiệt vô hình tỏa ra từ con người và đồ vật. Cũng tồn tại những vật liệu ngăn chặn sự phát xạ tia hồng ngoại ở vùng khí hậu lạnh.

“Một cách đơn giản để nghĩ về nó là nếu bạn có một tòa nhà hoàn toàn màu đen đối diện với mặt trời, nó sẽ dễ nóng lên hơn các tòa nhà khác,” sinh viên tốt nghiệp PME Chenxi Sui, tác giả đầu tiên của bản thảo mới cho biết.

Loại sưởi ấm thụ động đó có thể là một điều tốt trong mùa đông, nhưng không phải trong mùa hè.

Khi sự nóng lên toàn cầu gây ra các hiện tượng thời tiết cực đoan ngày càng thường xuyên và thời tiết thay đổi, các tòa nhà cần phải có khả năng thích ứng; một số vùng khí hậu yêu cầu hệ thống sưởi quanh năm hoặc điều hòa không khí quanh năm.

Từ kim loại sang chất lỏng và ngược lại
Hsu và các đồng nghiệp đã thiết kế một loại vật liệu xây dựng “điện sắc” không bắt lửa có chứa một lớp có thể có hai dạng: đồng rắn giữ lại hầu hết nhiệt hồng ngoại hoặc dung dịch nước phát ra tia hồng ngoại. Ở bất kỳ nhiệt độ kích hoạt đã chọn nào, thiết bị có thể sử dụng một lượng điện nhỏ để tạo ra sự dịch chuyển hóa học giữa các trạng thái bằng cách lắng đọng đồng vào một màng mỏng hoặc tước đồng đó ra.

Trong bài báo mới, các nhà nghiên cứu đã trình bày chi tiết cách thiết bị có thể chuyển đổi nhanh chóng và đảo ngược giữa trạng thái kim loại và chất lỏng. Họ đã chỉ ra rằng khả năng chuyển đổi giữa hai cấu hình vẫn hiệu quả ngay cả sau 1,800 chu kỳ.

Sau đó, nhóm đã tạo ra các mô hình về cách vật liệu của họ có thể cắt giảm chi phí năng lượng trong các tòa nhà điển hình ở 15 thành phố khác nhau của Hoa Kỳ. Họ báo cáo, trong một tòa nhà thương mại trung bình, lượng điện được sử dụng để tạo ra các thay đổi điện sắc trong vật liệu sẽ ít hơn 0.2% tổng lượng điện sử dụng của tòa nhà, nhưng có thể tiết kiệm 8.4% mức tiêu thụ năng lượng HVAC hàng năm của tòa nhà.

Hsu nói: “Một khi bạn chuyển đổi giữa các trạng thái, bạn không cần phải sử dụng thêm bất kỳ năng lượng nào để duy trì trạng thái đó. “Vì vậy, đối với các tòa nhà mà bạn không cần phải chuyển đổi giữa các trạng thái này thường xuyên, nó thực sự sử dụng một lượng điện rất không đáng kể.”

Mở rộng quy mô
Cho đến nay, nhóm của Hsu mới chỉ tạo ra những mảnh vật liệu có đường kính khoảng XNUMX cm. Tuy nhiên, họ tưởng tượng rằng nhiều mảng vật liệu như vậy có thể được lắp ráp giống như ván lợp thành những tấm lớn hơn. Họ nói rằng vật liệu này cũng có thể được điều chỉnh để sử dụng các màu tùy chỉnh khác nhau—pha nước trong suốt và gần như bất kỳ màu nào có thể được đặt phía sau nó mà không ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của nó.

Các nhà nghiên cứu hiện đang nghiên cứu các cách chế tạo vật liệu khác nhau. Họ cũng có kế hoạch thăm dò các trạng thái trung gian của vật liệu có thể hữu ích như thế nào.

Hsu cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh rằng kiểm soát bức xạ có thể đóng vai trò kiểm soát nhiều loại nhiệt độ tòa nhà trong các mùa khác nhau. “Chúng tôi đang tiếp tục làm việc với các kỹ sư và lĩnh vực xây dựng để xem xét cách điều này có thể đóng góp cho một tương lai bền vững hơn.”

####

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào Ở đây

Liên hệ:
Meredith Davis
Đại học Chicago

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: