Здания, которые дышат: система крови стен, которые революционизируют эффективность

Пассивная теплоизоляция будущего представляет собой интегрированную васкуляризованную сеть в бетоне, которая делает здания, способные к естественным образом терморегулировать, без энергопотребления

Вдохновленная физиологией слонов, группа исследователей из Университета Дрекселя разработала инновационную пассивную систему теплоизоляции, которая могла бы революционизировать энергоэффективность зданий.

Механические системы, тепловые насосы или технологические панели не нужны, чтобы охладить и нагреть окружающую среду, может быть достаточно васкуляризированная система, интегрированная непосредственно в стены, полы и потолки, превращая поверхности здания в интеллектуальные терморегуляторные материалы.

Учитель тепловой инженерии

Принцип, лежащий в основе этой инновации, вдохновлен системой кровообращения животных, таких как слоны, которые регулируют температуру через сеть кровеносных сосудов в ушах. «Когда жарко, кровь течет на поверхности: мы могли бы немного переделать и начать потеть сквозь железы, охлаждая процесс изменения фазы: испарение пота», Амир Фарам, доцент и глава лаборатории AIM Университета Дрекселя.

После того же биологического процесса команды задумали систему, в которой стены зданий становятся активными регуляторами температуры, сохраняя тепло, когда температура повышается и медленно освобождая ее, когда они снижаются, без потребления энергии. Точно так же, как большие уши слонов, которые пересекают сеть ваз для рассеивания тепла, исследователи вставили сеть микроканалов, заполненных материалами по изменению фазы (PCM) в бетон, таких как парафин. Эти материалы поглощают и высвобождают тепло, переходя из твердого состояния к жидкости и наоборот, адаптируясь в режиме реального времени к внешней температуре.

Новый подход к энергетической задаче зданий

Исследование направлено на снижение энергетических потребностей зданий, которые сегодня составляют около 40% глобального энергопотребления. Несмотря на прогресс в области теплоизоляции, такие поверхности, как стены, окна и потолки, по -прежнему остаются среди основных точек дисперсии, ответственных за 63% потери тепла.

«С архитектурной точки зрения, наличие больших стеклянных поверхностей в здании очень желательно, но это также приводит к снижению изоляционных свойств», -, », Ритм Осан, молодой исследователь, участвующий в исследовании, объясняет. Именно по этой причине команда Drexel задумала способ гарантировать, что эти поверхности способствуют поддержанию желаемой внутренней температуры, а не мешать ее.

Структурная стабильность и экономия энергии

Чтобы построить эти терморегуляторные материалы, исследователи использовали полимерную матрицу 3D-печати, создавая внутреннюю сетку микроканала в бетоне. После растворения полимерного материала каналы заполнены PCM на основе парафина, калибруемые для действий к определенным порогам температуры.

Все работает как искусственная система кровообращения, интегрированная в структуру здания, без необходимости электроэнергии, двигателей или активных систем.

Среди протестированных геометрий такая с Losanga Grid (алмаза), предлагал лучший компромисс между механической надежностью и тепловыми характеристиками. Эта конструкция показала, что поддерживает стабильную температуру поверхности, ограничивая изменения до 1–1,25 ° C в час, что снижает необходимость нагрева или механического охлаждения.

Кроме того, добавление агрегатов заканчивается бетоном, увеличивает долговечность материала, не мешая эффективности васкуляризированной сети.

На пути к будущему более зеленых и интеллектуальных зданий

Эта технология открывает новые возможности для устойчивого строительства, что делает строительные поверхности термоактивными и способными активно способствовать жизненному комфорту.

«Наши материалы могут выступать в качестве сосудистой системы для здания, компенсируя изменения температуры и снижение энергии потребностей системы HVAC”,
Робин Деб говорит, научный сотрудник исследовательской группы. Следующие шаги обеспечивают эксперименты в более широком масштабе, с несколькими ПКМ и геометриями, чтобы адаптироваться к различным климату и контекстам строительства ввиду будущего коммерческого применения.

Исследование было опубликовано на Журнал строительстваПолем