.webp)
5 Minutės
Pasyvaus aušinimo proveržis
Kai lauko temperatūra pakyla, dauguma žmonių įjungia oro kondicionavimą — veiksmingą, bet daug energijos reikalaujantį sprendimą. Tyrėjų grupė, vadovaujama Wei She iš Pietryčių universiteto Kinijoje, sukūrė naują cementą, kuris pasyviai aušina pastatų paviršius ir taip gali sumažinti priklausomybę nuo mechaninio vėsinimo. Jų rezultatai, publikuoti Science Advances, aprašo cementą, suformuluotą taip, kad atspindėtų įeinančią saulės šviesą ir išskirtų šilumą kaip infraraudonąją spinduliuotę, todėl stogai ir sienos išlieka vėsesni už aplinkos orą.
Kaip medžiaga veikia: atspindys ir šiluminė spinduliuotė
Įprastas cementas lengvai sugeria saulės infraraudonąją spinduliuotę ir kaupia tą energiją kaip šilumą, šildydamas patalpas. Kad pakeistų šį elgesį, tyrėjų komanda pertvarkė cemento chemiją ir mikrostruktūrą. Paviršius buvo užpildytas nanoskalės, labai atspindinčiais ettringito mineralo kristalais. Šios kristalinės dalelės padidina saulės šviesos atspindį — veikdamos kaip veidrodis — ir tuo pačiu sustiprina šiluminę spinduliuotę vidutinio bangos ilgio infraraudonojoje dalyje, todėl paviršius gali efektyviai išspinduliuoti šilumą.
Medžiaga gaminama iš įprastinių cemento sudedamųjų dalių. Komanda susmulkino granulėtas medžiagas iš kalkakmenio, gipso ir susijusių mineralų iki smulkaus miltelių, sumaišė miltelius su vandeniu ir išliejo pastą į perforuotą silikono formą. Formos skylutės sukūrė mikroįdubas, kuriose ettringito kristalai augo džiūvimo metu, taip sukurdami tekstūruotą paviršių, optimizuotą tiek saulės atspindžiui, tiek šiluminės spinduliuotės išsklaidymui. Autoriai apibūdina galutinį produktą kaip vienu metu veikiančią tiek kaip veidrodį, tiek kaip radiatorių — derinį, naudingą pasyviam aušinimui ir radiaciniam aušinimui.
Lauko bandymai ir našumas
Supervėsusis cementas buvo išbandytas ant stogo Purdue universitete. Stiprios vidurdienio saulės sąlygomis cemento paviršius buvo 5,4 laipsnio Celsijaus vėsesnis nei aplinkinis oras — svarbus pasyvaus aušinimo realiomis sąlygomis įrodymas. Be optinių savybių, medžiaga buvo patikrinta mechaninio, aplinkosaugos ir optinio ilgaamžiškumo testais, siekiant įvertinti jos tinkamumą statybų pritaikymui ir atsparumą aplinkos poveikiui.
Nuplėšiant perdirbamą ir daugkartinai naudojamą PDMS plėvelę nuo supervėsio cemento paviršiaus. Credit: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv2820
Tiesioginis sukietėjimo laiko testas. Jis parodė supervėsio cemento greito nustatymo pritaikomumą, kurio tradiciniu Vicat adatos testu negalima tiesiogiai įvertinti. Vos per 6 minutes po hidratosacijos supervėsusis cementas įgavo pakankamą standumą atlaikyti 200 g sunkaus geležinio rutulio kritimą, palikdamas tik nedidelę duobutę. Credit: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv2820
.avif)
Aplinkos ir pramonės pasekmės
Be tiesioginio aušinimo poveikio, komanda įvertino gyvenimo ciklo ir klimato pasekmes pasitelkdama mašininį mokymąsi. Jų analizė rodo, kad medžiaga galėtų pasiekti neigiamą anglies pėdsaką per 70 metų pastato eksploatacijos laikotarpį — esant plačiam diegimui ir realistiniams gamybos scenarijams. Tai kyla iš sumažėjusio veiklos energijos poreikio (mažiau oro kondicionavimo) kartu su galimybe gaminti cementą atliekant nedidelius pakeitimus esamuose gamybos procesuose, didinant statybos pramonės energetinį efektyvumą.
"Mes novatoriškai perkeitėme cemento medžiagas iš šilumos sugeriančių į šilumą atspindinčias, naudodami „iš apačios į viršų“ požiūrį," rašo tyrėjai. "Šis proveržis turi potencialą paversti sunkiąją cemento pramonę į sistemą, kuri gali pasiekti neigiamas anglies emisijas, kur supervėsusis cementas galėtų tapti svarbia priemone energiją taupančiai, be anglies dioksido išmetimo ateičiai statybų sektoriuje."
Pastatai sudaro maždaug 40% pasaulinės energijos suvartojimo ir apie 36% anglies dioksido emisijų. Jei supervėsusis cementas bus pritaikytas ir išplėstas plačiu mastu, ši technologija galėtų sumažinti miesto šilumos salos efektą, sumažinti elektros poreikį ir sumažinti vėsinimo išmetimus — tai ypač aktualu karštuose klimatuose ir tankiai apgyvendintuose miestuose, kur oro kondicionavimas didina didžiausią apkrovą.
Susijusios technologijos ir ateities perspektyvos
Supervėsusis cementas papildo kitas pasyvaus aušinimo strategijas, tokias kaip atspindinčios stogo dangos, „cool“ dažai ir radiacinio aušinimo dangos, kurios išspinduliuoja šilumą į dangų. Integravimas į konstrukcinį betoną, stogo čerpes ar fasadų apdailą leistų plačiai diegti šią medžiagą be reikšmingų pastatų projektavimo pakeitimų. Svarbiausi tolimesni žingsniai apima gamybos metodų mastelizavimą, ilgalaikius atsparumo oro sąlygoms testus įvairiuose klimatuose ir suderinamumo bandymus su armavimu bei hidroizoliacijos sistemomis.
Eksperto įžvalga
Dr. Leila Moreno, medžiagų mokslo ekspertė, specializuojanti tvariose pastatų sistemose, komentuoja: "Šis darbas yra reikšmingas, nes naudoja įprastinę cemento chemiją ir išradingą mikrostruktūrinį požiūrį, kad pasiektų radiacinį aušinimą. Lauko bandymuose užfiksuotas 5,4 °C paviršiaus atšalimas yra įtikinamas — jei našumas išliks per sezonus ir skirtingas instaliacijas, tai gali tapti nebrangia, mažai priežiūros reikalaujančia priemone vėsinimo poreikiui sumažinti. Pagrindiniai iššūkiai bus patikrinti ilgaamžiškumą ir užtikrinti, kad gamyba galėtų būti priimta cemento pramonėje be didelių emisijų ar kaštų nuostolių."
Išvados
Supervėsusis cementas yra perspektyvus žingsnis link pasyvaus aušinimo statybų aplinkoje. Derindama atspindinčius ettringito kristalus su specialiai suprojektuota paviršiaus topografija, medžiaga atspindi saulės šviesą ir spinduliuoja šilumą, kad išliktų žemesnėje nei aplinkos temperatūroje. Jei ją pavyks pagaminti plačiu mastu ir užtikrinti ilgaamžiškumą, ši inovacija gali sumažinti oro kondicionavimo poreikį, mažinti miesto šilumą ir prisidėti prie anglies dioksido mažinimo statybų sektoriuje. Besitęsiantys testai ir komercializacijos pastangos parodys, ar šis laboratorijos į stogą sprendimas gali būti plačiai pritaikomas, padedant miestams ir pastatams išlikti vėsesniems, sunaudojant mažiau energijos.
Šaltinis: techxplore
Komentarai