.webp)
5 Minuten
Pasyvaus vėsinimo proveržis
Kai lauko temperatūra kyla, dauguma žmonių stiprina oro kondicionavimą — tai veiksminga, bet daug energijos reikalaujanti priemonė. Wei She vadovaujama tyrinėtojų grupė iš Pietryčių universiteto Kinijoje sukūrė naują cementą, kuris pasyviai vėsina pastatų paviršius ir gali sumažinti priklausomybę nuo mechaninio vėsinimo. Jų išvados, paskelbtos žurnale Science Advances, aprašo cementą, kuris atspindi įeinančią saulės šviesą ir išskiria šilumą kaip infraraudonąją spinduliuotę, todėl stogai ir sienos lieka vėsesni už aplinkos orą.
Kaip medžiaga veikia: atspindys ir šiluminė emisija
Tradicinis cementas greitai sugeria saulės infraraudonąją spinduliuotę ir kaupia tą energiją kaip šilumą, taip šildydamas patalpas. Norėdami pakeisti šį elgesį, tyrimų komanda perprojektavo cemento cheminę sudėtį ir mikrostruktūrą. Jie paviršiui įterpė nanometrinio mastelio, labai atspindinčius mineralo etringito kristalus. Šie kristalai padidina saulės atspindį — veikia tarsi saulės veidrodis — ir pagerina vidutinės infraraudonosios dalies termoemisioną, todėl paviršius efektyviau išspinduliuoja šilumą.
Medžiaga gaminama iš įprastinių cemento sudedamųjų dalių. Komanda sutrindė granules, pagamintas iš kreidos, gipso ir susijusių mineralų, iki smulkios miltelių konsistencijos, sumaišė miltelius su vandeniu ir užpylė pastą į perforuotą silicio formą. Formos skylės sukūrė mikroįdubas, kuriose nustūrus džiūvimo metu augo etringito kristalai, gaunant tekstūruotą paviršių, optimizuotą tiek saulės atspindėjimui, tiek šilumos emisijai. Autoriai apibūdina galutinį produktą kaip vienu metu veikiantį ir kaip veidrodį, ir kaip radiatorių.
Lauko bandymai ir našumas
Super-šaltas cementas buvo išbandytas lauke ant stogo Purdue universitete. Esant stipriai vidurdienio saulei, cemento paviršiaus temperatūra buvo 5,4 laipsnio Celsijaus žemesnė nei aplinkos oras — svarbus pasyvaus vėsinimo realiomis sąlygomis įrodymas. Be optinių savybių, medžiaga buvo išbandyta mechaninio, aplinkos ir optinio ilgaamžiškumo tyrimais, kad būtų įvertintas jos tinkamumas statybinių konstrukcijų panaudojimui.
Nuimamas perdirbamas ir daugkartinio naudojimo PDMS plėvelės atplėšimas nuo super-šalto cemento paviršiaus. Autorius: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv2820
Tiesioginis kietėjimo laiko testas. Jis parodė greitai stingstančio super-šalto cemento išdėstomumą, kurio negalima tiesiogiai įvertinti tradiciniu Vicat adatos testu. Vos po 6 minučių nuo hidratacijos super-šaltas cementas įgavo pakankamą standumą, kad atlaikytų 200 g geležinio rutulio kritimą, palikdamas tik nedidelę įdubą. Autorius: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv2820
.avif)
Aplinkos ir pramonės pasekmės
Be tiesioginio vėsinimo, komanda panaudojo mašininį mokymąsi gyvenimo ciklo ir klimato poveikio vertinimui. Jų analizė rodo, kad medžiaga gali pasiekti neigiamą anglies pėdsaką per 70 metų trunkantį pastato eksploatacijos laikotarpį — esant plačiam pritaikymui ir realioms gamybos sąlygoms. Tai kyla iš sumažėjusio eksploatacinio energijos poreikio (mažiau oro kondicionavimo) kartu su galimybe gaminti cementą su nedideliais pakeitimais esamuose gamybos procesuose.
„Mes inovatyviai transformavome cemento medžiagas iš šilumos sugeriančių į šilumą atspindinčias naudojant požiūrį iš apačios aukštyn,“ rašo tyrėjai. „Šis proveržis turi potencialą paversti intensyvią cemento pramonę į neigiamų emisijų sistemą, kurioje super-šaltas cementas galėtų vaidinti svarbų vaidmenį skatinant energetiškai efektyvią, be anglies ateitį statybų sektoriuje.“
Pastatai sudaro maždaug 40 % pasaulinio energijos suvartojimo ir apie 36 % anglies dioksido emisijų. Jei super-šaltas cementas bus išplečiamas ir taikomas plačiu mastu, ši technologija galėtų sumažinti miesto karštį, sumažinti elektros poreikį ir sumažinti vėsinimo sukeliamas emisijas — ypač vertinga karštose klimato zonose ir tankiai apgyvendintuose miestuose, kur oro kondicionavimas kelia piko paklausą.
Susijusios technologijos ir ateities perspektyvos
Super-šaltas cementas papildo kitas pasyvaus vėsinimo strategijas, tokias kaip atspindinčios stogų membranos, vėsinantys dažai ir radiacinio vėsinimo dangos, kurios išspinduliuoja šilumą į dangų. Integracija į struktūrinį betoną, stogo čerpes ar fasadus leistų plačiai naudoti medžiagą be didelių pokyčių pastato dizaine. Svarbūs tolesni žingsniai yra gamybos metodų mastelis, ilgalaikiai atmosferos poveikio bandymai įvairiuose klimatuose ir suderinamumo bandymai su armavimu bei hidroizoliacinėmis sistemomis.
Ekspertų įžvalga
Dr. Leila Moreno, medžiagų mokslo specialistė, daugiausia dirbanti su tvariais pastatų sprendimais, komentuoja: „Šis darbas yra reikšmingas, nes naudoja įprastinę cemento chemiją ir sumanų mikrostruktūrinį požiūrį, kad pasiektų radiacinį vėsinimą. 5,4 °C paviršiaus vėsinimas lauko bandymuose yra įtikinamas — jei našumas išliks per skirtingus sezonus ir įrengimus, tai gali tapti nebrangiu ir mažai reikalaujančiu priežiūros sprendimu vėsinimo apkrovoms mažinti. Pagrindiniai iššūkiai bus patvarumo patikrinimas ir užtikrinimas, kad gamyba gali būti priimta cemento pramonėje be didelių emisijų ar kaštų padidėjimo.“
Išvada
Super-šaltas cementas yra perspektyvus žingsnis link pasyvaus vėsinimo pastatų aplinkoje. Derindamas atspindinčius etringito kristalus su pritaikyta paviršiaus topografija, medžiaga atspindi saulės spindulius ir spinduliuoja šilumą, kad liktų žemesnė už aplinkos temperatūrą. Jei bus galima masteliu gaminti ir užtikrinti ilgaamžiškumą, ši inovacija galėtų sumažinti oro kondicionavimo poreikį, sumažinti miesto šilumos salą ir prisidėti prie intensyviai anglies dioksidą generuojančio statybų sektoriaus dekarbonizacijos. Tolimesni bandymai ir komercializavimo pastangos parodys, ar šis laboratorijoje sukurtas sprendimas gali būti plačiai priimtas, padedant miestams ir pastatams išlikti vėsesniems naudojant mažiau energijos.
Quelle: techxplore
Kommentar hinterlassen