Pastatų vėsinimas sudaro reikšmingą pasaulinio elektros suvartojimo dalį, o karščio bangoms dažnėjant didėja ir poreikis efektyviai mažinti patalpų temperatūrą. Honkongo politechnikos universiteto (PolyU) tyrėjai pristatė pasyviai vėsinančią keramiką, kuri, jų teigimu, atspindi 99,6 proc. į ją krintančios saulės šviesos.
Sprendimas gimė įkvėpus vieno ryškiausių gamtos „baltumo“ pavyzdžių – Cyphochilus genties vabalo, laikomo vienu balčiausių vabzdžių pasaulyje. Mokslininkų tikslas buvo gamtoje aptinkamą šviesos sklaidą perkelti į pramonėje pagaminamą, lauko sąlygoms tinkamą medžiagą.
Kaip vabalas tapo technologija
Cyphochilus vabalo žvyneliai yra balti ne dėl dažų ar pigmentų, o dėl labai tankios, hierarchiškai porėtos vidinės struktūros. Ji išsklaido šviesą skirtingais masteliais, todėl paviršius atrodo ypač ryškus ir tolygiai baltas.
PolyU komanda, vadovaujama profesoriaus Wang Zuankai, šią architektūrą išanalizavo ir atkūrė keramikoje. Sukurta medžiaga turi panašią hierarchiškai porėtą sandarą, kuri leidžia efektyviai sklaidyti šviesą per visą saulės spektro diapazoną.
Didelis atspindėjimas praktiškai reiškia, kad paviršius sugeria labai mažai saulės energijos, taigi ir mažiau įkaista. Tokios dangos ar fasadinės medžiagos teorijoje gali mažinti pastatų perkaitimą ir atitinkamai poreikį naudoti kondicionavimą.
Ką duoda 99,6 proc. atspindėjimas
Saulės atspindėjimo rodiklis parodo, kiek spinduliuotės paviršius grąžina atgal, o ne paverčia šiluma. Esant 99,6 proc. atspindėjimui, šiluminė apkrova nuo tiesioginių saulės spindulių tampa minimali, palyginti su daugeliu įprastų statybinių paviršių.
Tyrėjai pabrėžia, kad medžiaga veikia pasyviai, be elektros: ji mažina įkaitimą atspindėdama saulę, o šilumą gali išspinduliuoti infraraudonųjų bangų ruože. Tokie radiacinio vėsinimo principai pastaraisiais metais vis dažniau minimi kaip priemonė mažinti miestų šilumos salos efektą ir elektros pikus karščiausiomis valandomis.
Vis dėlto reali energijos sąnaudų nauda priklauso nuo daugelio veiksnių: pastato vietos, stogo ir fasadų geometrijos, šiluminės izoliacijos, langų ploto, vėdinimo bei to, ar kondicionavimas yra pagrindinis komforto užtikrinimo būdas. Kitaip tariant, pati medžiaga yra svarbi grandis, bet ne vienintelis sprendimas.
Kitas iššūkis – Leidenfrost efektas
Be atspindėjimo, komanda akcentuoja ir dar vieną savybę, susijusią su vadinamuoju Leidenfrost efektu. Tai reiškinys, kai ant labai įkaitusio paviršiaus skystis sudaro garų „pagalvę“, kuri apsunkina šilumos perdavimą ir mažina aušinimo efektyvumą.
Tyrėjų teigimu, jų keramikos porėta struktūra ir itin hidrofilinės savybės leidžia vandeniui greitai pasiskirstyti ir įsigerti į poras, slopinant garų sluoksnio susidarymą. Skelbiama, kad taip galima išlaikyti efektyvesnį aušinimą net esant labai aukštoms temperatūroms, viršijančioms 800 laipsnių Celsijaus.
Ši dalis svarbi ne tik pastatams: tokio tipo struktūriniai sprendimai gali būti aktualūs ir pramoniniams procesams, kur paviršių perkaitimas bei šilumos nuvedimas yra kritiškai svarbūs. Vis dėlto praktinės taikymo sritys priklausys nuo to, kaip medžiaga bus integruojama į konkrečias sistemas ir kokia bus jos kaina masinėje gamyboje.
Tyrimas publikuotas žurnale Science, o darbe dalyvavo ir Honkongo miesto universiteto mokslininkai. PolyU tyrėjai teigia, kad medžiaga sukurta orientuojantis į realias lauko sąlygas: ji turėtų būti mechaniškai tvirta, atspari aplinkos poveikiui, o taip pat lengviau prižiūrima dėl savaiminio nusivalymo savybių.
Jei tokios keramikos gamyba pasiteisins pramoniniu mastu, tai galėtų tapti dar vienu įrankiu miestams ir pastatų savininkams, ieškantiems būdų mažinti vėsinimo apkrovas ne didinant elektros vartojimą, o mažinant šilumos patekimą į pastato apvalkalą.
