Підпишіться на нас в Google
Надихнувшись шкірою слонів, здатною утримувати воду, вчені з Пенсильванського університету розробили недорогу цементну плитку, яка охолоджує будівлі за рахунок уловлювання та повільного випаровування води, пише Tech Xplore.
У виданні нагадали, що багато живих істот пітніють у спекотну погоду, тим самим охолоджуючи себе. Однак африканський слон не здатний пітніти. Натомість він витримує сильну спеку завдяки своїй товстій шкірі.
"У слонів на шкірі є мережа тріщинок, у яких затримується вода. Коли вони оббризкують себе водою, вона залишається на шкірі й повільно випаровується, поступово охолоджуючи їх", – розповіла доцент кафедри архітектури Школи дизайну імені Вейцмана Доріт Авів.
У своїй статті вчені розповіли, як їм вдалося втілити цю особливість слонів у новий вид плитки на цементній основі. За їхніми словами, цей матеріал вбирає, утримує та повільно випаровує воду, охолоджуючи поверхні.
Експерименти показали, що під час інфрачервоного нагрівання та періодичного поливу температура під цими плитками залишалася стабільною – 32 °C. Для порівняння: температура тріснутої комерційної штукатурки піднялася до 42 °C, а нетріснутої – до 52 °C.
"У Сполучених Штатах ми проводимо приблизно 90 % часу в приміщеннях, а будівлі споживають близько 40 % первинної енергії – майже половина цього обсягу йде на опалення, охолодження та вентиляцію. Такий пасивний охолоджувальний фасад, створений за зразком природи, може знизити температуру поверхні на 6–11 °C порівняно з традиційною штукатуркою", – заявила Шу Ян, колега Доріт Авів.
Вона пояснила, що ця плитка є повністю пасивною системою, яка охолоджує саму "шкіру" будівлі. Їй не потрібна електроенергія для роботи.
Перетворення тріщин на водні канали
Концепція утримання води для її випаровування та використання цього фазового переходу для відведення тепла є простою в теорії. Однак вчені зіткнулися з серйозними труднощами, оскільки більшість традиційних будівельних матеріалів абсолютно не підходили для цієї мети.
Команді потрібно було придумати спосіб спрямовувати кожну краплю так, щоб максимально використати її охолоджувальний потенціал, що спонукало їх звернути увагу на тріщини.
"У традиційному будівництві тріщини свідчать про слабкість, про початок зносу матеріалу. Але, керуючи тим, де і як вони утворюються, ми створили мережі крихітних каналів, які діють як капіляри, здатні переносити воду по поверхні та утримувати її на місці", – розповіла Ян.
Дослідники розповіли, що вони змішали звичайний портландцемент і пористий матеріал, який називається діатомовою землею і отримується з скам’янілих водоростей. Після формування у вигляді тонких плиток і часткової гідратації матеріал сушать у ретельно контрольованих умовах. У міру усадки в матеріалі накопичується напруження, яке потім вивільняється за заздалегідь заданими схемами, утворюючи передбачувану сітку тріщин замість хаотичних руйнувань.
"Мікроскопічні пори всередині матеріалу діють як крихітні резервуари, які швидко вбирають кожну краплю, тоді як спеціально спроектована мережа тріщин діє як система каналів, що перерозподіляють цю воду по поверхні. Саме поєднання цих двох властивостей дозволяє плитці утримувати воду, а не втрачати її", – додала Ян.
Коли вода потрапляє на поверхню, вона швидко вбирається – за мілісекунди – замість того, щоб відскакувати, розповіли вчені. Вода проникає в мережу тріщин і перерозподіляється по плитці, що має стільникову структуру.
Такий тривалий контакт дозволяє поверхні довше залишатися вологою, даючи можливість випаровуванню виконувати свою роботу. Шестикутна геометрія змушує воду рухатися зигзагоподібно в поперечному напрямку, а не стікати прямо вниз, що забезпечує стійке охолодження приблизно до 20 годин.
Вчені знайшли екологічну альтернативу цементу
Раніше вчені з Університету Маямі запропонували замінити частину цементу біовугіллям, отриманим із водоростей, щоб бетон під час затвердіння поглинав і акумулював вуглекислий газ.
У своєму прес-релізі вчені розповіли, що працюють з водоростями, вирощеними в Південній Флориді, а потім перетворюють їх на біовугілля. Цей матеріал схожий на деревне вугілля, яке можна додавати до цементних сумішей. Їхньою метою є отримання суміші, яка відповідатиме реальним вимогам до експлуатаційних характеристик.
