تولید پوشش هوشمند حرارتی برای سقف ساختمان

چکیده

مهندسین آزمایشگاه برکلی نوعی پوشش حرارتی هوشمند را برای پشت بام ساختمان ها تولید کرده اند که می تواند ساختمان را با توجه به شرایط اقلیمی محل، گرمتر و یا خنک تر نگاه دارد.

شرح

مهندسین آزمایشگاه برکلی نوعی پوشش حرارتی هوشمند را برای پشت بام ساختمان ها تولید کرده اند که می تواند ساختمان را با توجه به شرایط اقلیمی محل، گرمتر و یا خنک تر نگاه دارد.مواد بکار رفته دراین پوشش حرارتی هوشمند دارای چنان قابلیتی هستند که می توانند درهنگام گرم شدن هوا، نور آفتاب و گرما را بازتاب داده و در هوای سرد زمستان نیز موجب خاموش شدن سیستم برودتی ساختمان بصورت خودکار شوند که به این ترتیب این امر موجب کاهش مصرف انرژی در فصول زمستان و تابستان می شود.

سیستم های خنک کننده تابشی (Radiative cooling systems) با طرح تابش حرارتی (برای مثال گرما) در خارج از ساختمان به این شکل کار می کنند که که حرارت را دریافت و در فضا منتشر می کنند. از آنجاییکه فضای اتمسفر رقیق تر یا شفاف تر از این طول موج بازتاب داده شده است، حرارت مستقیما” در فضاّ رها می شود.

لازم به ذکر است که هم اکنون نمونه های دیگری از سطوح بازتابنده نیز مورد استفاده قرار می گیرند که از آن جمله می توان به رنگ‌های فوق‌العاده سفید اشاره کرد، که برای دفع نور خورشید و گرما استفاده شده و ساختمان را خنک‌تر نگاه می‌دارد اما “پوشش تابشی سازگار با دما” (TARC) که محصول حدیدی است که حاصل مطلعه و تحقیق این تیم اتحقیقاتی است.ک پوشش هوشمند حرارتی که می‌تواند به‌طور خودکار در زمان افت سطح جیوه، گرمای موجود در ساختمان را محبوس نموده و شرایط دمایی را در سطح مطلوب حفظ نماید.

در اینجا آنچه که درباره ماده کلیدی این فناوری می توان گفت این است که این ماده ، ترکیب عجیبی است به نام دی اکسید وانادیم (VO2) . در راستای این بررسی ها، در سال 2017 خاصیتی غیرمعمول در این محصول کشف شد و آن این بود که این ماده در درجه حرارت 67 درجه سانتیگراد جریان الکتریسیته را هدایت می کند اما گرما را خیر، که این امری است برخلاف قوانین شناخته شده فیزیک.این ایده بر این مبنا ست که در زمان گرم شدن هوا، این مواد اشعه حراتی مادون قرمز را جذب و منتشر کرده و به این ترتبیب ساختمان را از گرما دور نگاه می دارند اما هنگامی که هوا سرد است این مواد شفاف یا رقیق شده و به حرارت خورشید اجازه می دهند تا از آنها عبور نموده و ساختمان را گرم کند.

در ادامه این پژوهش دستگاهی برای ایجاد لایه ای نازک به ابعاد 2 سانتی متر مربع ازTARC مورد آزمایش قرار گرفت. در این آزمایش آنها این نمونه ها را با با نمونه‌هایی از پوشش های تجاری سقف به رنگ های تیره و سفید مقایسه کردند و برای انجام بررسی و اندازه گیری تغییرات نور مستقیم خورشید و دما نیز از ابزار های بی سیم (Wireless devices) استفاده شد.

در این تحقیق TARC عملکرد بسیار خوبی را از خود نشان داد. بر اساس اندازه گیری های انجام شده، TARC بدون توجه به شرایط آب و هوایی حدود 75 درصد از نور خورشید را منعکس کرد. در ادامه این مطالعات مشخص شد زمانی که دمای محیط به بالای 30 درجه سانتیگراد رسید تا 90 درصد از گرمای خود را به آسمان ساطع کرد، اما هنگامی که هوا به زیر 15 درجه سانتیگراد رسید و خنک شد، TARC تنها 20 درصد گرمای خود را منتشر کرد.

در ادامه، با استفاده از داده‌های جمع ‌آوری‌شده و فناوری شبیه سازی، این تیم نشان داد که چگونه TARC در طول سال در 15 منطقه آب‌وهوایی مختلف در سراسر قاره آمریکا کار می‌کند.این محققان بر اساس برآورد های تخمینی بر این باورند که استفاده از این پوشش هوشمند حرارتی می تواند موجب کاهش هزنیه برق مصرفی هر خانواده آمریکایی تا حدود 10 درصد شود.

این محققان همچنین بر این باورند که از TARC می توان به عنوان یک ماده تنظیم کننده دما برای اتومبیل ها، وسایل الکترونیکی، ماهواره ها و حتی پارچه های چادر یا لباس نیز استفاده نمود.جالب اینجاست که یک تیم مستقل به تازگی پوشش مشابهی را برای شیشه و پنجره ها معرفی کرده اند که از نانو ذرات دی اکسید و انادیم به عنوان یکی از مواد فعال آن استفاده می کند.در مرحله بعد، این تیم قصد دارد تا آزمایش هایی بیشتری را با استفاده از نمونه های اولیه TARC انجام دهد تا بتوانند هر چه بیشتر عملکرد این ماده را به عنوان یک پوشش برای سقف ساختمانها مورد بررسی قرار دهند.

بیشتر بخوانید