Команда разработала материал, который пассивно аккумулирует и отдает тепло, что потенциально позволит значительно сократить расходы на электроэнергию для систем климат-контроля.
Исследователи из Техасского университета разработали материал на основе древесины, который регулирует температуру в зданиях без использования электричества.
Это нововведение отвечает растущей потребности в энергоэффективном климат-контроле в зданиях.
Новый материал на основе древесины предлагает экологичное решение, использующее технологию фазового перехода для накопления энергии днем и ее высвобождения ночью, без зависимости от электросети.
«Наш материал действует как тепловой аккумулятор, который заряжается, поглощая тепло», — сказала доктор Шуан (Синтия) Цуй, доцент кафедры машиностроения в Инженерно-компьютерной школе имени Эрика Йонссона.
Технология фазового перехода
Системы аккумулирования тепловой энергии выступают в качестве связующего звена между предложением и спросом на энергию.
Эта технология позволяет улавливать избыточное тепло окружающей среды в течение дня и использовать его для обогрева ночью. Такой подход позволяет зданиям естественным образом балансировать свои энергетические нагрузки, снижая потребность в активных системах отопления и охлаждения.
Когда в стандартные строительные материалы внедряется технология фазового перехода, она действует как встроенный тепловой буфер, поглощая дневное тепло и высвобождая его ночью для стабилизации температуры внутри помещений.
Эти материалы поглощают тепло во время плавления и выделяют его во время затвердевания, что значительно снижает потребление электроэнергии и повышает энергоэффективность.
«Например, летом материал с фазовым переходом будет поглощать и аккумулировать тепло извне, что уменьшит повышение температуры в помещении», — пояснил Цуй.
«Если в здании достаточное количество материалов с фазовым переходом, то включать кондиционер может и не потребоваться», — добавил автор.
Использование древесины
Хотя материалы с фазовым переходом изучались годами, у них всегда был один существенный недостаток: они протекают.
В частности, материалы с фазовым переходом склонны к утечкам во время перехода из жидкого состояния в твердое, что осложняет их практическое применение.
Обычно используются методы, предполагающие заключение этих веществ в некий материал-носитель. Но это часто приводит к обратным результатам.
Основной элемент выступает в роли мертвого груза, занимая пространство и не внося никакого вклада в накопление тепла, что в конечном итоге снижает общую эффективность материала.
Команда из Техасского университета в Далласе (UTD), сотрудничая с такими гигантами, как Национальная лаборатория Скалистых гор и Калифорнийский университет в Беркли, нашла ответ в клеточной архитектуре деревьев.
Команда удалила лигнин — жесткий клей в растительных клетках — из древесины, оставив пористый целлюлозный скелет.
После этого поры были насыщены смесью фазоизменяющегося материала и стабилизирующего мягкого пластика.
Это гениальное сочетание служит двойной цели: пластик надежно фиксирует теплоаккумулирующий материал, предотвращая утечки во время плавления, и одновременно укрепляет структурную прочность древесины.
Выдерживает 1000 циклов.
В лабораторных условиях материал выдержал 1000 циклов нагревания и охлаждения без единой утечки или потери прочности.
«В отличие от многих материалов для хранения энергии, которые жертвуют прочностью, эти композиты с фазовым переходом, созданные на основе древесины, сохраняют механическую целостность при многократных циклах нагрева и охлаждения, что делает их одновременно энергоэффективными и механически прочными, что имеет решающее значение для долгосрочного использования в зданиях», — сказал доктор Хунбин Лу, один из соавторов исследования.
В настоящее время исследовательская группа сосредоточена на усовершенствовании и коммерциализации этой технологии, чтобы вывести энергоэффективные системы климат-контроля на массовый рынок.
По словам соавтора Густаво Фелисио Перручи, успех проекта обусловлен мощным междисциплинарным сотрудничеством с национальными лабораториями, доказавшим, что экологически чистые материалы могут быть преобразованы в жизнеспособные инженерные решения для реального мира.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Materials Today Energy.
Sourse: interestingengineering.com
