Jurutera Universiti Drexel telah membangunkan bahan berasaskan simen baru yang menggabungkan teknologi perubahan fasa untuk meningkatkan kecekapan tenaga bangunan, diilhamkan oleh peraturan suhu semula jadi yang terdapat dalam telinga gajah.
Penyelidik di Universiti Drexel telah memperkenalkan bahan binaan berasaskan simen terobosan yang direka untuk meningkatkan kecekapan tenaga melalui mekanisme pemanasan dan penyejukan pasif yang inovatif. Kejayaan ini, diilhamkan oleh sistem pengawalan suhu yang berkesan secara semula jadi yang diperhatikan dalam telinga gajah dan arnab, boleh merevolusikan reka bentuk bangunan dengan membenamkan rangkaian vaskular dalam dinding, lantai dan siling, dengan ketara mengurangkan penggunaan tenaga.
Penyelidikan, diterbitkan dalam Journal of Building Engineering, mempamerkan kaedah baharu yang direka oleh Makmal Bahan Infrastruktur Termaju (AIM) Drexel. Ia melibatkan penyepaduan bahan-bahan perubahan fasa berasaskan parafin (PCM) ke dalam matriks polimer bercetak dalam permukaan simen.
PCM mempunyai keupayaan unik untuk menyerap dan membebaskan tenaga haba semasa ia beralih antara keadaan cecair dan pepejal, mengawal suhu permukaan dengan berkesan.
"Secara seni bina, ia kelihatan bagus untuk mempunyai banyak kawasan tingkap pada bangunan, tetapi ini juga mengakibatkan sifat penebat yang berkurangan," kata pengarang bersama Rhythm Osan, seorang pelajar sarjana di Kolej Kejuruteraan Drexel, dalam satu kenyataan berita. "Dalam dunia yang ideal, bangunan tidak akan kehilangan sebarang haba, tetapi dari sudut kebolehbinaan yang realistik, isu-isu seperti jambatan terma, kebocoran udara dari saluran, prestasi bahan dan perincian sambungan akan sentiasa menimbulkan kehilangan haba."
Pendekatan inovatif pasukan itu bertujuan untuk mengimbangi permintaan tenaga yang besar bagi bangunan, yang menyumbang hampir 40% daripada semua penggunaan tenaga di seluruh dunia, dengan kira-kira separuh daripada tenaga itu dibelanjakan untuk mengekalkan suhu dalaman yang selesa.
Terutamanya, permukaan seperti dinding, tingkap dan siling bertanggungjawab untuk kira-kira 63% kehilangan tenaga dalam bangunan, menjadikan penyelesaian pasukan Drexel berpotensi berubah.
"Lihat cara sistem peredaran darah kita digunakan untuk mengawal suhu. Apabila panas keluar, darah mengalir ke permukaan - kita mungkin menjadi sedikit merah di muka dan mula berpeluh melalui kelenjar kita dan ini menyejukkan kita melalui proses perubahan fasa - penyejatan peluh," tambah Amir Farnam, seorang profesor bersekutu di Kolej Kejuruteraan Drexel yang mengetuai penyelidikan. "Ini adalah proses semula jadi yang sangat berkesan yang kami mahu tiru dalam bahan binaan."
Kajian itu menguji pelbagai konfigurasi dan ketebalan saluran vaskular untuk menentukan reka bentuk optimum untuk kekuatan mekanikal dan prestasi terma.
Seni bina saluran grid berbentuk berlian muncul sebagai yang paling berkesan, menawarkan kedua-dua integriti struktur dan peraturan suhu yang unggul, memperlahankan pemanasan permukaan dan penyejukan kepada 1-1.25 darjah Celsius sejam.
"Kami mendapati, mungkin tidak menghairankan, bahawa lebih banyak kawasan permukaan vaskular menyamai prestasi terma yang lebih baik. Pemerhatian ini serupa dengan fisiologi telinga gajah dan arnab, yang mengandungi kawasan vaskular yang luas untuk membantu mengawal suhu badan mereka," tambah pengarang bersama Robin Deb, seorang saintis penyelidikan di Makmal AIM. "Kami percaya bahawa bahan vaskular kami boleh memainkan peranan yang sama dalam bangunan dengan membantu mengimbangi perubahan suhu dan mengurangkan permintaan tenaga daripada HVAC untuk mengekalkan keselesaan terma."
Walaupun kajian ini berfungsi sebagai bukti konsep, keputusan yang menjanjikan pasukan membuka jalan untuk penerokaan selanjutnya. Penyelidikan masa depan akan melibatkan ujian PCM yang berbeza, corak saluran dan sampel bahan yang lebih besar dalam tempoh yang lebih panjang dan keadaan persekitaran yang berbeza-beza.
"Walaupun kajian ini bertujuan untuk menunjukkan bukti konsep, keputusan ini menjanjikan dan sesuatu yang boleh kita bina," tambah Farnam. "Ini menunjukkan kedua-dua keberkesanan kaedah ini untuk mengawal suhu permukaan dalam bahan bersimen, serta kaedah yang mudah dan kos efektif untuk menghasilkannya. Dengan ujian dan penskalaan tambahan, kami percaya ini berpotensi untuk memberi sumbangan besar kepada banyak usaha berterusan untuk meningkatkan kecekapan tenaga bangunan."
Inovasi ini memegang janji untuk menjadikan struktur bangunan lebih berdikari dalam kawalan suhu, mengurangkan pergantungan kepada sumber tenaga luaran, dan mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dengan ketara.
sumber: Universiti Drexel