Подпишитесь на нас в Google
Вдохновившись кожей слонов, способной удерживать воду, ученые из Пенсильванского университета разработали недорогую цементную плитку, которая охлаждает здания за счет улавливания и медленного испарения воды, пишет Tech Xplore.
В издании напомнили, что многие живые существа потеют в жаркую погоду, тем самым охлаждают себя. Однако африканский слон не способен потеть. Вместо этого он выдерживает сильную жару благодаря своей толстой коже.
"У слонов на коже есть сеть трещинок, в которых задерживается вода. Когда они обрызгивают себя водой, она остается на коже и медленно испаряется, постепенно охлаждая их", - рассказала доцент кафедры архитектуры Школы дизайна имени Вейцмана Дорит Авив.
В своей статье ученые поделились, как им удалось воплотить эту особенность слонов в новый вид плитки на цементной основе. По их словам, этот материал улавливает, удерживает и медленно испаряет воду, охлаждая поверхности.
Эксперименты показали, что при инфракрасном нагреве и периодическом поливе температура под этими плитками оставалась стабильной - 32 °C. Для сравнения: температура треснувшей коммерческой штукатурки поднялась до 42 °C, а нетреснувшей - до 52 °C.
"В Соединённых Штатах мы проводим примерно 90% времени в помещениях, а здания потребляют около 40% первичной энергии – почти половину из этого объёма уходит на отопление, охлаждение и вентиляцию. Такой пассивный охлаждающий фасад, созданный по образцу природы, может снизить температуру поверхности на 6-11 °C по сравнению с традиционной штукатуркой", - заявила Шу Ян, коллега Дорит Авив.
Она объяснила, что эта плитка является полностью пассивной системой, которая охлаждает саму "кожу" здания. Ей не нужна электроэнергия для работы.
Превращение трещин в водные каналы
Концепция удержания воды для ее испарения и использования этого фазового перехода для отвода тепла является простой в теории. Однако ученые столкнулись с серьезными трудностями, поскольку большинство традиционных строительных материалов совершенно не подходили для этой цели.
Команде нужно было придумать способ направлять каждую каплю так, чтобы максимально использовать её охлаждающий потенциал, что подтолкнуло их обратить внимание на трещины.
"В традиционном строительстве трещины сигнализируют о слабости, о начале износа материала. Но, управляя тем, где и как они образуются, мы создали сети крошечных каналов, которые действуют как капилляры, способные переносить воду по поверхности и удерживать её на месте", - рассказала Ян.
Исследователи поделились, что они сешали обычный портландцемент и пористый материал, называемый диатомовой землей, который получается из окаменелых водорослей. После формования в виде тонких плиток и частичной гидратации материал сушат в тщательно контролируемых условиях. По мере усадки в материале накапливается напряжение, которое затем высвобождается по заранее заданным схемам, образуя предсказуемую решетку трещин вместо хаотичных разрушений.
"Микроскопические поры внутри материала действуют как крошечные резервуары, которые быстро впитывают каждую каплю, в то время как специально спроектированная сеть трещин действует как система каналов, перераспределяющих эту воду по поверхности. Именно сочетание этих двух свойств позволяет плитке удерживать воду, а не терять её", - добавила Ян.
Когда вода попадает на поверхность, она быстро впитывается – за миллисекунды – вместо того, чтобы отскакивать, рассказали ученые. Вода проникает в сеть трещин и перераспределяется по плитке, имеющей сотовую структуру.
Такой длительный контакт позволяет поверхности дольше оставаться влажной, давая возможность испарению выполнять свою работу. Шестиугольная геометрия заставляет воду двигаться зигзагообразно в поперечном направлении, а не стекать прямо вниз, что обеспечивает устойчивое охлаждение примерно до 20 часов.
Ученые нашли экологичную альтернативу цементу
Ранее ученые из Университета Майами предложили заменить часть цемента биоуглем, полученным из водорослей, чтобы бетон при затвердевании поглощал и аккумулировал углекислый газ.
В своем пресс-релизе ученые рассказали, что работают с водорослями, выращенными в Южной Флориде, а затем преобразует их в биоуголь. Этот материал похож на древесный уголь, который можно добавлять в цементные смеси. Их целью является получение смеси, которая будет отвечать реальным требованиям к эксплуатационным характеристикам.
