Kifejlesztettek egy új típusú, cementalapú építőanyagot, amely passzívan szabályozza a falak, padlók és mennyezetek hőmérsékletét. A megoldás az elefántok és mezei nyulak fülének érrendszeréből merít ihletet.
A Journal of Building Engineering folyóiratban megjelent tanulmányban a kutatók paraffinalapú anyaggal feltöltött, vaszkuláris hálózatot ágyaztak cementes építőanyagokba. Az új megközelítés célja az épületek energiafelhasználásának csökkentése, mivel ez a globális energiafogyasztás közel 40 százalékát teszi ki, aminek a fele a belső hőmérséklet fenntartására szolgál.
„Ideális esetben egy épület egyáltalán nem veszítene hőt, de az építkezés velejárói – mint a hőhidak, a légcsatornák szivárgása, az anyagok teljesítménye és az illesztések kivitelezése – mindig okoznak némi hőveszteséget” – magyarázta Rhythm Osan, az új építőanyag-megoldást kifejlesztő Drexel Egyetem Műszaki Karának hallgatója.
Az amerikai kutatócsoport koncepciója az volt, hogy a felületek inkább segítsenek a belső hőmérséklet fenntartásában, mintsem akadályozzák azt.
Amir Farnam kutatásvezető természetből hozott példával szemléltetve azt mondta, „melegben a vér a felszínre áramlik, így kipirosodunk és izzadunk, ami lehűt bennünket egy fázisváltási folyamaton keresztül – a verejték elpárolgásával”. A tudós és csapata éppen ezt a természetes mechanizmust szerette volna átültetni az építőanyagokba, és ehhez meg is voltak az alapok, hiszen Farnam laboratóriuma korábban már fejlesztett paraffinalapú fázisváltó anyaggal működő betont, amely képes leolvasztani magáról a havat és a jeget. További innen származó találmány a baktériumokkal segítségével öngyógyító, illetve 3D nyomtatott polimerekkel erősített beton.
„Korábban is használtunk paraffinalapú anyagot az öntisztító betonhoz, így tudtuk, hogy megbízható, természetes anyag, amely képes befolyásolni a beton felületi hőmérsékletét – emlékeztetett Robin Deb kutató. Ehhez a kísérlethez olyan fázisváltó anyagot választottunk, amelynek az olvadáspontja körülbelül 18 Celsius-fok. Ez viszonylag alacsony, így hideg éghajlaton is tesztelni tudtuk a hatékonyságát.”
A csapat oldható polimer sablont használt különböző erezeti minták kialakítására: egycsatornás, többrétegű, párhuzamos, átlós, valamint rombusz alakú csatornahálózatokat hoztak létre az építőanyagban, 3 és 8 milliméter közötti vastagságban.
Minden mintát teszteltek a mechanikai tulajdonságok és a hőszabályozási képesség szempontjából, és a leghatékonyabbnak a rombusz alakú csatornarács bizonyult, hiszen megőrizte szerkezeti integritását a nyújtó- és nyomótesztek alatt, miközben a felület hőmérsékletének változását 1–1,25 Celsius-fok/óra értékre lassította.
„Nem meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy a nagyobb érfelület jobb hőteljesítményt eredményez. Ez hasonló az elefántok és mezei nyulak fülének fiziológiájához, amelyekben kiterjedt érhálózat segíti a testhőmérséklet szabályozását” – vezette le Deb.
A kutatók finom szemcséjű adalékanyag hozzáadásával növelték az anyag tartósságát anélkül, hogy ez rontotta volna a fázisváltó anyag keringését.
„Ez a tanulmány elsősorban a koncepció igazolását célozta, de az eredmények ígéretesek, és jó alapot adnak a továbblépéshez. Megmutattuk, hogy ez a módszer hatékonyan szabályozza a cementalapú anyagok felületi hőmérsékletét, ráadásul az előállítása is egyszerű és költséghatékony” – mutatott rá Farnam.
A kutatócsoport a jövőben különféle fázisváltó anyagokat és csatornahálózati elrendezéseket tesztel majd nagyobb cementmintákon, hosszabb időtartam és szélesebb környezeti hőmérsékleti tartomány mellett.
A címlapkép illusztráció. Forrás: Freepik
A HIPA támogatásával megvalósuló 1,9 millió eurós beruházás révén az amerikai NI egyebek mellett új generációs tesztelési megoldásokat fejleszt.
Pályakezdők és évtizedes tapasztalattal rendelkezők is csatlakozhatnak a Paks II. szakembergárdájához. Az aktuális lehetőségeket a tavaszi állásbörzéken is meg lehet ismerni.