Energiafelhasználás nélkül hűt az épületburkolat

A hűtésre használható üveg-polimer hibrid metaanyag vázlatos szerkezete

Lakóépületek, ipari létesítmények, erőművek hűtésére, sőt, napelemek hatékonyságának növelésére is alkalmas lehet az áram és víz nélkül, megállás nélkül működő ökoburkolat.

A Coloradói Egyetem (Boulder, Egyesült Államok) mérnökcsapata olyan metaanyagot – a természetben nem létező, speciális tulajdonságokkal bíró anyagot – hozott létre, amely tetszőleges méretű épületfelület burkolására alkalmas, és egyfajta

passzív légkondicionálóként

működik. Az ökoburkolat nem kevesebbet tud, mint hogy mindenfajta energia- és vízfelhasználás nélkül lehűti a vele bevont épületszerkezeteket, még akkor is, ha azok közvetlen napsütésnek vannak kitéve.

Környezetbarát megoldás

A metaanyag-bevonat oly módon hűti a vele beburkolt épületet, hogy hatékonyan visszaveri a beeső napfényt, miközben infravörös sugárzás formájában elvezeti a felület saját hőjét is. A Science folyóiratban leírt új burkolóanyag környezetbarát kiegészítő megoldást kínálhat a hővel működő erőművek hűtésére, amelyeknek üzemi hőmérsékleten tartása a jelenlegi technológiák mellett nagy mennyiségű hűtővizet és elektromosságot igényel.

A coloradói kutatók hibrid üveg-polimer burkolóanyagának vastagsága mindössze 50 mikron

– alig több, mint a konyhai alufóliáé –, és gazdaságos módon, hengerekre tekercselve gyártható, ezért tetszőlegesen nagy mérettartományban előállítható úgy lakóépületek, mint gazdasági és ipari létesítmények burkolására.

A hűtésre használható üveg-polimer hibrid metaanyag vázlatos szerkezete Forrás: Science

„Arra számítunk, hogy alacsony gyártási költségeinek köszönhetően az új anyag áttörést hoz majd a sugárzásos hűtési technológia gyakorlati alkalmazásában" – nyilatkozta Xiaobo Yin, az egyetem mechanikai mérnöki tanszékének, valamint anyagmérnöki és anyagtudományi programjának oktatója, a kutatás társirányítója.

Passzív sugárzás

Az anyag működésének kulcsa

a passzív sugárzásos hűtésként

ismert jelenség, melynek révén a tárgyak természetes módon, külső energiaforrás bevonása nélkül, infravörös sugárzás formájában hőt vesztenek. A passzív hősugárzás jelenségét már korábban is kihasználták az építészek egyes lakóépületek éjszakai lehűlésének elősegítésére, de a nappali hűtés a melegebb klímán mindeddig megoldhatatlan tervezési problémát jelentett. Napsütésnek kitett épületszerkezetek esetében már egészen kis mennyiségű közvetlenül elnyelt napenergia is elegendő a passzív hűtés hatásának semlegesítésére.

A Boulder mérnökei kettős kihívással szembesültek: olyan anyagot kellett létrehozniuk, amely teljesen visszaveri a napsugárzást a légkörbe, ugyanakkor lehetőséget biztosít arra, hogy az alatta meghúzódó szerkezetből hő távozzék el infravörös sugárzás formájában. A feladatot úgy oldották meg, hogy

a látható fénytartományban visszaverő, viszont az infravörös tartományban kisugárzó üveg mikrogyöngyöket ágyaztak be a polimer hordozórétegbe.

Mindezt alulról megtoldották egy vékony ezüstréteggel, amely maximalizálja az anyag spektrális visszaverő képességét. Mind az üveg-polimer metaanyag gyártása, mind az ezüstbevonat hozzáadása ipari méretben, hengeres eljárással történik.

A teszteken bevált

A Coloradóban és Arizonában végzett terepi vizsgálatok során a metaanyag a 72 órás folyamatos tesztidőszak alatt mért 110 W/m²-nél nagyobb átlagos sugárzásteljesítményével remekül szerepelt. A bevonat még közvetlen, tűző déli napsütésben is több mint 90 W/m² sugárzásos hőleadásra volt képes. Ez a hűtésteljesítmény nagyjából megfelel egy ugyanekkora területű napelemből kinyerhető teljesítménynek, viszont megvan az a nem elhanyagolható előnye, hogy a napelemmel ellentétben éjjel-nappal folyamatosan működik.

Csupán 10-20 négyzetméternyi tetőfelület burkolásával egy komplett családi ház nyári hűtése biztosítható"

– említ egy lehetséges felhasználást Gang Tan, a Wyomingi Egyetem építészmérnöke és a cikk társszerzője.

Az üveg-polimer hibrid metaanyag hűtési hatékonysága Forrás: Science

De az új metaanyag nemcsak lakóépületek és erőművek hűtésére, hanem napelemek élettartamának meghosszabbítására, illetve hatékonyságuk növelésére is alkalmas. Az erős, közvetlen napfényben ugyanis a napelemek olyan mértékben felhevülnek, hogy az már akadályozza a napsugárzás árammá alakítását. Ha viszont ezzel az anyaggal bevonnák a napelemek felszínét, az elősegítené a lehűlésüket, ezáltal 1-2 százalékkal javíthatnák a napenergia átalakításának hatékonyságát – állítják a kutatók.

Készül a prototípus

Az anyagot kifejlesztő mérnökök megindították a technológia szabadalmi eljárását, és a Coloradói Egyetem technológiatranszfer-irodájával együttműködésben felmérik a termékben rejlő piaci lehetőségeket.

„A technológia fő előnye, hogy a nap 24 órájában, áram és víz felhasználása nélkül működik. Izgatottan várjuk, hogy módunk nyíljon a lehetséges alkalmazások kipróbálására az energiaiparban, a légi- és űrközlekedésben, a mezőgazdaságban és egyéb területeken" – mondta a projektben mechanikai mérnökként részt vevő Ronggui Yang, hozzátéve, hogy még az idei év során szeretnének Boulderban létrehozni egy 200 négyzetméteres „hűtőfarmot", amely a jövőbeni alkalmazások prototípusa lehet.