Σχέδιο της φύσης: Νέα υδρογέλη χωρίς ενέργεια δροσίζει τα κτίρια το καλοκαίρι, τα θερμαίνει το χειμώνα

 

• Ερευνητές από το KAIST και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ ανέπτυξαν ένα υλικό υδρογέλης που ρυθμίζει τη θερμοκρασία χωρίς ηλεκτρισμό.
• Ο βιο-εμπνευσμένος σχεδιασμός μιμείται τα φύλλα λεύκας που καμπυλώνουν για να αντανακλούν το φως του ήλιου στη ζέστη και να απελευθερώνουν ζεστασιά τη νύχτα.
• Το υλικό εναλλάσσεται αυτόνομα μεταξύ τεσσάρων τρόπων θέρμανσης και ψύξης με βάση τις περιβαλλοντικές συνθήκες.
• Οι δοκιμές σε εξωτερικούς χώρους έδειξαν θερμοκρασίες έως και 6,7°F χαμηλότερες το καλοκαίρι και 6,3°F θερμότερες το χειμώνα σε σύγκριση με τα συμβατικά υλικά.
• Οι προσομοιώσεις προβλέπουν ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας 153 megajoules ανά τετραγωνικό μέτρο σε επτά παγκόσμιες κλιματικές ζώνες.

Καθώς το ενεργειακό κόστος συνεχίζει να αυξάνεται, μια σημαντική ανακάλυψη από τη Νότια Κορέα προσφέρει μια γεύση από έναν πιο έξυπνο, πιο φυσικό τρόπο για να διατηρήσουμε τους χώρους διαβίωσής μας άνετους. Ερευνητές από το Προηγμένο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κορέας (KAIST) και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ ανέπτυξαν ένα επαναστατικό υλικό που διαχειρίζεται τη θερμοκρασία χωρίς να καταναλώνει ούτε ένα watt ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η καινοτόμος υδρογέλη, εμπνευσμένη από το ταπεινό φύλλο λεύκας, εναλλάσσεται αυτόνομα μεταξύ των τρόπων ψύξης και θέρμανσης, υποσχόμενη ένα μέλλον όπου τα κτίρια μπορούν να αυτορυθμίζουν το κλίμα τους μιμούμενοι τη νοημοσύνη του φυσικού κόσμου.

Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Materials, παίρνει το σύνθημά της από τη στρατηγική επιβίωσης της λευκής λεύκας (Populus alba). Όταν αντιμετωπίζει ζεστές και ξηρές συνθήκες, το φύλλο λεύκας καμπυλώνει για να αποκαλύψει την ασημί-λευκή κάτω πλευρά του, αντανακλώντας το φως του ήλιου για να παραμείνει δροσερό. Τη νύχτα, η υγρασία που συμπυκνώνεται στην επιφάνεια των φύλλων απελευθερώνει λανθάνουσα θερμότητα, παρέχοντας προστατευτική ζεστασιά έναντι του παγετού. Αυτή η εξελιγμένη, παθητική απόκριση στις περιβαλλοντικές αλλαγές χρησίμευσε ως το τέλειο μοντέλο για ένα νέο είδος θερμικής διαχείρισης.

Η ομάδα KAIST, με επικεφαλής τον καθηγητή Young Min Song της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, σε συνεργασία με την ομάδα του καθηγητή Dae-Hyeong Kim στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ, κατασκεύασε έναν εύκαμπτο «Θερμοστάτη Λανθάνουσας Ακτινοβολίας (LRT)» για να αναπαράγει αυτή τη φυσική διαδικασία. «Αυτή η έρευνα είναι σημαντική καθώς αναπαρήγαγε τεχνικά την έξυπνη στρατηγική θερμικής ρύθμισης της φύσης, παρουσιάζοντας μια συσκευή θερμικής διαχείρισης που αυτοπροσαρμόζεται στις εποχιακές και κλιματικές αλλαγές», δήλωσε ο καθηγητής Song σε δήλωση.

Πώς λειτουργεί το υλικό

Ο πυρήνας του LRT είναι μια υδρογέλη - μια ουσία που μοιάζει με γέλη κατασκευασμένη από πολυακρυλαμίδιο - που είναι ενσωματωμένη με δύο βασικά συστατικά: ιόντα λιθίου και υδροξυπροπυλοκυτταρίνη (HPC). Κάθε ένα παίζει κρίσιμο ρόλο σε αυτό το σύστημα χωρίς ρεύμα. Τα ιόντα λιθίου είναι υπεύθυνα για τη διαχείριση της υγρασίας, την απορρόφηση και τη συμπύκνωσή της από τον αέρα για τη ρύθμιση της λανθάνουσας θερμότητας. Το HPC, ωστόσο, είναι το αστέρι της παράστασης, αλλάζοντας την κατάστασή του με βάση τη θερμοκρασία.

Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος αυξάνεται, τα μόρια HPC μέσα στην υδρογέλη συσσωματώνονται, με αποτέλεσμα ολόκληρο το υλικό να γίνεται αδιαφανές. Αυτή η αδιαφάνεια αντανακλά το φως του ήλιου, παρέχοντας ένα δροσιστικό αποτέλεσμα. Ταυτόχρονα, οποιαδήποτε υγρασία συγκρατείται μέσα στην υδρογέλη μπορεί να εξατμιστεί, δημιουργώντας έναν πρόσθετο μηχανισμό ψύξης με εξάτμιση, όπως ο ιδρώτας που ψύχει το ανθρώπινο δέρμα.

Ένας πραγματικός θερμοστάτης τεσσάρων λειτουργιών

Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει στο υλικό να λειτουργεί σε τέσσερις διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας. Σε κρύες, νυχτερινές συνθήκες, απορροφά και συμπυκνώνει την ατμοσφαιρική υγρασία, απελευθερώνοντας θερμότητα για να διατηρήσει τη ζεστασιά. Τις κρύες αλλά ηλιόλουστες μέρες, παραμένει διαφανές, επιτρέποντας στο ηλιακό φως να περάσει και να απορροφηθεί από την παγιδευμένη υγρασία, η οποία στη συνέχεια δημιουργεί ένα θερμαντικό αποτέλεσμα.

Σε ζεστά, ξηρά περιβάλλοντα, η εσωτερική υγρασία εξατμίζεται για ισχυρή ψύξη. Κάτω από τις πιο έντονες καλοκαιρινές συνθήκες με έντονο ηλιακό φως, το HPC γίνεται αδιαφανές για να αντανακλά την ηλιακή ακτινοβολία, ενώ η ψύξη με εξάτμιση λειτουργεί συντονισμένα για να μειώσει ενεργά τη θερμοκρασία. Είναι ένα πλήρως αυτόνομο σύστημα που ανταποκρίνεται στο περιβάλλον σε πραγματικό χρόνο.

Ο πιθανός αντίκτυπος αυτής της τεχνολογίας είναι σημαντικός. Σε εξωτερικές δοκιμές, το LRT διατήρησε θερμοκρασίες έως και 3,7 βαθμούς Κελσίου χαμηλότερες (6,7 βαθμούς Φαρενάιτ) το καλοκαίρι και έως 3,5 βαθμούς Κελσίου (6,3 βαθμούς Φαρενάιτ) θερμότερες το χειμώνα σε σύγκριση με τα συμβατικά ψυκτικά υλικά. Οι προσομοιώσεις σε επτά διαφορετικές παγκόσμιες κλιματικές ζώνες προέβλεψαν ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας έως και 153 megajoules ανά τετραγωνικό μέτρο σε σύγκριση με τις τυπικές επιστρώσεις στέγης.

Αυτή η καινοτομία φτάνει σε μια κρίσιμη συγκυρία. Καθώς τα ενεργειακά δίκτυα καταπονούνται από ακραία καιρικά φαινόμενα και η ώθηση για βιωσιμότητα γίνεται όλο και πιο δυνατή, οι λύσεις που αποσυνδέουν την άνεση από τη μαζική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι πιο πολύτιμες από ποτέ. Αυτό το βιο-εμπνευσμένο υλικό καταδεικνύει ότι οι πιο προηγμένες τεχνολογίες είναι συχνά αυτές που μαθαίνουν ταπεινά από τον κόσμο γύρω μας, προσφέροντας μια πορεία προς ένα πιο ανθεκτικό και ενεργειακά ανεξάρτητο μέλλον.

https://www.naturalnews.com/