پلاستیک‌های معمولی می‌توانند ساختمان‌ها را با تغییر دما سرد و گرم کنند

در مقاله ای که در 27 ژوئن در مجله Cell Reports Physical Science منتشر شد ، آنها گزارش دادند که با محدود کردن جریان گرمای تابشی بین ساختمان ها و محیط آنها به طول موج های خاص، پوشش های مهندسی شده از مواد معمولی می توانند به صرفه جویی در انرژی و آسایش حرارتی دست یابند که فراتر از پوشش های سنتی ساختمان است. می تواند به دست آورد.

Jyotirmoy Mandal محقق، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست در پرینستون گفت: با افزایش دمای جهانی، حفظ ساختمان های قابل سکونت به یک چالش جهانی تبدیل شده است. “ساختمان ها بیشتر گرما را با محیط خود به عنوان تشعشع مبادله می کنند و با تنظیم خواص نوری پوشش آنها برای بهره برداری از نحوه رفتار تشعشعات در محیط ما، می توانیم گرما را در ساختمان ها به روش های جدید و تاثیرگذار کنترل کنیم.”

گرمای تابشی که توسط امواج الکترومغناطیسی حمل می‌شود، در همه جا وجود دارد – وقتی نور خورشید پوست ما را گرم می‌کند یا زمانی که یک سیم پیچ الکتریکی اتاقی را گرم می‌کند، آن را احساس می‌کنیم. تنظیم دمای ساختمان با کنترل گرمای تابشی یک روش معمول است. بیشتر ساختمان ها از سایه های پنجره برای جلوگیری از تابش نور خورشید استفاده می کنند و بسیاری از سقف ها و دیوارها را به رنگ سفید برای بازتاب نور خورشید رنگ می کنند.

محقق Aaswath Raman، دانشیار علوم و مهندسی مواد در UCLA گفت: «اگر به شهرهای تاریخی مانند سانتورینی در یونان یا جودپور در هند نگاه کنیم، متوجه می‌شویم که خنک‌سازی ساختمان‌ها با ساختن سقف‌ها و دیوارها که نور خورشید را منعکس می‌کنند، برای قرن‌ها انجام شده است. . در سال‌های اخیر علاقه زیادی به پوشش‌های سرد سقفی که نور خورشید را منعکس می‌کنند، وجود داشته است. اما خنک‌کردن دیوارها و پنجره‌ها یک چالش بسیار ظریف‌تر و پیچیده‌تر است.

پشت بام ها معمولا دید باز به آسمان دارند. این به پوشش های سرد سقف اجازه می دهد تا نور خورشید را منعکس کنند و گرمای موج بلند را به سمت آسمان و در نهایت به فضا تابش کنند. از طرف دیگر دیوارها و پنجره‌ها بیشتر زمین و ساختمان‌های مجاور را در خود دارند. در طول هوای گرم، آنها با گرمای تابش شده از خیابان های داغ، سنگفرش ها و ساختمان های مجاور گرم می شوند. این به این معنی است که حتی وقتی دیوارها و پنجره‌ها گرما را به آسمان می‌تابانند، بیشتر توسط زمین گرم می‌شوند. در هوای سرد، محیط زمین سردتر می شود و گرما را از دیوارها و پنجره ها خارج می کند.

محققان دریافتند راه حل این مشکل در نحوه حرکت گرما بین ساختمان ها و منطقه در سطح زمین و نحوه حرکت آن بین ساختمان ها و آسمان نهفته است. گرمای تابشی از ساختمان‌ها به سمت آسمان در بخش باریکی از طیف مادون قرمز که به عنوان پنجره انتقال جو شناخته می‌شود، حرکت می‌کند، بنابراین محققان به این باند باریک می‌گویند. در سطح زمین، گرمای تابشی در سراسر طیف مادون قرمز حرکت می کند و محققان آن را پهنای باند می نامند.

با پوشاندن دیوارها و پنجره‌ها با موادی که فقط گرما را در پنجره اتمسفر تابش می‌کنند یا جذب می‌کنند، می‌توانیم افزایش گرمای باند پهن از زمین را در تابستان و از دست دادن در زمستان کاهش دهیم و در عین حال اثر خنک‌کننده آسمان را حفظ کنیم. ما معتقدیم که این ایده بی سابقه است و فراتر از آن چیزی است که پوشش های سقف و دیوار سنتی می توانند به آن دست یابند.” ماندال خاطرنشان کرد.

تأثیر یافته ها به دو دلیل مهم قابل توجه است. ابتدا، محققان در مقاله نشان می‌دهند که بسیاری از مصالح ساختمانی رایج و کم‌هزینه، گرما را در باند باریک تابش می‌کنند و گرمای باند پهن را مسدود می‌کنند. موادی مانند پلی وینیل فلوراید، که قبلاً به عنوان مواد جانبی استفاده می شد، می تواند برای این منظور سازگار شود، مانند پلاستیک های رایج تر.

زمانی که متوجه شدیم موادی مانند پلی پروپیلن که از پلاستیک های خانگی تهیه می کنیم، به طور انتخابی گرما را در پنجره اتمسفر تابش یا جذب می کنند، بسیار هیجان زده شدیم. رامان خاطرنشان کرد. این مواد با دنیای عادی هم مرز هستند، اما همان مقیاس‌پذیری که آنها را رایج می‌کند به این معنی است که در آینده نزدیک می‌توانیم ساختمان‌های تنظیم حرارتی آنها را ببینیم.»

دلیل دوم برای خوش بینی این است که تأثیرات انرژی بالقوه در مقیاس ساختمان قابل توجه است. محققان خاطرنشان کردند که صرفه جویی در انرژی فصلی با مکانیسم آنها با مزایای رنگ آمیزی سقف های تیره به رنگ سفید قابل مقایسه است. این می تواند مفید باشد زیرا هزینه تهویه مطبوع و تلفات ناشی از گرما همچنان در سراسر جهان افزایش می یابد. ماندال و رامان قصد دارند این تحقیقات را بیشتر ادامه دهند.

مکانیزمی که ما پیشنهاد کردیم کاملاً غیرفعال است، که آن را راهی پایدار برای خنک کردن و گرم کردن ساختمان‌ها با فصول سال و صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌کند.» یادداشت های ماندال “در واقع، مزایای مکانیسم‌ها و موادی که ما نشان می‌دهیم برای ساختمان‌ها در جنوب جهانی بالاترین است. بنابراین، این می‌تواند راه‌حل عادلانه‌تری در جوامع فقیر باشد، حتی بیشتر از آن‌که شاهد افزایش تقاضای سرمایش و مرگ و میر ناشی از گرما هستند. ”