Новая охлаждающая керамика может повысить энергоэффективность строительного сектора

Прочитано: 105 раз(а)


Новая охлаждающая керамика может повысить энергоэффективность строительного сектора и помочь в борьбе с глобальным потеплением.

Исследователи из Городского университета Гонконга (CityU) объявили о значительном прорыве в разработке материала для пассивного радиационного охлаждения (PRC). Результаты были опубликованы в журнале Science в статье под названием «Иерархически структурированная керамика с пассивным радиационным охлаждением и высокой отражательной способностью солнечного света».

Материал, известный как охлаждающая керамика, обладает высокоэффективными оптическими свойствами, позволяющими производить охлаждение без использования энергии и хладагента. Его экономичность , долговечность и универсальность делают его очень подходящим для коммерческого использования во многих сферах применения, особенно в строительстве зданий.

Снижая тепловую нагрузку зданий и обеспечивая стабильную эффективность охлаждения даже в различных погодных условиях во всех климатических условиях, охлаждающая керамика повышает энергоэффективность и может бороться с глобальным потеплением.

По мнению профессора Эдвина Цо Чи-яна, доцента Школы энергетики и окружающей среды (SEE) при CityU, один из авторов статьи.

Однако нынешний КНР, использующий нанофотонные структуры, ограничен своей высокой стоимостью и плохой совместимостью с существующими конечными пользователями, в то время как полимерным фотонным альтернативам не хватает устойчивости к атмосферным воздействиям и эффективного отражения солнечного света.

Улучшенные оптические свойства и применимость

«Но наша охлаждающая керамика обладает улучшенными оптическими свойствами и имеет широкие возможности применения», — сказал профессор Цо. «Цвет, стойкость к атмосферным воздействиям, механическая прочность и способность подавлять эффект Лейденфроста — явление, которое предотвращает передачу тепла и делает жидкостное охлаждение на горячей поверхности неэффективным — являются ключевыми характеристиками, обеспечивающими долговечность и универсальность охлаждающей керамики».

Необычайная уникальность охлаждающей керамики заключается в ее иерархически пористой структуре, представляющей собой объемный керамический материал , который легко изготавливается с использованием легкодоступных неорганических материалов, таких как оксид алюминия, с помощью простого двухэтапного процесса, включающего фазовую инверсию и спекание. Никакого деликатного оборудования или дорогостоящих материалов не требуется, что делает масштабируемое производство охлаждающей керамики весьма осуществимым.

Оптические свойства определяют эффективность охлаждения материалов PRC в двух диапазонах длин волн: солнечном диапазоне (0,25–2,5 мкм) и среднем инфракрасном диапазоне (8–13 мкм). Эффективное охлаждение требует высокой отражательной способности в первом диапазоне, чтобы минимизировать приток солнечного тепла, и высокой излучательной способности во втором диапазоне, чтобы максимизировать рассеивание лучистого тепла. Благодаря высокой запрещенной зоне оксида алюминия охлаждающая керамика сводит к минимуму поглощение солнечной энергии.

Мало того, что, имитируя биобелизну жука Cyphochilus и оптимизируя пористую структуру на основе рассеяния Ми, охлаждающая керамика эффективно рассеивает почти всю длину волны солнечного света, что приводит к почти идеальному коэффициенту отражения солнечной энергии 99,6% (зарегистрированный высокий показатель). отражательная способность солнечного света) и достигает высокого уровня теплового излучения в среднем инфракрасном диапазоне 96,5%. Эти передовые оптические свойства превосходят свойства современных материалов.

«Охлаждающая керамика изготовлена ​​из оксида алюминия, что обеспечивает желаемую деградацию устойчивости к ультрафиолетовому излучению, что является проблемой, типичной для большинства конструкций PRC на полимерной основе. Она также демонстрирует выдающуюся огнестойкость, выдерживая температуры, превышающие 1000 ° C, что превосходит возможности большинства PRC-материалы на полимерной или металлической основе», — сказал профессор Цо.

Выдающаяся устойчивость к атмосферным воздействиям

Помимо исключительных оптических характеристик, охлаждающая керамика обладает превосходной атмосферостойкостью, химической стабильностью и механической прочностью, что делает ее идеальной для длительного применения на открытом воздухе.

При чрезвычайно высоких температурах охлаждающая керамика проявляет супергидрофильность, обеспечивая немедленное растекание капель и способствующую быстрой пропитке капель благодаря своей взаимосвязанной пористой структуре. Эта супергидрофильная характеристика подавляет эффект Лейденфроста, который препятствует испарению, обычно встречающемуся в традиционных материалах для ограждающих конструкций, и обеспечивает эффективное испарительное охлаждение.

Эффект Лейденфроста — это явление, которое возникает, когда жидкость контактирует с поверхностью, температура которой значительно превышает температуру ее кипения. Вместо того, чтобы сразу выкипать, жидкость образует слой пара, который изолирует ее от прямого контакта с поверхностью. Этот паровой слой снижает скорость теплопередачи и делает охлаждение жидкости на горячей поверхности неэффективным, заставляя жидкость подниматься в воздух и скользить по поверхности.

«Прелесть охлаждающей керамики в том, что она отвечает требованиям как для высокопроизводительного PRC, так и для применения в реальных условиях», — сказал профессор Цо, добавив, что охлаждающую керамику можно окрашивать с помощью двухслойной конструкции, отвечающей эстетическим требованиям. также.

«Наш эксперимент показал, что применение охлаждающей керамики на крыше дома может обеспечить более 20% электроэнергии для охлаждения помещений, что подтверждает большой потенциал охлаждающей керамики в снижении зависимости людей от традиционных стратегий активного охлаждения и обеспечивает устойчивое решение для отказа от электросети . перегрузка, выбросы парниковых газов и городские острова тепла», — сказал профессор Цо.

Основываясь на этих выводах, профессор Цо заявил, что исследовательская группа намерена развивать дальнейшие стратегии пассивного управления температурой. Они стремятся изучить применение этих стратегий для повышения энергоэффективности, содействия устойчивости, а также повышения доступности и применимости технологий КНР в различных секторах, включая текстильную промышленность, энергетические системы и транспорт.

Новая охлаждающая керамика может повысить энергоэффективность строительного сектора



Новости партнеров