Как материалы для умного дома могут защитить нас от сильной жары и сократить счета за электроэнергию в течение всего года

В Австралии становится жарче. Изменение климата приводит к более частым и продолжительным волны сильной жары и наши дома изо всех сил пытаются не отставать. Вызывает тревогу тот факт, что многие австралийские дома, особенно старые, не были рассчитаны на такие суровые условия.

Во время жары большие части внутренних районов страны могут взлетать выше 40°C. Это не только неудобно, но и опасно, поскольку сильная жара подвергает жителей опасности. серьезный риск для здоровья.

Волны жары вызвали еще больше смертей в Австралии чем любое стихийное бедствие вместе взятое.

Вот тут-то и приходят на помощь умные материалы. Они могут значительно контролируемым образом изменять некоторые из своих свойств в ответ на внешние раздражители, такие как температура. И их включают в такие материалы, как кирпич и облицовка крыш, чтобы сделать дома более устойчивыми к колебаниям температуры.

Кондиционер нас не спасет

Исправление по умолчанию? Включите кондиционер. Но охлаждение наших домов с помощью машин обходится дорого. Наша растущая зависимость от кондиционирования воздуха создает опасную петлю обратной связи: большее количество тепла приводит к увеличению потребления энергии, что в конечном итоге приводит к увеличению выбросов углекислого газа, если солнечная энергия отсутствует.

Вы можете быть удивлены, узнав, что здания несут ответственность за около 40% мирового потребления энергии и почти треть выбросы углекислого газа. В Австралии до 50% энергии домохозяйств потребляется на нужды отопление и охлаждение в зависимости от климатической зоны и пиков спроса во время волн жары.

Чтобы достичь нулевых выбросов к 2050 году, нам нужно больше, чем просто эффективные приборы и солнечная батарея на крыше. Нам необходимо переосмыслить, как дома взаимодействуют с теплом, и именно здесь умные материалы могут иметь реальное значение. Вместо того, чтобы просто включать кондиционеры, мы можем строить дома, которые активно реагируют на окружающую среду.

Дома, которые регулируют себя сами?

Представьте себе материал, который пассивно поглощает избыточное тепло в течение дня и отдает его обратно в дом, когда температура падает ночью, без выключателей, электричества и шума. Это магия материалы с фазовым переходомтип умного материала. Они изготавливаются из таких материалов, как воски, соли, жирные кислоты и растительные масла, и выпускаются в форме тонких панелей, микрокапсул и пакетов, наполненных жидкостью.

Эти материалы поглощают тепло при плавлении и снова выделяют его при затвердевании, действуя как тепловая батарея встроенный в ваш черепица или стены. Тепловая батарея хранит энергию в виде тепла, а не электричества. Это означает, что ваш дом может «заряжаться» теплом, когда тепло, и «разряжать» это тепло, когда прохладно.

Летом материалы с фазовым переходом поглощают тепло в помещении в течение дня, что сохраняет прохладу в жилых помещениях. Ночью, когда температура наружного воздуха падает, они выделяют накопленное тепло. Зимой все наоборот.

Материалы с фазовым переходом могу предложить еще больше тепловая масса, чем традиционные материалы, такие как кирпич, камень или бетон. И исследования показывают, что они могут уменьшить среднее здание потребление энергии примерно на 37% в различных городах Австралии.

Но у них есть ограничения при сильной или продолжительной жаре. Если ночные температуры остаются высокими — как это часто бывает во время многодневных волн жары — материал может не остыть достаточно, чтобы затвердеть. После полного расплавления он больше не может поглощать тепло, что делает его временно неэффективным.

Светоотражающие покрытия

Подобно тому, как вы надеваете солнцезащитные очки в солнечный день, светоотражающие покрытия защищают дома от резких солнечных лучей. При применении к крышиони могут снизить температуру в помещении до 4°C. Это означает меньшую зависимость от кондиционирования воздуха и меньшие счета за электроэнергию — простой и экономически эффективный способ справиться с жарой.

Но есть одна загвоздка: то, что блестяще работает летом, может иметь неприятные последствия зимой. Эти отражающие поверхности также отражают тепло, которое вам нужно в холодные месяцы. И вместо того, чтобы поглощать тепло, ваш дома становится прохладнее.

Чтобы строить дома для теплеющего мира, нам нужны решения для всех сезонов — умные материалы, которые реагируют на окружающую среду, блокируя тепло, когда жарко, и поглощая его, когда холодно.

Будущее адаптивно

Нашим домам нужны многоуровневые стратегии. Представьте себе крышу, которая не только отражает сильную летнюю жару, но и работает с материалами с фазовым переходом, поглощая и регулируя температуру в помещении круглый год.

В недавнее исследованиепод руководством ведущего автора этой статьи, доктора Джейнула Абдена, светоотражающие покрытия крыши Было обнаружено, что в сочетании с материалами с фазовым переходом, встроенными в черепицу и гипсокартон, значительно улучшаются характеристики дома во время имитации волн жары в Австралии.

Результаты оказались поразительными: температура в помещениях по городам снизилась на 7,9–9,7°C, а экономия энергии достигла 80,6%. Самое главное, что внутренняя среда оставалась значительно более комфортной. Это важнейшее преимущество во время периодов жары, особенно для уязвимых сообществ, не имеющих кондиционирования воздуха.

Тщательно балансируя отражение и поглощение материалов, мы можем обеспечить их оптимальную работу. Эти решения еще не стали массовыми, но по мере усиления жары и роста спроса на энергоэффективность адаптивные кровельные системы, вероятно, станут обычным явлением в новых зданиях и модернизациях в течение следующего десятилетия.

Эта статья переиздана с Разговор по лицензии Creative Commons. Прочтите оригинальная статья.