Ένα νέο υλικό υπόσχεται να φέρει επανάσταση στον κατασκευαστικό τομέα: Πρόκειται για ένα “ζωντανό” τσιμέντο, το οποίο, όπως τα αυτιά ενός ελέφαντα, αυτορυθμίζει τη θερμοκρασία του και μειώνει θεαματικά την ενεργειακή κατανάλωση των κτιρίων. Η νέα αυτή μορφή “ζωντανού” μείγματος τσιμέντου υπόσχεται να ανοίξει τον δρόμο για έξυπνα, ενεργειακά αυτόνομα κτίρια που αντιδρούν και προσαρμόζονται στις περιβαλλοντικές συνθήκες — όπως ακριβώς και οι ζωντανοί οργανισμοί.
Πίσω από αυτή την πρωτοποριακή ιδέα βρίσκεται η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Drexel στις Ηνωμένες Πολιτείες, η οποία ανέπτυξε ένα καινοτόμο τσιμεντοειδές σύνθετο υλικό με ενσωματωμένα μικρο-κανάλια, εμπνευσμένα από τη φυσική αγγείωση — το δίκτυο αιμοφόρων αγγείων που έχουν τα ζωντανά όντα για να μεταφέρουν θερμότητα, οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά στο σώμα τους.
Στην περίπτωση του υλικού, αυτά τα κανάλια λειτουργούν σαν τεχνητά «αγγεία» που επιτρέπουν την αποθήκευση και διανομή θερμότητας, ακριβώς όπως το κυκλοφορικό σύστημα στα ζώα.
Το υλικό ονομάζεται VASCI (Vascular Self-responsive Cementitious Composite) και αποτελεί ένα παθητικό, αυτορυθμιζόμενο θερμικά σύστημα, σχεδιασμένο για εφαρμογή σε ενεργειακά αποδοτικά και βιώσιμα κτίρια, μειώνοντας την ανάγκη για εξωτερικά συστήματα ψύξης ή θέρμανσης.
«Ανακαλύψαμε πως, όπως και στα αυτιά των ελεφάντων, όσο μεγαλύτερη είναι η αγγειακή επιφάνεια, τόσο καλύτερη είναι η ρύθμιση της θερμοκρασίας», δήλωσε ο Robin Deb, συν-συγγραφέας της μελέτης.
Η προσέγγιση αυτή, η οποία περιγράφεται λεπτομερώς στο “Journal of Building Engineering”, ενσωματώνει δίκτυα μικροκαναλιών σε υλικά τσιμέντου. Αυτά τα κανάλια γεμίζονται με ειδικά υλικά αλλαγής φάσης (όπως παραφίνη), τα οποία απορροφούν ή απελευθερώνουν θερμότητα καθώς αλλάζουν φυσική κατάσταση (από στερεά σε υγρή και αντίστροφα), επιτρέποντας στο υλικό να αυτορυθμίζει τη θερμοκρασία του.
Πώς λειτουργεί: Τεχνητή αγγείωση & «ιδρώτας» στο τσιμέντο
Η καινοτομία του VASCI βασίζεται σε δύο θεμελιώδεις αρχές που παρατηρούνται στη φύση:
- Αγγείωση: Στο υλικό ενσωματώνονται μικρο-κανάλια που λειτουργούν όπως τα αιμοφόρα αγγεία στους ζωντανούς οργανισμούς, επιτρέποντας την αυξημένη επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας με το περιβάλλον, συμβάλλοντας στην παθητική θερμική ρύθμιση.
- Θερμική ρύθμιση μέσω αλλαγής φάσης: Τα κανάλια γεμίζονται με παραφίνη PCM-18, ένα υλικό αλλαγής φάσης που λιώνει και στερεοποιείται περίπου στους 18°C. Κατά τη μετάβαση από τη μία φάση στην άλλη, απελευθερώνει ή απορροφά θερμότητα, όπως γίνεται με την εξάτμιση του ιδρώτα στον ανθρώπινο οργανισμό – μια φυσική διαδικασία ψύξης. Όταν το υλικό ψύχεται, η παραφίνη στερεοποιείται και απελευθερώνει θερμότητα, ζεσταίνοντας το σκυρόδεμα. Όταν θερμαίνεται, λιώνει και απορροφά θερμότητα, δροσίζοντας την επιφάνεια.
Απλό και οικονομικό στη χρήση
Η ομάδα του καθηγητή Yaghoob Amir Farnam πέτυχε τη δημιουργία των καναλιών χρησιμοποιώντας μια έξυπνη τεχνική: «πολυμερικό θυσιαζόμενο ικρίωμα». Τοποθέτησαν διαλυτά νήματα (όπως το P400SR) μέσα σε καλούπια σκυροδέματος. Μετά το στέγνωμα, τα νήματα διαλύθηκαν με ειδικό υγρό, αφήνοντας κενά κανάλια που γεμίστηκαν με παραφίνη.
Το κόστος είναι χαμηλό: χρησιμοποιούνται φθηνά υλικά και δεν απαιτούνται αντλίες ή ενεργά κυκλοφοριακά συστήματα. Επιπλέον, η ευελιξία της τεχνολογίας επιτρέπει την αντικατάσταση της PCM ανάλογα με το κλίμα (π.χ. με υλικά τήξης 26–30°C για θερμότερα κλίματα).
Γιατί έχει σημασία αυτό;
Όπως σημειώνεται, η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να εφαρμοστεί ευρέως σε τοιχοποιίες, δάπεδα και οροφές, ιδιαίτερα σε περιοχές με έντονη θερμική καταπόνηση. Η δυνατότητα “ανταλλαγής” των PCM ανάλογα με την εποχή (π.χ. διαφορετικά υλικά για χειμώνα ή καλοκαίρι) ενισχύει ακόμη περισσότερο την ευελιξία της λύσης.
Υπενθυμίζεται ότι:
- Το 40% της ενέργειας στην ΕΕ καταναλώνεται από τα κτήρια, κυρίως για ψύξη και θέρμανση.
- Περίπου το 63% των ενεργειακών απωλειών προέρχεται από δομικά στοιχεία: τοίχους, οροφές και πατώματα.
- Η μετάβαση σε κτήρια σχεδόν μηδενικής ενεργειακής κατανάλωσης είναι βασικός στόχος της πράσινης μετάβασης και της απανθρακοποίησης του κατασκευαστικού τομέα.
Επόμενα βήματα
Το ερευνητικό πρόγραμμα προχωρά πλέον σε δοκιμές μεγάλης κλίμακας, με τη δημιουργία πραγματικών δομικών πάνελ, αξιολόγηση της μακροχρόνιας αντοχής σε επαναλαμβανόμενους θερμικούς κύκλους, και τη χρήση 3D εκτύπωσης για περίπλοκες αγγειακές διατάξεις.
Διαβάστε ακόμη
