Mr Bens
Intern Writer
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Drexel đã phát triển một loại vật liệu xây dựng mới có thể thay đổi cách các tòa nhà duy trì nhiệt độ lý tưởng. Lấy cảm hứng từ khả năng điều hòa thân nhiệt tự nhiên của động vật như tai thỏ và tai voi, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một vật liệu gốc xi măng tích hợp mạng lưới các rãnh nhỏ chứa sáp parafin. Vật liệu này có khả năng làm nóng hoặc làm mát thụ động các bề mặt như tường, sàn và trần nhà.
Mục tiêu là giải quyết bài toán tiêu thụ năng lượng khổng lồ của các tòa nhà, vốn chiếm gần 40% tổng mức sử dụng năng lượng toàn cầu, trong đó khoảng một nửa dành cho sưởi ấm và làm mát.
Theo Rhythm Osan, sinh viên tại Cao đẳng Kỹ thuật Drexel, những yếu tố như cửa sổ lớn tuy đẹp nhưng làm giảm khả năng cách nhiệt. Các yếu tố như cầu nhiệt, rò rỉ không khí từ ống dẫn và mối nối vật liệu đều gây mất nhiệt. Thay vì cố gắng chống lại sự thất thoát nhiệt, nhóm nghiên cứu đã biến các bề mặt xây dựng thành bộ điều nhiệt chủ động.
Sáp parafin trong bê tông: Tái tạo hiệu ứng tuần hoàn máu
Điểm đột phá nằm ở việc kết hợp bê tông với một mạng lưới rãnh nhỏ chứa parafin, một loại vật liệu chuyển pha (PCM) thường dùng trong nến. Parafin hấp thụ và giải phóng nhiệt khi chuyển từ thể rắn sang lỏng và ngược lại, giúp kiểm soát nhiệt độ môi trường xung quanh.
Tiến sĩ Robin Deb từ Phòng thí nghiệm Vật liệu Cơ sở hạ tầng Tiên tiến (AIM) cho biết nhóm đã chọn loại parafin có nhiệt độ nóng chảy khoảng 18°C để kiểm tra hiệu quả trong điều kiện khí hậu lạnh. Tuy nhiên, loại vật liệu này có thể được tùy chỉnh cho các vùng khí hậu nóng.
Phó Giáo sư Amir Farnam, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết nhóm đã lấy cảm hứng từ cơ chế điều hòa nhiệt của cơ thể con người: khi nóng, máu chảy gần bề mặt da để giải nhiệt qua tuyến mồ hôi, một quá trình chuyển pha tự nhiên. Nhóm muốn mô phỏng quá trình này trong vật liệu xây dựng.
Trong các thử nghiệm, nhóm đã tạo ra nhiều mẫu xi măng với các thiết kế rãnh khác nhau: đơn, đa, song song, chéo và hình thoi. Rãnh có độ dày từ 3 đến 8 mm. Mẫu với lưới rãnh hình thoi cho thấy hiệu quả tốt nhất về độ bền và khả năng điều chỉnh nhiệt, làm chậm tốc độ tăng hoặc giảm nhiệt độ từ 1 đến 1,25°C mỗi giờ.
Theo Deb, diện tích bề mặt rãnh càng lớn thì hiệu suất nhiệt càng cao, giống như tai thỏ và tai voi có nhiều mạch máu để điều hòa nhiệt.
Mặc dù có các rãnh rỗng, vật liệu vẫn đảm bảo độ bền cho sử dụng thực tế. Cốt liệu mịn giúp tăng cường độ bền mà không ảnh hưởng đến hệ thống mạch máu.
Farnam cho biết đây là bước đầu đầy hứa hẹn cho việc phát triển các loại vật liệu thông minh và tiết kiệm năng lượng. Với thử nghiệm tiếp theo và mở rộng quy mô, phương pháp này có thể góp phần lớn vào việc nâng cao hiệu quả năng lượng cho các công trình xây dựng.
Trong thời gian tới, nhóm sẽ thử nghiệm với các loại vật liệu chuyển pha mới, các thiết kế kênh khác và mẫu vật liệu có kích thước lớn hơn trong các điều kiện môi trường đa dạng. Nghiên cứu này đã được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật Xây dựng và Kiến trúc.
Mục tiêu là giải quyết bài toán tiêu thụ năng lượng khổng lồ của các tòa nhà, vốn chiếm gần 40% tổng mức sử dụng năng lượng toàn cầu, trong đó khoảng một nửa dành cho sưởi ấm và làm mát.
Theo Rhythm Osan, sinh viên tại Cao đẳng Kỹ thuật Drexel, những yếu tố như cửa sổ lớn tuy đẹp nhưng làm giảm khả năng cách nhiệt. Các yếu tố như cầu nhiệt, rò rỉ không khí từ ống dẫn và mối nối vật liệu đều gây mất nhiệt. Thay vì cố gắng chống lại sự thất thoát nhiệt, nhóm nghiên cứu đã biến các bề mặt xây dựng thành bộ điều nhiệt chủ động.
Sáp parafin trong bê tông: Tái tạo hiệu ứng tuần hoàn máu
Điểm đột phá nằm ở việc kết hợp bê tông với một mạng lưới rãnh nhỏ chứa parafin, một loại vật liệu chuyển pha (PCM) thường dùng trong nến. Parafin hấp thụ và giải phóng nhiệt khi chuyển từ thể rắn sang lỏng và ngược lại, giúp kiểm soát nhiệt độ môi trường xung quanh.
Tiến sĩ Robin Deb từ Phòng thí nghiệm Vật liệu Cơ sở hạ tầng Tiên tiến (AIM) cho biết nhóm đã chọn loại parafin có nhiệt độ nóng chảy khoảng 18°C để kiểm tra hiệu quả trong điều kiện khí hậu lạnh. Tuy nhiên, loại vật liệu này có thể được tùy chỉnh cho các vùng khí hậu nóng.
Phó Giáo sư Amir Farnam, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết nhóm đã lấy cảm hứng từ cơ chế điều hòa nhiệt của cơ thể con người: khi nóng, máu chảy gần bề mặt da để giải nhiệt qua tuyến mồ hôi, một quá trình chuyển pha tự nhiên. Nhóm muốn mô phỏng quá trình này trong vật liệu xây dựng.
Trong các thử nghiệm, nhóm đã tạo ra nhiều mẫu xi măng với các thiết kế rãnh khác nhau: đơn, đa, song song, chéo và hình thoi. Rãnh có độ dày từ 3 đến 8 mm. Mẫu với lưới rãnh hình thoi cho thấy hiệu quả tốt nhất về độ bền và khả năng điều chỉnh nhiệt, làm chậm tốc độ tăng hoặc giảm nhiệt độ từ 1 đến 1,25°C mỗi giờ.
Theo Deb, diện tích bề mặt rãnh càng lớn thì hiệu suất nhiệt càng cao, giống như tai thỏ và tai voi có nhiều mạch máu để điều hòa nhiệt.
Mặc dù có các rãnh rỗng, vật liệu vẫn đảm bảo độ bền cho sử dụng thực tế. Cốt liệu mịn giúp tăng cường độ bền mà không ảnh hưởng đến hệ thống mạch máu.
Farnam cho biết đây là bước đầu đầy hứa hẹn cho việc phát triển các loại vật liệu thông minh và tiết kiệm năng lượng. Với thử nghiệm tiếp theo và mở rộng quy mô, phương pháp này có thể góp phần lớn vào việc nâng cao hiệu quả năng lượng cho các công trình xây dựng.
Trong thời gian tới, nhóm sẽ thử nghiệm với các loại vật liệu chuyển pha mới, các thiết kế kênh khác và mẫu vật liệu có kích thước lớn hơn trong các điều kiện môi trường đa dạng. Nghiên cứu này đã được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật Xây dựng và Kiến trúc.
