Учёные создали «тепловую батарею» из дерева для зданий будущего
Учёные из Техасского университета разработали древесный материал, способный регулировать температуру в зданиях без использования электричества. Это инновационное решение отвечает растущей потребности в энергоэффективном климат-контроле.
Новый материал предлагает экологичный подход, использующий технологию фазового перехода для накопления энергии днём и её высвобождения ночью, без зависимости от электросети. «Наш материал действует как тепловая батарея, которая заряжается, поглощая тепло», — пояснила доктор Шуан (Синтия) Цуй, доцент кафедры машиностроения.
Технология теплового накопления выступает мостом между энергоснабжением и спросом. Она может улавливать избыточное тепло окружающей среды днём и использовать его для обогрева ночью, что позволяет зданиям естественным образом балансировать энергетические нагрузки. Когда обычные строительные материалы насыщаются технологией фазового перехода, они действуют как встроенный тепловой буфер.
Хотя материалы с фазовым переходом изучались годами, они имели серьёзный недостаток — склонность к протеканию в процессе перехода из жидкого в твёрдое состояние. Обычные методы заключались в заключении этих веществ в оболочку из другого материала, но это часто снижало общую эффективность.
Команда нашла решение в клеточной архитектуре дерева. Исследователи удалили лигнин из древесины, оставив пористый целлюлозный каркас. Затем поры насытили смесью материала с фазовым переходом и стабилизирующего мягкого пластика. Эта комбинация выполняет двойную функцию: пластик удерживает теплоаккумулирующий материал на месте, предотвращая утечки, и одновременно усиливает структурную прочность древесины.
В лабораторных испытаниях материал выдержал 1000 циклов нагрева и охлаждения без единой утечки и без потери структурной прочности. «В отличие от многих энергоаккумулирующих материалов, жертвующих прочностью, эти композиты сохраняют механическую целостность, что критически важно для долгосрочного использования в зданиях», — отметил соавтор исследования доктор Хонгбинг Лу.
В настоящее время команда сосредоточена на доработке и коммерциализации технологии для вывода энергоэффективного климат-контроля на массовый рынок.
Результаты работы в журнале Materials Today Energy.