نشریه شماره   207   دوهفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

سرمایش ساختمان بدون مصرف انرژی

گرمايش جهاني پديدهاي است که منجر به افزايش ميانگين دماي سطح زمين و اقيانوسها شدهاست. طي 100 سال گذشته، کره زمين به طور غيرطبيعي حدود 74/0 درجه سلسيوس گرمتر شده که اين موضوع فعالان اين حوزه را نگران کردهاست. 10 مورد از گرمترين سالهاي جهان تنها از سال1990 تا سال 2007 به ثبت رسيده که اين ميزان در 150 سال گذشته بيسابقه بودهاست. اين سياره در حال گرم شدن براي سرد کردن خود نياز به فناوريهايي دارد که براي توليد سرما انرژي خرج نکند.

مهندسان دانشگاه استنفورد آمريکا به همين منظور آيينهاي با ويژگي ممانعت از ورود پرتوهاي گرما به داخل ساختمان ابداع کردهاند.

اين آيينه درواقع يک نوع ماده بسيار نازک چندلايهاست که ميتواند با تاباندن گرما از ساختمانها به فضا و انعکاس نور خورشيد به صورت اشعه مادون قرمز به کاهش گرماي وارد شونده به ساختمانها بينجامد و فضاي داخل ساختمان را بدون نياز به تهويه هوا خنک کند.

هسته بسيار نازک و چندلايه اين اختراع به هر نوع نوري اعم از محسوس و غيرمحسوس واکنش نشان ميدهد. روشنايي نامريي به شکل اشعه مادون قرمز يکي از انواع نور است که همه اشيا و موجودات زنده از گرماي خود ساطع ميکنند. وقتي ما در مقابل يک مايکروفر دربسته ميايستيم و بدون لمس آن گرمايي احساس ميکنيم، اين گرما همان پرتوهاي مادون قرمز است. اين نور نامحسوس حاوي گرما همان چيزي است که اختراع دانشگاه استنفورد از ساختمانها دور ميکند و به فضا ميفرستد.

اين آيينه فوق العاده موثر تقريبا همه نور وارده خورشيد را که با آن برخورد ميکند منعکس مينمايد و محصول چيزي ميشود که تيم دانشگاه استنفورد آن را «خنککننده تابشي فتونيک» مينامد.

مخترعان اين خنککننده ميگويند: اين ماده ساختماني را طوري طراحي کردهاند تا از لحاظ اقتصادي براي بام ساختمانهاي با مقياس بالا نيز مقرون به صرفه باشد. اين تکنولوژي البته هنوز نوپاست، اما با توجه به اينکه 15درصد از کل انرژي مصرفي در ايالات متحده آمريکا صرف سيستمهاي توليد انرژي براي تهويه هوا ميشود، توسعه و به کارگيري آن به کاهش مصرف برق ميانجامد.

گرما از سه راه منتقل ميشود: رسانايي، همرفت و تشعشع. در حالت رسانايي گرما با تماس منتقل ميشود، به همين دليل است که شما نميتوانيد درِ فر خوراک پزي را بدون داشتن يک دستکش باز کنيد. در حالت همرفت، گرما از طريق حرکت سيالات يا هوا منتقل ميشود. اين همان موج هواي گرم پس از باز کردن درِ فر خوراک پزي است. تشعشع، گرما را به شکل اشعه مادون قرمز منتقل ميکند که از اشيا به بيرون جاري ميشود و نامريي است. اين عايق بسيار نازک براي دور کردن همين اشعه مادون قرمز از ساختمانها در فرکانس دقيق ساخته شده و اين امکان را فراهم ميآورد که پرتوها بدون گرم کردن هوا به داخل جو رسوخ کنند. اين ويژگي کليدي اين اختراع است که ضريب خطر گرمايش جهاني را کاهش ميدهد.

اين پوشش چندلايه مانند آيينهاي عمل ميکند که مانع از برخورد 97درصد از نور خورشيدي ميشود که با ساختمانها تماس داشته وحرارت آن را بالا ميبرد.

اين عايق چندلايه فقط 8/1 ميکرون ضخامت دارد و از نازکترين فويلهاي آلومينيومي هم نازکتر است. به علاوه از هفت لايه سيليکون دي اکسيد و هافنيوم اکسيد تشکيل شده که بر روي يک لايه نازک نقره قرار گرفتهاست. ضخامت اين لايهها يکسان نيست. ساختار داخلي آن هم به شکلي تنظيم شده تا پرتوهاي مادون قرمز را در فرکانسي بتاباند که به آنها اجازه دهد بدون گرم کردن هواي اطراف ساختمان وارد جو شوند.

علاوه بر همه اينها اين اختراع دستاورد ارزندهاي براي علم نانوفتونيک محسوب ميشود.

لينساو ژو، نامزد دکتراي فيزيک کاربردي درباره اين محصول دانشگاه استنفورد ميگويد: «اين رويکرد فتونيک اين توانمندي را به ما ميدهد که انعکاسهاي خورشيدي را با پرتوهاي حرارتي مادون قرمز به خوبي هماهنگ و سازگار کنيم .»

از نمونه اوليه تا پنل ساختماني

با همه اين امتيازات، اما توليد اين آيينه خنککننده تابشي و فوتونيک نياز به حل دو مسئله تکنيکي دارد.

اولين مسئله مربوط به چگونگي هدايت حرارت ساختمان به اين عايق خارجي است. درست است که وقتي حرارت به ساختمان وارد ميآيد، عايق، آن حرارت را به فضا برمي گرداند، اما مهندسان بايد اول اين مسئله را حل کنند که چگونه گرماي وارد بر ساختمان به صورت کارآمد و موثر به عايق منتقل شود.

دومين مسئله مربوط به توليد انبوه اين اختراع ميشود. اکنون مدل اوليه تيم دانشگاه استنفورد به اندازه يک پيتزاي يک نفرهاست، اما به کارگيري آن در ساختمانها نياز به ساخت پنل عظيمي دارد که امکانات خاص خود را ميطلبد.

 

منبع: news.stanford.edu