Istraživači sa Univerziteta Pensilvanije razvili su jeftine cementne pločice koje mogu pasivno da snižavaju temperaturu zgrada bez ventilatora, kompresora i pokretnih mehaničkih delova. Rešenje koristi posebno projektovane pukotine za zadržavanje i raspoređivanje vode, a inspirisano je načinom na koji se afrički slonovi rashlađuju na visokim temperaturama.
Pasivna fasada mogla bi da snizi temperaturu površine za približno 6 do 11 stepeni (Foto: University of Pennsylvania)
Kod ljudi znoj predstavlja jedan od najefikasnijih prirodnih sistema hlađenja. Isparavanjem vlage sa kože odvodi se toplota i snižava telesna temperatura. Slonovi, međutim, nemaju sposobnost znojenja, iako u afričkim savanama podnose izuzetno visoke temperature.
Njihova debela, tamnosiva koža prekrivena je mrežom nabora i sitnih pukotina koje zadržavaju vodu. Nakon što se slonovi pokvase, vlaga ostaje u tim udubljenjima i postepeno isparava, omogućavajući produženo rashlađivanje.
Oglas
Upravo taj prirodni mehanizam poslužio je kao osnova za istraživanje koje su sproveli Dorit Aviv, vanredni profesor arhitekture u Vajcmanovoj školi dizajna, Shu Yang, stručnjak za materijale na Fakultetu inženjerstva Univerziteta Pensilvanije, i Kun-Hao Yu sa Univerziteta Sirakjuz. Rezultati njihovog rada objavljeni su u časopisu Advanced Materials.
Znatno niže temperature u poređenju sa klasičnim malterom
Nova cementna obloga prihvata vodu, zadržava je i omogućava njeno postepeno isparavanje. Na taj način hladi samu površinu objekta bez korišćenja električne energije.
Tokom ispitivanja pločice su bile izložene infracrvenom zagrevanju i povremenom kvašenju. Temperatura ispod njih ostala je stabilna na 32 stepena Celzijusa. Za poređenje, komercijalni malter sa pukotinama zagrejao se na 42 stepena, dok je temperatura ispod maltera bez pukotina dostigla 52 stepena.
Prema navodima istraživača, ovakva pasivna fasada mogla bi da snizi temperaturu površine za približno 6 do 11 stepeni u odnosu na tradicionalni malter.
Shu Yang je ukazao na to da ljudi u Sjedinjenim Američkim Državama provode oko 90 odsto vremena u zatvorenim prostorima, dok zgrade troše približno 40 odsto primarne energije. Gotovo polovina te količine koristi se za grejanje, hlađenje i ventilaciju.
Za razliku od mehaničkih klima-uređaja, koji troše energiju dobijenu iz fosilnih goriva i dodatno zagrevaju okolinu izbacivanjem toplote iz objekata, ovaj sistem hladi neposredno spoljašnji omotač zgrade.
Kontrolisane pukotine postaju mreža vodenih kanala
Osnovni princip evaporativnog hlađenja relativno je jednostavan: voda prilikom isparavanja preuzima toplotu sa površine. Problem je u tome što većina uobičajenih građevinskih materijala ne može dovoljno dugo da zadrži vlagu. Kapljice se odbijaju, zadržavaju na površini u obliku kuglica ili brzo otiču pre nego što ostvare primetan efekat hlađenja.
Istraživači su zato morali da pronađu način da usmere svaku kap i što bolje iskoriste njen rashladni potencijal. Rešenje su pronašli u pukotinama, koje se u tradicionalnom građevinarstvu obično smatraju znakom slabosti i početkom propadanja materijala.
Umesto nasumičnog pucanja, tim je kontrolisao mesta i način formiranja pukotina. Tako je nastala mreža veoma sitnih kanala koji deluju poput kapilara, razvodeći vodu po površini i zadržavajući je unutar pločice.
Pukotine na površimi zadržavaju vodu (Foto: University of Pennsylvania)
Materijal se proizvodi od mešavine običnog portland cementa i porozne dijatomejske zemlje, koja nastaje od fosilizovanih algi. Smesa se izliva u tanke pločice i ostavlja da delimično hidrira, nakon čega se suši u precizno kontrolisanim uslovima.
Tokom skupljanja materijala dolazi do stvaranja napona, koji se oslobađa duž unapred projektovanih pravaca. Umesto nepravilnih oštećenja, na površini se formira predvidiva rešetka pukotina.
Kun-Hao Yu, koji je tokom eksperimenata bio postdoktorski istraživač u laboratoriji Shu Yang, objasnio je da skladištenje i kretanje vode predstavljaju dva odvojena problema. Mikroskopske pore unutar materijala funkcionišu kao mali rezervoari koji brzo upijaju kapljice, dok mreža pukotina deluje kao sistem kanala koji raspoređuje vlagu po površini.
Voda se upija za nekoliko milisekundi
Kada dospe na pločicu, voda se upija za svega nekoliko milisekundi, umesto da se odbije od površine. Zatim ulazi u mrežu pukotina i širi se preko strukture nalik saću. Sistem funkcioniše čak i suprotno dejstvu gravitacije, odnosno na zakošenim površinama.
Šestougaona geometrija tera vodu da se kreće bočno, cikcak putanjom, umesto da direktno otiče naniže. Zahvaljujući dužem zadržavanju vlage, isparavanje može da hladi površinu i do 20 sati.
Jedna od važnih prednosti tehnologije jeste jednostavna primena. Tim je pokazao da mešavina cementa i dijatomejske zemlje može da se nanosi na panele velikih površina pomoću pištolja sa levkom. Time se otvara mogućnost za ekonomičnu i široko primenljivu izradu direktno na gradilištu.
Dorit Aviv ocenio je da ekstremne temperature već predstavljaju najsmrtonosniju opasnost povezanu sa klimatskim promenama. Umesto višedecenijskog nastojanja da se objekti potpuno izoluju od spoljašnjeg okruženja, novi materijali mogli bi da koriste prirodne procese i doprinesu očuvanju prijatnih uslova za život u gradovima.
Automatsko kvašenje prema vremenskoj prognozi
Dalji razvoj tehnologije mogao bi da obuhvati inteligentne sisteme upravljanja koji bi automatski određivali cikluse kvašenja na osnovu vremenskih podataka u realnom vremenu. Objekat bi na taj način dobijao potrebnu količinu vode samo kada prognoza ukaže na visoke temperature.
Istraživači smatraju da poznavanje načina kretanja vode kroz projektovane pločice omogućava znatno preciznije upravljanje njenom potrošnjom. Kombinovanjem materijala sa vremenskim prognozama i automatizovanim sistemima za dovod vode mogla bi se isporučivati tačno određena količina vlage, na potrebnom mestu i u odgovarajućem trenutku. Time bi se postigao najveći mogući efekat hlađenja uz minimalnu potrošnju vode.
