Здания являются крупными потребителями энергии, обеспечивая примерно 40% мировой энергетической продукции. Значительная часть этой энергии теряется из-за неэффективных окон, которые пропускают тепло зимой и задерживают избыточное тепло летом. Проблема заключается не только в экономике; это ключевая проблема в стремлении к устойчивой инфраструктуре. Хотя здания без окон не являются жизнеспособным решением, исследователи из Университета Колорадо в Боулдере, возможно, нашли практическую альтернативу: прозрачный изолятор, имитирующий структуру пузырчатой пленки.
Задача прозрачной изоляции
Традиционная изоляция работает, блокируя теплопередачу, но окна требуют прозрачности. Поиск материалов, которые преуспевают в обоих аспектах, оказался сложной задачей. Иван Смалюх, физик-материаловед из CU Boulder, объясняет: «Найти изоляторы, которые были бы прозрачными, действительно сложно». Решение команды, получившее название Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI) – Мезопористый оптически прозрачный теплоизолятор, – прямо решает эту проблему.
Как работает MOCHI: Микроскопическая воздушная сеть
MOCHI – это силиконовый гель с уникальной внутренней структурой. Как аэрогели, используемые в марсоходах NASA, он удерживает воздух внутри микроскопической сети пор. Однако MOCHI отличается расположением этих пор. Аэрогели рассеивают свет из-за случайного распределения пор, что делает их непрозрачными. MOCHI, вместо этого, использует поверхностно-активные вещества для создания выровненных нитевидных структур в жидкой силиконовой основе. Заменив поверхностно-активное вещество воздухом, команда создала матрицу из микроскопических труб.
В результате получается материал, на 90% состоящий из воздуха. Такое высокое содержание воздуха значительно снижает теплопередачу, потому что крошечные поры ограничивают молекулярные столкновения – основной механизм теплопередачи в газах. Как объясняет Смалюх, молекулы «ударяются о стенки пор», а не свободно обмениваются энергией.
Эффективность и потенциал
MOCHI настолько эффективен, что лист толщиной всего 5 миллиметров может защитить руку от открытого пламени. Важно отметить, что он отражает всего около 0,2% входящего света, сохраняя почти идеальную прозрачность. Помимо изоляции, материал можно даже использовать для улавливания тепла для устойчивого производства энергии.
«Даже в пасмурный день вы все равно можете использовать много энергии, а затем использовать ее для нагрева воды и внутреннего помещения здания», – объясняет Смалюх.
Производственные трудности и перспективы на будущее
Несмотря на использование недорогих ингредиентов, текущий производственный процесс MOCHI медленный и трудоемкий. Исследовательская группа стремится оптимизировать производство, открывая путь к широкому внедрению в архитектурном дизайне. Хотя масштабирование остается проблемой, потенциальные преимущества – снижение потерь энергии и устойчивые решения для отопления – делают MOCHI многообещающим развитием в строительных технологиях.
В заключение, MOCHI представляет собой значительный шаг на пути к более энергоэффективным зданиям. Его уникальная конструкция решает давнюю проблему в изоляции, и если производственные трудности будут преодолены, он может значительно снизить потребление энергии в строительном секторе.
