Более прочная, чем сталь, новейшая высокотехнологичная древесина может охлаждать здания

• Древесина нового типа отражает солнечный свет и излучает избыточное тепло.
• Механическая прочность на вес этой новой древесины в 3 раза выше, чем у стали.
• Это может снизить температуру в здании до 10 ° C, что снизит затраты на охлаждение на 60%.

В Соединенных Штатах на здания приходится почти 70% электроэнергии, генерируя ежегодный национальный счет за электроэнергию в размере более 430 миллиардов долларов. Только на охлаждение и отопление приходится 48% этого энергопотребления.

Согласно 2-му закону термодинамики, охлаждение является более сложной задачей, чем нагрев. К настоящему времени ученые разработали различные методы производства бетона и стали, а также различные схемы пассивного охлаждения для снижения затрат на охлаждение.

Теперь исследователи из Университета Мэриленда и Университета Колорадо обнаружили единое решение, которое, похоже, позволяет управлять всем, используя древесный материал, который отражает солнечный свет и излучает избыточное тепло.

Создание нового дерева

Большинство материалов поглощают тепло и излучают его в виде фотонов ближнего инфракрасного (ИК) диапазона. Затем эти фотоны поглощаются окружающими молекулами воздуха, в результате чего область становится горячей. За последние пару лет ученые разработали краски и пластиковые пленки, которые улавливают тепло и излучают его в более длинных длинах волн среднего ИК-диапазона. В этом случае фотоны отводят свое тепло в глубокий космос, и, поскольку воздух не поглощает эти длины волн, окружающее пространство остается прохладным.

Вместо того, чтобы использовать какую-либо краску или пластиковый лист, исследовательская группа попыталась имитировать такое поведение в древесных материалах. Древесина состоит из двух основных элементов:

1. Целлюлоза, образующая длинные структуры, похожие на соломку.
2. Лигнин, который ведет себя как клей, скрепляющий пряди соломинок.

Ссылка:ScienceMag | DOI:10.1126 / science.aau9101 | Университет Мэриленда

Лигнин сильно излучает инфракрасные фотоны, поэтому исследователи решили удалить этот элемент из древесины. Для этого древесину замачивали в растворе перекиси водорода. Затем они сжали химически обработанную древесину, что привело к образованию плотной сетки с водородными связями.

В результате получился материал в 8 раз прочнее натурального дерева. Фактически, механическая прочность на вес этого нового материала более чем в 3 раза выше, чем у стали. Испытания на царапины показали, что древесину нелегко повредить, в то время как испытание на сжатие показало, что она может выдерживать больший вес, чем натуральное дерево.

Эффективность

После удаления лигнина древесина становится белой, отражая почти все входящие лучи. Хотя он не так эффективно отводит тепло, как пластиковые листы, он действительно может иметь большое значение.

Образец новой древесины | Предоставлено:UMD

При закреплении на внешней стороне здания температура древесины может снизиться до 10 ° C, что на 60% сократит затраты на охлаждение. Что еще более впечатляет, нанотехнология основана исключительно на древесине; другие компоненты (например, полимеры) не задействованы.

Читайте:Усовершенствованная система охлаждения для компьютеров и аккумуляторов

Однако новая древесина легко воспламеняется и намного менее долговечна, чем стандартные кровельные материалы, такие как битумная черепица. Более того, это может быть дорогостоящим, а потенциальная экономия энергии не может компенсировать расходы.