Hydrożelowe panele chłodzące – materiał idealny na lato
Mimo iż miniony maj był najchłodniejszym od 29 lat synoptycy nie pozostawiają złudzeń – tegoroczne lato będzie suche i gorące. Funkcjonowanie w mieście w takich warunkach może być wyjątkowo uciążliwe. Na szczęście z pomocą przychodzą studenci z Instituto de Arquitectura Avanzada de Cataluña w Barcelonie prezentujący alternatywę dla klimatyzatorów, wykorzystującą dobrze znany materiał – hydrożel.
Zacznijmy od tego czym jest hydrożel. Jest to zawiesina cząstek polimerów o wielkości 1nm - 1µm w wodzie. Takie układy dyspersyjne nazywane są koloidami. Co jest istotne, cząstki fazy rozproszonej (polimerów) są częściowo usieciowane – są ze sobą połączone swego rodzaju mostkami i tworzą delikatną, amorficzną strukturę. Istnieją różne odmiany tego materiału, znajdujące zastosowanie m.in. w produkcji leków, opatrunków, czy szkieł kontaktowych. Przykładem hydrożelu, z którym z całą pewnością, każdy z was wielokrotnie miał przyjemność się zetknąć, jest galaretka.
Hydrożel posiada zdolność do chłonięcia dużych ilości wody i jej stopniowego oddawania poprzez parowanie (podczas tych procesów rozszerza się i kurczy). Ze względu na fakt, że wodę charakteryzuje wysokie ciepło parowania, podczas transpiracji hydrożelu zachodzi efekt chłodzenia. Właśnie ta właściwość została wykorzystana przy konstrukcji paneli chłodzących o nazwie ‘Hydroceramic’.
Otrzymane panele maja strukturę kanapkową, której rdzeń stanowią niewielkie kulki wykonane z hydrożelu. Kulki znajdują się między dwiema warstwami tkaniny, umożliwiającej przepływ wody między nimi. Tkanina musi być dostatecznie elastyczna, by kompensować zmiany objętości hydrożelu i utrzymywać go w stałej pozycji. Tak przygotowana struktura zostaje umieszczona pomiędzy dwiema okładkami wykonanymi z ceramiki glinianej. Powierzchnia zewnętrznej okładki jest pokryta stożkowatymi otworami, które umożliwiają dostęp wody i powietrza do hydrożelu. Z kolei okładka wewnętrzna jest gładka, przy czym jest cieńsza i porowata, dzięki czemu zwiększa się chłodzenie.
Rezultaty eksperymentu przeprowadzonego przez studentów z Barcelony, wykorzystującego opisaną wyżej konstrukcję, były bardzo obiecujące – temperatura powietrza w komorze badawczej spadła o 5°C. W przyszłości takie panele mogą stać się elementami urządzeń chłodzących i wyprzeć konwencjonalne klimatyzatory, gdyż będą potencjalnie zużywać zdecydowanie mniej energii. Ich wykorzystanie rozważa się również w budownictwie w konstrukcji ścian inteligentnych budynków.
Bibliografia
- https://iaac.net/project/hydroceramic/
- http://materiability.com/portfolio/hydroceramic/
- https://www.detea.es/en/hydroceramics-future-in-construction/
Zdjęcie: "triplets" by *adwin H*