5 Minuty
Průlom v oblasti pasivního chlazení
Klimatizace je účinná, ale velmi energeticky náročná. Inženýři a materiáloví vědci z Východočínské univerzity představili inovativní cementovou směs, jež může výrazně snížit závislost na klimatizaci díky udržování chladnějších povrchů budov prostřednictvím pasivního chlazení. Ve studii zveřejněné v Science Advances je tento „superchladicí“ cement navržen tak, aby kombinoval odrazivost světla a tepelnou emisivitu a odváděl sluneční teplo dříve, než se přemění v vnitřní zahřívání.
Jak superchladicí cement funguje
Klasický beton a cement pohlcují velkou část infračerveného záření ze slunce a tuto energii zadržují, což zvyšuje vnitřní teplotu v budovách a spotřebu energie na chlazení. Výzkumný tým pod vedením Wei She změnil chemické složení i mikrostrukturu cementu, aby tento proces eliminoval. Výsledkem je materiál, který zároveň odráží sluneční světlo a vyzařuje tepelnou energii zpět do atmosféry – působí jako zrcadlo i radiátor současně.
Krystaly ettringitu a úprava povrchu
Klíčovou inovací je vrstva na povrchu tvořená mikroskopickými, vysoce odrazivými krystaly ettringitu. Výzkumníci rozemleli pelety z běžných minerálů, jako je vápenec a sádrovec, na jemný prášek, smíchali s vodou a roztok odlili do silikonové formy s mikroskopickými prohlubněmi na povrchu. Tyto dutiny podpořily růst krystalů ettringitu, které zvyšují odraz slunečního záření a zároveň posilují středně-infračervenou emisivitu – tedy dva zásadní parametry pro efektivní radiační chlazení.
Testování a výkon
Testy v reálném prostředí proběhly na střeše Purdue University. Povrchová teplota cementu byla při největším slunečním svitu přibližně o 5,4 °C nižší než teplota okolního vzduchu – což je významný rozdíl pro technologie pasivního chlazení. Materiál navíc úspěšně prošel mechanickými, environmentálními a optickými zkouškami pro ověření odolnosti v reálných podmínkách.
Přímý test tuhnutí materiálu ukázal rychle tuhnoucí vlastnosti superchladicího cementu – tradiční Vicatova jehla by nedokázala soudržnost tohoto materiálu tak rychle vyhodnotit. Již 6 minut po hydrataci byl cement dostatečně tuhý, aby vydržel pád železné koule o hmotnosti 200g, přičemž vznikl pouze drobný důlek.
.avif)
Hlavní vlastnosti produktu
- Vysoká solární odrazivost a silná emisivita ve středním IR spektru pro efektivní radiační chlazení.
- Mikrostruktura povrchu s krystaly ettringitu, které zlepšují optickou účinnost materiálu.
- Rychle tuhnoucí charakteristika prokázaná odolností proti nárazu několik minut po hydrataci.
- Navrženo pro dlouhodobou mechanickou, environmentální a optickou odolnost ve venkovních podmínkách.
- Vyráběno z dostupných minerálů – kompatibilní s běžnými vstupy v cementárenském průmyslu.
Srovnání s běžnými materiály
Na rozdíl od standardního šedého betonu i většiny světlých reflexních nátěrů nabízí superchladicí cement kombinovanou strategii – nejen že odpuzuje sluneční světlo, ale také aktivně vyzařuje tepelnou energii. Oproti nátěrům „cool roof“ spoléhajícím hlavně na odrazivost, tento cement zvyšuje středně-infračervenou emisivitu díky speciálně navrženým mineralogickým krystalům. Současně je v porovnání s moderními polymerními fóliemi či drahými nátěry pro pasivní chlazení využito běžných surovin a průmyslových procesů, což usnadňuje rozšíření a integraci do stavebních konstrukcí.
Výhody a ekologický dopad
Kromě snižování povrchové teploty a úspor energie na klimatizaci provedl tým i analýzu celého životního cyklu za pomoci strojového učení. Výsledky ukazují, že při určitém způsobu využití může technologie za 70 let dosáhnout dokonce záporné uhlíkové stopy. Kombinace energetických úspor a pozitivního uhlíkového dopadu tak řadí superchladicí cement mezi energeticky účinné a nízkouhlíkové stavební materiály vhodné pro citlivou městskou infrastrukturu.
Možnosti využití a tržní význam
Možné využití zahrnuje střešní panely, fasády budov, parkovací plochy a projekty ke zmírnění efektu městských tepelných ostrovů v horkých oblastech. V městech, kde na budovy připadá asi 40 % energie a přibližně 36 % emisí, může široké nasazení pasivního chlazení přinést okamžité úspory energie i větší tepelný komfort ve venkovním prostředí. Tento přístup je významný pro architekty, stavební inženýry, vlastníky nemovitostí i specialisty na udržitelnost, kteří hledají integrovaná řešení pro úsporné budovy.
Výzvy a perspektivy komercializace
Přestože laboratorní i střechové testy nabízejí slibné výsledky, další rozšíření vyžaduje ověření v měřítku, úpravu dodavatelských řetězců, ekonomické analýzy a potvrzení výkonnosti v různých klimatických podmínkách. Rychlost uvádění na trh určí i možnost začlenění do stávající výroby cementu a stavebních postupů. Přesto tento výzkum představuje významný krok ke klimaticky šetrným stavebním materiálům a ukazuje, jak materiálová věda, design výroby a strojové učení mohou společně snížit energetickou náročnost budov.
Závěr
Superchladicí cement – inovovaný z běžných minerálů a mikroskopicky tvarovaný pro odraz slunečního světla a odvod tepla – představuje praktickou cestu k pasivnímu chlazení, která může snížit potřebu klimatizace, snížit produkci emisí a zlepšit kvalitu života v městech. Při škálování a zavedení by tato inovace mohla hrát klíčovou roli při rozvoji energeticky efektivních a nízkouhlíkových staveb.
Zdroj: techxplore
Komentáře