色

シカゴ大学の研究者らは、色が変化して暖房や冷房を助け、建物のエネルギー効率を向上させるために改修できる外装材を発明した。

複合材料は、銅箔、プラスチック、グラフェンなどの複数の異なる層で構成されており、外部温度に基づいてその赤外線の色、つまり熱画像で表示される色を変えることができます。

同時に、建物から吸収または放出される赤外線熱の量も変化します。 暑い日には、熱画像では材料が黄色に見え、より多くの熱を放出していることを示します。一方、寒い日には、熱を保持しているため紫色に見えます。

この材料を屋根板などのファサードに使用すると、暖房、換気、空調 (HVAC) の必要性が減り、建物全体のエネルギー消費量が削減される可能性があります。

「私たちは本質的に、建物を人間のように扱うための低エネルギーの方法を見つけ出しました。寒いときは層を追加し、暑いときは層を脱ぎます」と材料エンジニアのポー・チュン・スー氏は語った。研究を主導したプリツカー分子工学大学院。

「この種のスマートな素材を使用すると、大量のエネルギーを使わずに建物内の温度を維持できるようになります。」

クラッドはカメレオンのように温度に反応します

シカゴ大学は、この素材が外気温に反応して色を変えることができるため、「カメレオンのよう」であると表現しています。

選択したトリガー温度で、この材料は微量の電気を使用して、銅を薄膜上に堆積させるか、銅を剥ぎ取ります。

この化学反応により、材料の中心層である水ベースの電解質溶液が固体の銅に効果的に変換されます。 低放射銅は熱を保持して建物の内部を暖めるのに役立ち、高放射の水層は建物を涼しく保ちます。

水ベースの電解質の層は、材料を不燃性にするのにも役立ち、研究者らは、金属から液体に、そして再び液体に戻る切り替えプロセスを「安定していて、不揮発性で、効率的で、機械的に柔軟」であると説明しています。

「一度状態を切り替えると、どちらの状態にも留まるためにそれ以上エネルギーを加える必要はありません」とスー氏は言う。 「したがって、これらの状態を頻繁に切り替える必要がない建物の場合、実際に消費する電力はごくわずかです。」

この材料はエネルギー消費を 8% 削減できる可能性がある

Nature Sustainability誌に掲載された研究の一環として、研究者らは、15の気候帯を代表する米国の15都市の建物に材料を適用することで達成できるエネルギー節約をテストするためのモデルも作成した。

天候の変動が激しい地域では、この材料が建物の年間 HVAC エネルギー消費量を平均して 8.4% 節約できることが判明しました。 同時に、この材料が稼働するために必要な電力は、建物の総電力のわずか 0.2% でした。

現状では、建物の建設と運営が世界の炭素排出量のほぼ 37% を占めており、そのほとんどは照明、暖房、冷房を含む建物の運営に起因すると考えられています。

これらの排出量を削減するために、この材料は断熱性が不十分な建物や歴史的な建物を改修し、エネルギー効率を向上させるために使用できます。研究者らは、断熱材よりも設置が便利であると示唆しています。

しかし、透明導電層として使用される単層グラフェンや金マイクログリッドなど、そのコンポーネントのいくつかは現在も依然として高価で、製造が複雑です。

研究者らはこれまでのところ、この材料の幅6センチメートルのパッチしか作成していないが、それらを屋根板のように組み立てて、より大きなシートを形成することを想像している。

水層が活性化している場合、材料は暗白色ですが、銅層が活性化すると銅色の茶色に変わります。

ただし、透明な水層の後ろに顔料の層を追加することで、マテリアルを微調整してさまざまな色を表示することもできます。

建物を涼しく保つもう 1 つの方法は、建物を白く塗装することです。 この目的のために、パデュー大学の研究者らは最近、太陽光の 98 パーセントを反射する「記録上最も白い塗料」を開発しました。

画像提供：Hsu Group

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