受大象耳朵的啟發，新的牆設計可以幫助建築物保持涼爽並削減能量

那些從Jekrabbit和Elephants的靜脈耳朵學習的人，Drexel大學的研究人員發明了一種新的被動供暖和冷卻方法，這曾經可以使建築物效率更高。他們的概念，最近發表在 建築雜誌它將血管網絡引入基於水泥的建築材料，當填充石蠟材料時，可以有助於被動地調節牆壁，地板和天花板的表面溫度。

該方法是試圖考慮建築能源需求的重大貢獻 –幾乎40％的能源總利用 – 在生產溫室氣之前。使用建築物的能量的大約一半用於維持方便的溫度。儘管新的絕緣產品和方法有助於加強牆壁，窗戶和天花板，但在保留或熱量損失方面，這些表面仍然是最大的問題 – 介紹 約63％的能源損失 在建築物中。

“在建築上，在建築物中有很多窗戶看起來不錯，但這也導致了絕緣特性的減少，”該研究的共同作者Rhythm Osan說。

“在理想的世界中，建築物不會失去熱量，而是從逼真的建設性的角度來看，諸如熱橋，導管，管道洩漏，物質特徵和關節細節等問題總是會造成一些熱量損失。”

Drexel團隊將這種令人失望的現實顛倒了，為這些表面開發了一條路徑，以幫助保持房間中所需的溫度，而不是為了成為障礙。

“看看我們的循環系統如何用於調節溫度。當循環系統變熱時，血液流向表面，我們可能會有些紅並開始通過腺體出汗，這使我們通過改變蒸發引起的相位播種的過程，”哲學博士Amir Farn說，Drexel副教授Drexel，他是研究領導者，他是研究領導者。 “這是一個非常有效，自然的過程，我們想在建築材料中重複它。”

高級基礎設施材料（AIM）Farnam的實驗室是針對受自然啟發的方法的研究領導者，以使基礎設施材料更耐用。以前，他們開發了混凝土，該混凝土使用了該階段變化的材料，包括用於使蠟燭從其表面融化降雪和冰的石蠟；自我處理混凝土，使用特殊的細菌產生碳酸鈣；和 3D打印的聚合物 這加強了混凝土結構。

為了創建熱響應迅速的建築材料，該組從其中一些努力中汲取靈感，並使用印刷聚合物矩陣在混凝土表面上創建通道網格，然後再用基於石蠟的石蠟來確保其反應性溫度調節。

相變材料（例如石蠟）對於此應用是獨一無二的，因為它們在液體和固體條件之間切換時會吸收並釋放熱能。由於溫度下降，材料從液體到固體，因此釋放了熱能。相反，當環境溫度升高時，材料能夠吸收熱能，從而產生涼爽的表面。

“早些時候，我們將基於石蠟的材料用作飛機混凝土階段的變化，因此我們知道這是一種可靠的天然物質，可能會影響混凝土建築材料表面的溫度，” Aim Laboratory的研究人員和研究的合著者Robin Deb說。

“對於此應用，我們選擇了階段變化的材料，其熔點約為18度，這是一個相對較低的熔點，以便在寒冷的氣候中檢查其有效性。但是，該系統將允許在階段變化以響應能力和溫暖的氣候中的材料。”

該團隊使用可溶性或“犧牲”聚合物模板，創建了一系列具有各种血管通道模式的水泥樣品，包括一個通道，多個通道，平行通道，垂直於表面邊緣，對角線平行通道和鑽石網眼；厚度為3至8毫米。

他們測試了每個樣品以確定其機械行為，以及與周圍環境條件相關的表面變暖和冷卻的能力，當時通道充滿了相變材料。

強度和熱調節的最有效組合證明是鑽石形式的網格結構的模型。該樣品能夠在測試過程中保持其結構完整性，以伸展和壓縮它，並減慢其表面的加熱和冷卻，每小時1-1.25攝氏度和對環境的尊重。

Deb說：“也許我們發現容器表面的大面積等同於更好的熱性能。這種觀察結果與大象和jekrabbit的耳朵的生理學相似，其中包含血管網絡的廣大面積，以幫助調節身體的溫度。”

“我們認為，我們的血管材料在建築物中可以發揮相似的作用，有助於補償溫度的變化，並減少HVAC的能量需求以保持熱舒適度。”

為了額外增強材料的強度，儘管它們部分從通道中掉出來，但該團隊顯示出在水泥中增加了薄骨料，可以提高其耐用性，而不會影響血管網絡在階段發生變化而擴散材料的能力。

Farnam說：“儘管這項研究旨在展示該概念的證據，但這些結果是有希望的，我們可以建立。” “這既顯示了這種方法在水泥材料中調節表面溫度的有效性，也顯示了一種簡單且經濟上有效的生產方法。通過額外的測試和擴展，我們認為這可以為許多當前提高建築物能源效率的努力做出重大貢獻。”

該團隊的未來研究將需要在較長時間內較大的水泥樣品中的相變和通道的配置進行各種材料，以及其他變量以及其他變量。