Verkleidungen könnten die Gebäudetemperaturen regulieren, indem sie sich verfestigen und verflüssigen

Um einen effizienten Weg zu finden, Gebäude bei heißem Wetter kühler und in den kälteren Monaten wärmer zu halten, haben Forscher der Pritzker School of Molecular Engineering (PME) der University of Chicago ein formveränderndes Material entwickelt, das Kupferpartikel in einer Flüssigkeit hält oder feste Form. Obwohl das Material einen sehr geringen elektrischen Strom benötigt, um zwischen den beiden Zuständen zu wechseln, ist dies nur ein Bruchteil der Energie, die durch passives Heizen und Kühlen eingespart werden kann.

Das nicht brennbare Material besteht aus mehreren Schichten, darunter einer Polyurethanfolie, einer Graphenfolie und einem Goldgitter. Doch die eigentliche Wirkung entfaltet sich dank eines wässrigen Elektrolyten und Kupferpartikeln.

Wenn sich das Material im Heizmodus befindet, lagern sich die Kupferpartikel auf der Folie ab und bilden eine feste Schicht, die Sonnenwärme hervorragend absorbiert. Nachdem ein schwacher elektrischer Strom durch das Material geleitet wurde, verteilen sich die Partikel im Elektrolyten und das Material wechselt in den Kühlmodus, in dem die wärmende Infrarotenergie der Sonne reflektiert statt absorbiert wird. In der Forschung wurde das Material 1.800 Zyklen lang erfolgreich hin- und hergeschaltet.

„Wir haben im Wesentlichen eine Niedrigenergiemethode gefunden, um ein Gebäude wie einen Menschen zu behandeln: Man fügt eine Schicht hinzu, wenn es kalt ist, und entfernt eine Schicht, wenn es heiß ist“, sagte der leitende Forscher Asst. Prof. Po-Chun Hsu. „Mit diesem intelligenten Material können wir die Temperatur in einem Gebäude ohne großen Energieaufwand aufrechterhalten.“

Tatsächlich fanden die Forscher heraus, dass das Material im Feststoffheizmodus 93 Prozent der Infrarotenergie, mit der es in Kontakt kommt, zurückhalten kann. Im Flüssigkeitskühlungsmodus kann es bis zu 92 Prozent dieser Energie reflektieren. Selbst unter Berücksichtigung des geringen elektrischen Stroms, der zur Aktivierung der Verschiebung erforderlich ist, führt dies zu einer Einsparung von bis zu 8,4 % der HVAC-Kosten des Gebäudes, sagen die Forscher.

„Sobald Sie zwischen den Zuständen wechseln, müssen Sie keine Energie mehr aufwenden, um in einem der Zustände zu bleiben“, sagte Hsu. „Für Gebäude, in denen man nicht so häufig zwischen diesen Zuständen wechseln muss, ist der Stromverbrauch also wirklich sehr gering.“

Darüber hinaus lässt sich das Material so programmieren, dass es sich bei jeder gewünschten Temperatur verändert, sodass es grundsätzlich so abgestimmt werden kann, dass es in unterschiedlichen Klimazonen unterschiedlich funktioniert.

Da das Material außerdem im Kühlmodus transparent ist, bietet es nicht nur temperaturregulierende Vorteile, sondern kann auch ein interessantes Designelement darstellen, da es im festen Wärmespeichermodus ein kupferartiges Aussehen hätte, dies jedoch durchscheinen könnte Jedes Pigment, das im transparenten Kühlmodus auf eine untere Schicht aufgetragen wird.

Materialien, die als Reaktion auf elektrischen Strom ihre Farbe ändern, werden als elektrochrom bezeichnet. Vor zwei Jahren haben Wissenschaftler der Duke University in North Carolina ein sehr ähnliches Material entwickelt. Wir haben auch gesehen, dass solche Materialien für den Einsatz in Fensterfolien und Sonnenbrillen entwickelt wurden.

Bisher haben die Forscher Stücke des Materials mit einem Durchmesser von etwa 6 cm (etwa 2,4 Zoll) hergestellt, aber sie sagen, dass es möglich sein könnte, eine Abdeckung aufzubauen, indem man es in einer schindelartigen Konfiguration verwendet. Ihre nächsten Schritte bestehen darin, Möglichkeiten zur Herstellung des Materials zu untersuchen und zu prüfen, wie die Verwendung des Materials zwischen seinem flüssigen und festen Zustand auch im Hinblick auf die passive Wärmekontrolle wertvoll sein könnte.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht.

Quelle: University of Chicago