مصالح ساختمانی با کدام آب و هوا سازگارند؟

محققان لیتوانی و قبرسی ادعا می‌کنند که دوره بازپرداخت انرژی با استفاده از مواد تغییر فازدهنده و فناوری جدید در صنعت ساختمان، در آب‌وهوای سردتر کوتاهترین دوره را به خود اختصاص دادند.

به‌نقل از یورکالرت، در سال‌های اخیر، مواد تغییر فاز دهنده (PCM ) مورد استفاده برای بهبود بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها در حال افزایش است. مواد تغییر فازدهنده می‌توانند مقادیر زیادی انرژی را ذخیره و آزاد کنند، زمانی‌که در فاز جامد هستند، می‌توانند گرما را جذب و اثر خنک‌کنندگی و زمانی که این مواد در فاز مایع خود قرار دارند می‌توانند گرما را آزاد کند و یک اثر گرم‌کنندگی ایجاد کنند.

آب شدن یخ یک تغییر فاز است، همانطور که کره به روغن تبدیل می‌شود. چرا این تغییر خاص است؟ هنگامی‌که ماده تغییر فاز می‌دهد، انرژی را نیز جذب و آزاد می‌کند. پاریس فوکایدس، محقق اصلی دانشگاه فناوری کاوناس لیتوانی، توضیح می‌دهد که در ساخت‌و ساز، این مواد به صورت کپسول درآورده می‌شوند، یعنی کپسول‌های میکرو ماده تغییر فازدهنده در یک عنصر ساختمانی مانند بتن ادغام می‌شوند.

محققان این دانشگاه به‌همراه همکاران خود از دانشگاه فردریک در قبرس در حال انجام تحقیقی در مناطق مختلف اروپا با هدف محاسبه کارایی کاربرد مواد تغییر فازدهنده برای ارتقاء انرژی ساختمان‌های موجود بودند. نتایج تحقیقات آنان نشان داد که بازده و دوره بازپرداخت انرژی مواد تغییر فازدهنده به شرایط خاصی مانند موقعیت جغرافیایی و جهت دیوار ساختمان بستگی دارد.

اگل کلمبیته، محقق دانشکده مهندسی عمران و معماری، می‌گوید: ارزیابی عملکرد حرارتی ساختمان‌های موجود اطلاعات بسیار ارزشمندی است که می‌تواند هنگام تصمیم‌گیری در مورد نوسازی مفید باشد.

به‌گفته کلمبیته، درک چگونگی و مکان استفاده از مواد مناسب برای حداکثر کارایی مهم است.

در آب‌وهوای سرد، سرمایه‌گذاری‌ها در کمتر از یک سال جواب می‌دهد

این تحقیق کاربرد پوشش‌های مواد تغییر فازدهنده را در شرایط مختلف هواشناسی در اروپا، برای تمام جهت‌گیری‌های ساختمان‌های اصلی بررسی می‌کند. در مجموع، ۱۶ شبیه‌سازی عددی برای چهار ماه ژانویه، آوریل، جولای و اکتبر و برای سه عرض جغرافیایی آتن، میلان و کپنهاگ انجام شد.

فوکایدس بیان می‌کند: می‌خواستیم نتایج تحقیقات ما در سطح جهانی قابل اجرا باشد، به‌همین دلیل مکان‌هایی را با شرایط آب‌وهوایی نوعی در جنوب، مرکز و شمال اروپا انتخاب کردیم.

تعداد ۸ شبیه‌سازی عددی اول با مواد تغییر فاز دهنده ادغام شده در ساختار عنصر ساختمانی و ۸ شبیه‌سازی دیگر در غیاب این مواد انجام شد. ضخامت مواد تغییر فاز دهنده گنجانده شده ۴ سانتی‌متر بود. صرفه‌جویی سالانه انرژی برای ۴ ماه معمولی محاسبه شد که نشان‌دهنده ۴ فصل سال (زمستان، بهار، تابستان و پاییز) است.

کلمبیته ابراز می‌کند: یکی از نتایج اصلی تحقیق این واقعیت را برجسته کرد که مواد تغییر فاز دهنده در شرایط سرد بهتر عمل می‌کند.

به گفته محققان، این بسیار منطقی است، اول اینکه در شرایط سردتر ماده تغییر فاز دهنده انرژی بیشتری جذب می‌کند و دوم اینکه از آنجایی که در آب‌وهوای سردتر ساختمان‌ها انرژی بیشتری (برق، گرمایش و غیره) مصرف می‌کنند، صرفه‌جویی در انرژی در این شرایط کارآمدتر است.

فوکایدس شرح می‌دهد: در این تحقیق، مفهوم دوره بازپرداخت انرژی را توسعه داده‌ایم که به‌معنای تعادل بین انرژی مصرف شده برای تولید این مواد و انرژی به‌دست آمده حین استفاده از آنهاست. دوره بازپرداخت انرژی نشان می‌دهد که انرژی ذخیره شده در مواد تغییر فاز دهنده چقدر طول می‌کشد تا هزینه‌های انرژی تولید آنها را حذف کند.

نتایج این تحقیق نشان داد که پیاده‌سازی مواد تغییر فاز دهنده می‌تواند به صرفه‌جویی در مصرف انرژی در موارد خاص کمک کند؛ از ۰.۲۴ تا ۲۹،۸۴ کیلووات ساعت بر متر مربع و دوره‌های بازپرداخت انرژی از کمتر از یک سال تا حدود ۲۰ سال متغیر است. طولانی‌ترین دوره بازپرداخت انرژی در آب‌وهوای گرم‌تر و کوتاه‌ترین دوره در مکان‌های سردتر محاسبه شد. جهت‌گیری بهینه برای قرار دادن مواد تغییر فاز دهنده غرب و شرق در آتن، شرق و شمال در میلان و شمال در کپنهاگ است. همچنین، این مواد زمانی بهترین عملکرد را دارند که در ساختارهای داخلی ادغام شوند.

موضوعات تحقیق شده که پیش از این هرگز مورد بحث قرار نگرفته‌اند

مدل عددی توسعه‌یافته توانایی انجام ارزیابی حرارتی را در شرایط مختلف با نتایج دقیق نشان می‌دهد. هدف اصلی اتحادیه اروپا توسعه پایدار زیست محیطی است. کلمبیته متقاعد شده است که تحقیق آنان می‌تواند کمک زیادی به دستیابی به این هدف کند.

به گفته فوکایدس، تحقیق فوق در مورد موضوعاتی تحقیق می‌کند که پیش از این در ادبیات علمی مورد بحث قرار نگرفته است. مکان بهینه مواد تغییر فاز دهنده در ساختمان، جهت‌گیری بهینه آن و دوره بازپرداخت انرژی مفاهیم بسیار جدیدی در موضوع گسترده عملکرد انرژی محیط ساخته شده است.

یکی از محققان خاطرنشان کرد: با این حال، از آنجا که یک یونانی هستم، نمی‌توانم این واقعیت را نادیده بگیرم که اولین توصیف یک ساختمان دوستدار محیط زیست توسط سقراط ۲.۵ هزار سال پیش نوشته شده است. در آن زمان، وی نشان داد که دیوار شمالی یک ساختمان باید ضخیم‌تر از دیوار جنوبی باشد بنابراین ایده ما مبنی بر اینکه جهت‌گیری دیوار با توجه به ترکیب ساختاری آن با ساختار سقراط مرتبط خواهد بود، بسیار مهم است.

محققان دانشگاه فناوری کاوناس ادعا می‌کنند که روش و مجموعه داده ارائه شده در این کار می‌تواند برای توسعه بیشتر ابزارهای ارزیابی حرارتی ساختمان‌ها استفاده شود. در حال حاضر، این گروه تحقیقاتی در حال شروع یک پروژه تحقیقاتی جدید به ارزش ۱.۵ میلیون هستن که بر دیجیتالی کردن یافته‌ها متمرکز است.

این تحقیقات می‌تواند شامل توسعه حسگرهای هوشمند برای سنجش عملکرد حرارتی عناصر ساختمان در زمان واقعی و جنبه‌های دیگر باشد. به گفته دانشمندان، این موضوع دارای پتانسیل گسترده‌ای برای تجاری‌سازی است.

منبع: ایسنا