محققان دانشگاه پرینستون و UCLA یک مکانیسم غیرفعال برای تنظیم دما در ساختمان‌ها ایجاد کرده‌اند، که می‌تواند باعث صرفه‌جویی قابل توجه در انرژی و افزایش آسایش در ساختمان‌ها شود.
به گزارش تکناک، این پوشش مهندسی‌شده انتقال حرارت را در طول موج‌های خاص مدیریت می‌کند و با کنترل تابش حرارتی بین ساختمان‌ها و محیط اطراف آنها، می‌توانند گرمای تابستان را کاهش و گرمای زمستان را افزایش دهند. این فناوری جدید می‌تواند یک راه حل پایدار و ارزان قیمت برای مشکلات مدیریت دمای ساختمان‌ها باشد.
این مکانیسم تنظیم حرارتی غیرفعال با استفاده از مواد معمولی ابداع شده است، که با آن می‌توان به طور انتخابی گرمای تابشی را مدیریت و راهی پایدار برای بهبود قابل توجه بهره‌وری انرژی و آسایش در ساختمان ارائه کرد.
در مقاله‌ای که به تازگی در مجلۀ Cell Reports Physical Science منتشر شده است، محققان گزارش می‌دهند که با محدود کردن جریان گرمای تابشی بین ساختمان‌ها و محیط اطراف آنها به طول موج‌های خاص، پوشش‌های مهندسی‌شده از مواد معمولی می‌توانند به صرفه‌جویی در انرژی و آسایش حرارتی دست یابند، که فراتر از آنچه پوشش‌های ساختمانی سنتی انجام می‌دهند، می‌باشد.
جیوتیرموی ماندال، یکی از محققان این مطالعه گفت: «با افزایش دمای جهانی، حفظ ساختمان‌های قابل سکونت به یک چالش جهانی تبدیل شده است. ساختمان‌ها بیشتر گرما را با محیط خود به عنوان تشعشع مبادله می‌کنند و با تنظیم خاص نوری پوشش‌های آنها برای بهره‌برداری از شیوۀ رفتار تشعشعات در محیط، ما می‌توانیم گرما را در ساختمان‌ها به روش‌های جدید و تأثیرگذار کنترل کنیم.»
فهرست مطالب
تکنیک‌های خنک‌کننده در شهرهای تاریخی و جدید
گرمای تابشی که توسط امواج الکترومغناطیسی حمل می‌شود، در همه جا وجود دارد، مثلاً زمانی که نور خورشید پوست ما را گرم می‌کند، یا زمانی که یک بخاری الکتریکی باعث گرم شدن اتاق می‌شود، آن را احساس می‌کنیم. تنظیم دمای ساختمان با کنترل گرمای تابشی یک روش معمول است. بیشتر ساختمان‌ها از سایه‌های پنجره‌ها برای جلوگیری از نور خورشید استفاده می‌کنند و بسیاری از سقف‌ها و دیوارها سفید رنگ هستند تا نور خورشید را منعکس کنند.
آسوات رامن، یکی دیگر از محققان این مطالعه عنوان کرد: «اگر به شهرهای تاریخی مانند سانتورینی در یونان یا جودپور در هند نگاه کنیم، متوجه می‌شویم که خنک‌کردن ساختمان‌ها با ساختن سقف‌ها و دیوارها که نور خورشید را منعکس می‌کنند، قرن‌ها در حال انجام است. در سال‌های اخیر علاقۀ زیادی به پوشش‌های سرد سقفی که نور خورشید را منعکس می‌کنند، وجود داشته، امّا خنک کردن دیوارها و پنجره‌ها یک چالش بسیار ظریف‌تر و پیچیده‌تر است.
پشت‌بام‌ها اغلب دید بازی به آسمان دارند. این موضوع به پوشش‌های سرد سقف اجازه می‌دهد تا نور خورشید را منعکس کنند و تابش گرمای موج بلند به سمت آسمان و در نهایت به فضا انجام شود. از سوی دیگر دیوارها و پنجره‌ها بیشتر زمین و ساختمان‌های مجاور را در خود دارند. در زمان هوای گرم، آنها با گرمای تابش شده از خیابان‌های داغ، سنگفرش‌ها و ساختمان‌های مجاور گرم می‌شوند. این به این معنی است که حتی وقتی دیوارها و پنجره‌ها گرما را به آسمان می‌تابانند، بیشتر توسط زمین گرم می‌شوند. در هوای سرد، محیط زمین سردتر می‌شود و گرما را از دیوارها و پنجره‌ها خارج می‌کند.
محققان به این نتیجه رسیدند که راه‌حل این مشکل در نوع حرکت گرما بین ساختمان‌ها و منطقه در سطح زمین و شیوۀ حرکت آن بین ساختمان‌ها و آسمان نهفته است. گرمای تابشی از ساختمان‌ها به سمت آسمان در بخش باریکی از طیف مادون قرمز که به عنوان پنجرۀ انتقال جو شناخته می‌شود، حرکت می‌کند، بنابراین محققان به آن باند باریک می‌گویند. در سطح زمین، گرمای تابشی در سراسر طیف مادون قرمز حرکت می‌کند و محققان آن را پهنای باند می‌نامند.
با پوشاندن دیوارها و پنجره‌ها با موادی که فقط گرما را در پنجرۀ جوی تابش یا جذب می‌کنند، می‌توان افزایش گرمای باند پهن از زمین را در تابستان و از دست دادن آن را در زمستان کاهش داد و در عین حال اثر خنک‌کنندۀ آسمان را حفظ کرد.
ماندال بیان کرد: «ما بر این باور هستیم که این کار بی‌سابقه و فراتر از آن چیزی است که پوشش‌های سقف و دیوار سنتی می‌توانند به آن دست یابند.«
نوآوری‌های مواد و پتانسیل‌های آینده
تأثیر این یافته‌ها به دو دلیل مهم قابل توجه است. ابتدا اینکه محققان در مقالۀ خود نشان دادند که بسیاری از مصالح ساختمانی رایج و کم‌هزینه، گرما را در باند باریک تابش و گرمای باند پهن را مسدود می‌کنند. موادی مانند پلی‌وینیل فلوراید، که قبلاً به عنوان مواد جانبی استفاده می‌شد، می‌تواند برای این منظور سازگار شود.
رامن اعلام کرد: زمانی که متوجه شدیم موادی مانند پلی پروپیلن که آن را از پلاستیک‌های خانگی تهیه می‌کنیم، به طور انتخابی گرما را در پنجرۀ اتمسفر تابش یا جذب می‌کنند، واقعا هیجان‌زده شدیم.»
دلیل دوم این است که تأثیرات انرژی در مقیاس ساختمان قابل‌توجه است. محققان خاطرنشان کردند که صرفه‌جویی در انرژی فصلی با مکانیسم آنها با مزایای رنگ‌آمیزی سقف‌های تیره به رنگ سفید قابل مقایسه است. این کار می‌تواند مفید باشد، چرا که هزینۀ تهویۀ مطبوع و تلفات ناشی از گرما همچنان در سراسر جهان در حال افزایش است. ماندال و رامن قصد دارند این تحقیقات را بیشتر ادامه دهند.
آنها در نهایت گفتند که مکانیسم پیشنهادی ما کاملاً غیرفعال است، که همین موضوع آن را به راهی پایدار برای خنک کردن و گرم کردن ساختمان‌ها در فصول مختلف سال و صرفه‌جویی در مصرف انرژی تبدیل می‌کند. همچنین این مکانیسم می‌تواند راه‌حل عادلانه‌تری در جوامع محروم از منابع باشد.
