Køling af træ:Ingeniører skaber stærke, bæredygtig løsning til passiv køling

Hvad hvis træet, dit hus var lavet af, kunne spare din elregning? I kapløbet om at spare energi, ved hjælp af en passiv afkølingsmetode, der ikke kræver elektricitet og er bygget ind i dit hus, kan spare selv kølige områder i USA nogle kontanter. Nu, forskere ved University of Maryland og University of Colorado har udnyttet naturens nanoteknologi for at hjælpe med at løse problemet med at finde en passiv måde for bygninger at dumpe varme, der er bæredygtig og stærk.

Træ løser problemet - det bruges allerede som byggemateriale, og er vedvarende og bæredygtig. Ved hjælp af bittesmå strukturer fundet i træ - cellulosananofibre og de naturlige kamre, der vokser til at passere vand og næringsstoffer op og ned inde i et levende træ - har specielt forarbejdet træ optiske egenskaber, der udstråler varme væk. Resultaterne af denne undersøgelse blev offentliggjort den 9. maj i tidsskriftet Videnskab .

"Dette arbejde har i høj grad udvidet brugen af ​​træ til energieffektive applikationer med høj ydeevne og givet en bæredygtig rute til at bekæmpe energikrisen, "sagde professor i nordøstlige skovbrugsuniversitet Jian Li, medlem af Chinese Academy of Engineering, som ikke er tilknyttet forskningen.

På University of Maryland, Liangbing Hu, co-first forfattere Tian Li og Shuaiming Han og andre i afdelingen for materialevidenskab har arbejdet med træ i mange år. Hu's team har opfundet en række nye nanoteknologier i træ, herunder et gennemsigtigt træ, billige træbatterier, super stærkt træ, super termisk isolerende træ, og en træbaseret vandrenser.

"Dette er endnu et stort fremskridt inden for trænanoteknologier, som Hu -gruppen ved University of Maryland opnåede:køling af træ, der udelukkende er lavet af træ - det vil sige, ingen andre komponenter såsom polymerer - kan køle dit hus som et grønt byggemateriale, "sagde Dr. Hu.

Holdet på Boulder, ledet af prof. Xiaobo Yin og herunder co-første forfatter Yao Zhai, både af afdelingen for maskinteknik og materialevidenskabelig program ved University of Colorado i Boulder, har arbejdet med materialer til strålingskøling, herunder tynde film og maling.

"Når det anvendes på bygningen, dette spilskiftende strukturmateriale afkøles uden tilførsel af elektricitet eller vand, "Sagde Dr. Zhai.

Ved at fjerne ligninet, den del af træet, der gør det brunt og stærkt, UMD -forskerne skabte et meget blegt træ fremstillet af cellulose -nanofibre. De komprimerede derefter træet for at genoprette dets styrke. For at gøre det vandafvisende, de tilføjede en super hydrofob forbindelse, der hjælper med at beskytte træet. Resultatet:et lyst hvidt byggemateriale, der kan bruges til tage til at skubbe varmen væk fra bygningen.

De tog det kølende træ ud i den ideelle testtilstand på en gård i Arizona, hvor vejret altid er varmt og solrigt, med lav vind. Der, de testede det kølende træ og fandt ud af, at det blev ved, gennemsnitlig, fem eller seks grader F køligere end den omgivende lufttemperatur - selv på den varmeste del af dagen, det kølende træ var køligere end luft. Det holdt sig i gennemsnit 12 grader køligere end naturligt træ, som varmer mere op i nærvær af sollys.

"Det forarbejdede træ bruger det kolde univers som kølelegeme og frigiver termisk energi til det via atmosfærisk gennemsigtighedsvindue. Det er et bæredygtigt materiale til bæredygtig energi til bekæmpelse af global opvarmning," siger Dr. Li.

Den mekaniske styrke pr. Vægt af dette træ er også stærkere end stål, hvilket gør det til et godt valg til byggematerialer. Det er ti gange stærkere end naturligt træ og slår stålets styrke, når 334 MPa · cm3/g (sammenlignet med 110 MPa · cm3/g for stål). Det skader også mindre let (ridsetest) og kan bære mere vægt (kompressionstest) end naturligt træ.

Andre samarbejdspartnere omfatter Jelena Srebrics team ved University of Maryland, College Park; Ronggui Yangs team ved University of Colorado, Kampesten; og Ashlie Martinis team ved University of California Merced.

For at se, hvor meget energi træet sparer, de beregnede, hvor meget varme der bruges af typiske lejlighedsbygninger i byer over hele USA i alle klimazoner. Hot byer som Phoenix og Honolulu ville spare mest energi, især hvis ældre bygninger fik udskiftet deres sidespor og tage med køletræ. Bygninger i hele USA, der blev bygget efter 2004, eller nu, sparer i gennemsnit 20% af køleomkostningerne.

"Prof. Hu og samarbejdspartnere viser endnu en brug af træ, der ikke kun er strukturelt stærkt, men nyttigt som aktiv komponent til energistyring. Det er interessant, at det samme materiale, der afgiver varme ved forbrænding, kan bruges til køling, tilbyde nye muligheder i grønne bygninger, "sagde Orlando Rojas, professor i afdelingen for bioprodukter og biosystemer ved Aalto University, Finland.