Yapıları Isıtmaya ve Soğutmaya Yardımcı Olan Sürdürülebilir Cephe Malzemesi

Nüshet Çamuşoğlu / nushet@ekoyapidergisi.org
Chicago Üniversitesi'nden araştırmacılar, ısıtma veya soğutmaya yardımcı olmak için renk değiştiren ve binaların enerji verimliliğini artırmak için güçlendirilebilecek bir kaplama malzemesi icat etti. Kompozit malzeme bakır folyo, plastik ve grafen dahil olmak üzere birkaç farklı katmandan oluşur ve dış sıcaklığa bağlı olarak kızılötesi rengini değiştirebilir. Termal görüntüleme altında göründüğü renge göre de değişir. 

Aynı zamanda binadan emdiği veya yaydığı kızılötesi ısı miktarını da değiştirir. Sıcak günlerde, malzeme termal görüntüleme altında sarı görünerek daha fazla ısı yaydığını gösterirken, soğuk günlerde bu ısıyı koruduğu için mor görünür. Bir cephede kullanıldığında örneğin, kiremit şeklinde malzeme potansiyel olarak ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme (HVAC) ihtiyacını düşürür ve bir binanın genel enerji tüketimini azaltabilir.

Araştırmayı yöneten Pritzker Moleküler Mühendislik Okulu'ndan Malzeme Mühendisi Po-Chun Hsu "Aslında bir binaya insan gibi ele almanın düşük enerjili bir yolunu bulduk, nasıl üşüdüğünüzde bir kat giyersiniz ve sıcakken bir kat çıkarırsınız. Bu tür akıllı malzemeler, büyük miktarda enerji olmadan bir binadaki sıcaklığı korumamızı sağlar." dedi. 

Kaplama sıcaklığa bukalemun gibi tepki verir

Chicago Üniversitesi malzemeyi "bukalemun gibi" olarak tanımlıyor, çünkü dış sıcaklığa tepki olarak rengini değiştirir. Seçilen bir tetikleme sıcaklığında malzeme, bakırı ince bir film veya şerit bakır haline getirmek için az miktarda elektrik kullanır. Bu kimyasal reaksiyon malzemenin merkezi tabakasını – su bazlı bir elektrolit çözeltisi - etkili bir şekilde katı bakıra dönüştürür.

Düşük emisyonlu bakır ısının korunmasına ve bir binanın içinin ısıtılmasına yardımcı olurken, yüksek emisyonlu sulu katman bir binayı serin tutar. Su bazlı elektrolit tabakası aynı zamanda malzemenin yanıcı olmamasına da yardımcı olur. Araştırmacılar metalden sıvıya geçiş sürecini "sabit, uçucu olmayan, verimli ve mekanik olarak esnek" diye tanımlıyor.

Hsu "Durumlar arasında geçiş yaptıktan sonra, her iki durumda da kalmak için daha fazla enerji uygulamanıza gerek yoktur. Dolayısıyla bu durum arasında çok sık geçiş yapmanız gerekmeyen binalar için gerçekten çok ihmal edilebilir miktarda elektrik kullanıyor." dedi. 

Malzeme enerji tüketimini yüzde sekiz azaltabilir

Araştırmacılar Nature Sustainability dergisinde yayınlanan çalışmalarının bir parçası olarak, malzemelerini 15 iklim bölgesini temsil eden 15 ABD şehrindeki binalara uygulayarak elde edilebilecek enerji tasarrufunu test etmek için modeller de oluşturdu. Malzemenin aşırı hava dalgalanmalarının olduğu bölgelerde bir binanın yıllık HVAC enerji tüketiminin ortalama %8,4'ünü kurtarabileceğini buldular. Aynı zamanda bu malzeme binanın toplam elektrik gücünün sadece %0,2'sini gerektiriyordu.

Bina inşaatı ve operasyonları şu anda küresel karbon emisyonlarının yaklaşık %37'sini oluşturuyor ve bunların çoğu aydınlatma, ısıtma ve soğutma gibi bina operasyonlarından kaynaklanıyor. Bu emisyonları azaltmak için malzeme, zayıf yalıtılmış veya tarihi binaları yenilemek ve enerji verimliliğini artırmak için kullanılabilir. Araştırmacıların önerdiği gibi yalıtımdan daha uygun olacak.

Bununla birlikte şeffaf iletken katmanlar olarak kullanılan tek katmanlı grafen ve altın mikro şebeke dahil olmak üzere bileşenlerinin birçoğu şu anda hala pahalıdır ve üretimi karmaşıktır. Araştırmacılar şimdiye kadar yalnızca altı santimetre genişliğinde malzeme parçaları oluşturdular ancak daha büyük tabakalar oluşturmak için bunları kiremit gibi birleştirdiklerini hayal ediyorlar.

Sulu tabaka aktifken malzeme koyu beyaz bir renktedir ve bakır tabaka aktif olduğunda bakırımsı kahverengiye döner ancak malzeme, şeffaf sulu tabakanın arkasına bir pigment tabakası eklenerek farklı renkler gösterecek şekilde de değiştirilebilir.

Binaları serin tutmanın bir başka yolu da onları beyaza boyamak. Bu amaçla Purdue Üniversitesi'ndeki araştırmacılar yakın zamanda güneş ışığının yüzde 98'ini yansıtan  "en beyaz boyayı" geliştirdi.