Композитный бетон способен накапливать тепловую энергию

Композитный бетон способен накапливать тепловую энергию

В строительстве широко используется способность некоторых материалов впитывать, сохранять и выделять накопленное тепло. В качестве примеров можно привести воду в качестве теплоносителя систем отопления и кирпичную кладку обыкновенной печи, которая долго согревает дом после того, как очаг уже давно погас.

Сберегающий тепло

Причём вода является классическим примером способности некоторых соединений впитывать и отдавать огромные объёмы тепловой энергии, не изменяя при этом температуры. Такое происходит во время фазовых переходов Газ - Жидкость - Лёд. Это три основных состояния, или фазы, с которыми большинство знакомо со школы (технически есть ещё и четвёртое, плазменное состояние, когда вода реагирует на электромагнетизм, то есть молнию).

Схожей с водой способностью захватывать и хранить тепло имеет парафиновый воск. Для него также характерны фазовые переходы, однако происходят они при куда менее экстремальных температурах. Когда температура поднимаются, воск начинает переходить в жидкую фазу, попутно поглощая тепло. Когда температура падает, парафин снова затвердевает и высвобождает тепловую энергию обратно.

Разнообразные изобретения, использующие данные физические свойства парафина, присутствуют на строительном рынке уже почти десяток лет. Так что само изменение фазы материала не является совершенно новой концепцией. Новизна заключается в том, что подобную способность придали такому консервативному материалу, как бетон.

Новый композитный материал для хранения тепловой энергии, был интегрирован в цементные композиты. Исследователи создали защитное покрытие - своеобразную «оболочку» из вспученного перлита, которая оборачивает парафин, останавливает его утечку и препятствует его контакту с другими компонентами бетона. Капсулы имеют размер всего 2-20 мкм и описываются как «механически практически не разрушаемые» без потери функции теплообмена при разрезах или сверлении бетонных конструкций.

Бетоны с добавками от 20 до 80 процентов фазового материала были подвергнуты стандартным испытаниям на сжатие. Было выяснено, что замена 60% бетонной смеси на композит значительно улучшает его термические способности при сохранении механической прочности. При этом существенно уменьшается его плотность. То есть получаем лёгкий бетон со стандартными конструкционными параметрами и необычными тепловыми характеристиками.

Это предоставляет возможность хранения достаточного количества тепловой энергии, обеспечивающей тепловую инертность (стабильность) внутри здания. Например, можно обходиться без систем кондиционирования. Скажем, задать материалу номинальную температуру в 21, 23 или 25°С. По её достижении в жаркий день излишки тепла будут поглощаться стенами и перекрытиями, стабилизируя комфортный микроклимат. Ночью же происходит обратный процесс. Или, что нам ближе и понятнее, днём конструкции накапливают тепло, а ночью запускают его на «обогрев» дома.

Конечно, подобное решение не сможет полноценно заменить климатическую систему. Однако, учитывая простоту, неприхотливость и ненужность какого-либо дополнительного обслуживания и связанных с этим затрат (пусть не обычный, но всё же бетон), рациональное зерно присутствует. В любом случае, изобретению пророчат блестящие перспективы в плане энергосбережения.

Источник: tateinc.com